引言

　　隨著電力系統的發展，其系統容量越來越大，結構越來越復雜，系統中的自控及繼保裝置所需處理的信息不斷增加，這對人機接口的功能提出了更高的要求。新型的人機接口模塊要能夠快速響應和處理大量數據，并具備實時信息顯示和人性化界面功能。而集成電路技術和嵌入式系統技術的飛速發展及其在電力系統中的應用，為人機接口的升級提供了技術支持。本文以小電流接地系統故障選線裝置的研發為背景，并利用高性能低功耗的集成電路芯片，設計了一種基于ARM7的人機接口模塊，該模塊比傳統的人機接口具有更大的優勢。

　　1? 系統結構

　　本系統的人機接口模塊功能框圖如圖1所示。

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　　1.1 CPU系統

　　本模塊中的CPU采用32位高性能低功耗微控制器芯片LPC2134，該芯片內置豐富的硬件資源，包括32 KB的靜態RAM、128 KB的Flash、2個16C550工業標準UART、2個高速I2C接口和實時時鐘等。該CPU使用三級流水線技術，取指、譯碼及執指可同時完成．其最高操作頻率可達60MHz。向量中斷控制器(VIC)可管理所有的32個中斷輸入，中斷優先級可編程動態分配。這些功能的集成使得LPC2134十分適合于工業測控，并能勝任對人機接口模塊的控制職能。其CPU外部復位芯片可采用CATALYST公司生產的CAT1025。CAT1025兼顧了非易失性存儲器和復位功能。存儲器則采用高速I2C總線接口(400 kb／s)，可支持手動按鍵復位輸入和寫保護輸入。

　　1.2液晶接口

　　液晶模塊(LCM)采用內置T6963C控制器的SMG240128A點陣圖形液晶。該液晶為單屏結構，采用單電源供電，點像素為240×128點，黑色字／藍色底，屬于中規模LCM。其液晶模塊和CPU的接口電路原理如圖2所示。

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　　在圖2所示的液晶接口電路中，CPU的控制線先接六輸入反相器74HC14作為驅動；數據線接雙向八位總線收發器74LS245作為驅動，該芯片有2根控制線，可分別控制數據傳輸方向(DIR)和片選(G)。采用芯片驅動與電阻驅動相比，整個模塊結構更加緊湊，線路清晰，可提高系統的集成度和抗干擾能力。電位器W1用于調節液晶的對比度，W2用于調節液晶的背光強度，用戶可以根據需要隨時調節液晶的顯示效果。

　　1.3? 鍵盤及LED接口

　　鍵盤主要負責用戶指令的輸入，LED則負責指示系統運行狀態。傳統的鍵盤和LED往往獨占CPU引腳資源。可由I／O口電平觸發來控制。矩陣式鍵盤雖然能夠節約部分引腳，但隨著按鍵的增加，其所占用的引腳數也會增加。

　　針對這一矛盾，周立功公司推出了一款按鍵及LED驅動芯片ZLG7290，該芯片采用I2C串行接口，可提供鍵盤中斷信號，以方便與CPU接口，最少時僅需占用2根I2C口信號線，故可大大節省I／O資源；它可以直接驅動8位共陰式數碼管(1英寸以下)或64只獨立的LED；同時能夠管理多達64只按鍵，并自動消除抖動，其中有8只可以作為功能鍵使用。其最大的優點在于可根據系統需求選擇按鍵及LED的數量，且按鍵及LED的擴展無需增加CPU的硬件開銷，同時能自動完成鍵盤及LED的動態掃描，節省CPU的工作量，也可集中資源用于信號的檢測和控制。該芯片作為工業級芯片，其抗干擾能力很強。在工業測控中應用十分廣泛。本次人機接口模塊設計采用了8只按鍵和8只LED，其連接電路原理圖如圖3所示。

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　　圖3中，ZLG7290只需占用3根CPU的I／O線，分別為I2C口數據傳輸線SDA，時鐘傳輸線SCL及按鍵中斷輸入INT。ZLG7290的I2C口與LPC2134的I2C1口相連接，其傳輸速率可達32 kbit／s，由于是開漏端口，故需加1 kΩ的上拉電阻；中斷信號線可與LPC2134的外部中斷3 (EINT3)的輸入引腳連接，當有按鍵按下時，會觸發按鍵中斷。當然，也可不連接該信號線，由軟件查詢來完成按鍵檢測。R1～R8是鍵盤電阻，可防止按鍵按下時Dig信號線和Seg信號線形成短路而影響LED顯示；R9～R16為限流電阻，阻值為220Ω，適當減小其阻值，可以增大LED的亮度。