串口屏在仪器人机界面设计中的应用

  串口屏是一种集成化的显示器件， 不仅集成了彩色 TFT 液 晶显示屏， 同时自带 CPU 处理器、 数据存储器以及触摸屏等输 数据存储、 串口通信以及触控输入 入器件， 具备液晶显示功能、 或键盘输入等多种功能。 串口屏一般包含中央处理单元、 液晶显示单元、 触控输入 数据存储单元、 通信接口单元等。 串口屏的内部结构示意 单元、 图如图 1 所示。

  串口屏所需的硬件资源比较少， 一般只需提供正确的供电 和一个串口。串口屏的硬件接口电路如图 2 所示。

  串口屏基本采用 TFT 彩色液晶屏作为显示屏， 可以显示彩 色的、 多层次的图形图像， 因此人机界面设计应采用图形用户 界面 （Graphical User Interface， ） 以达到视觉美观性、 操作 GUI ， 人性化的目的。图形用户界面设计中很重要的一个工 简便化、 视窗设计、 菜单设 作就是图形的美工设计， 包括桌面背景设计、 计、 按钮设计等。 常用的设计软件包括： Corel DRAW、 Illustrator、 如图 3、 4。 图 Dream Weaver、 Works、 Fire Photoshop 等， 为了达到更好的美观效果与用户体验效果， 可委托专业的 GUI 设计师进行人机界面的美工设计。

  人机界面 （Human Machine Interaction， 简称 HMI 是指人与 ） 机器之间进行信息传递、 交互的媒介和对话接口， 实现了信息 人机界面通常 的机器内部形式与人类可接受形式之间的转换。 包括显示器和控制器两个界面，其中显示器为机器的输出设 结果、 故障、 警告或操作指引 备， 将机器的内部信息包括状态、 等传送给人， 控制器则是机器的输入设备， 用于将人的决策、 指 令等输送给机器。 传统的显示器件包括仪表显示器、 指示灯、 蜂 液晶屏等； 控制器件则包括按键、 旋钮、 开关 鸣器、 LED 数码管、 以及鼠标、 键盘灯。 人与仪器之间的所有交互都发生在人机界面上， 因此人机 安全性和使用 界面设计的优劣直接决定了仪器操作的便利性、 舒适程度， 在很大程度上决定了用户对仪器的直观感受， 从而 也决定了仪器设施的市场竞争力和使用价值。

  中央处理单元是串口屏的核心单元， 所采用的处理器及控 制算法决定了串口屏的主要性能。 由于串口屏多采用 TFT 彩色 液晶屏，尺寸一般在 3.5 英寸及以上，分辨率也在 320×240 以 上， 因此对处理器有较高的要求， 市场上常见的串口屏一般采 用 32 位的 ARM 或 DSP 作为处理器， 部分产品可能搭配 CPLD 或 FPGA 以提升产品性能。 液晶显示单元和触控输入单元正是人机界面的输出界面 与输入界面。串口屏一般都会采用 16 位颜色以上的 TFT 彩色液晶 屏作为显示屏， 并在显示屏上覆盖已定位好的触摸屏， 并自带 液晶屏的驱动以及触摸屏的 AD 电路。

  存储单元包括 RAM 和 Flash，其中 RAM 主要作为处理器 的缓存。 Flash 则用来存储用于显示屏显示的图形文件， 而 一般 容量在 128M 以上。 采用 NANDFlash 器件， 通信接口实现串口屏与仪器主控单元之间的信息交互， 包 括接收仪器主控单元发送过来的指令以及将触摸屏所获取的 信息上传给仪器主控单元。串口屏的通信接口一般都会采用 UART 实现， 也有部分产品实现 RS232、 RS485 等其他方式。

  ①所有串口屏的都必须预先将所有要显示的图片按一定 的顺序或编号保存到串口屏的内存存储器中； ②大部分的串口

  本文系粤港关键领域重点突破招标项目 《激光表面等离子体共振痕量快速检测系统研制》 （项目编号： ） 2005A20501001 的研究成果之一。

  串口屏本身属于一个相对独立的系统， 应用时， 只需将设 计好的图形文件和触控文件下载到触控屏的存储器中， 串口屏 就能实现显示图像的显示和更新， 并将用户的触控操作解析为 相应的触控代码。而仪器的主控单元只需通过串口发送指令控 制触控屏的显示方式和接收处理串口屏发来的触控代码。 应用串口屏的仪器人机界面设计流程如下：

  植，应将串口屏的相关代码分层作为独立的模块进行设计， 软 件架构如图 6 所示。

  串口驱动和串口监听属于硬件层， 与硬件设计时所采用的 主控单元芯片相关。 串口屏指令模块是串口屏通信指令的代码实现， 触控消息 解析模块则将串口屏所发送过来的消息解析为相应的触控指 令或其他消息。这两个模块与所采用串口屏有关。将这两者作 为独立的模块进行设计的好处使其与底层串口硬件和具体的 应用无关， 从而使这两个模块在不同的应用间可以直接移植使 用而不需做修改。 人机界面控制与触控消息处理则与具体的应用相关， 应根 据具体的需要以及前面步骤所设计的图形界面进行编码。

  摘 要： 串口屏是指一种集成了液晶显示、 触控输入、 数据存储、 串口通信等多种功能的液晶显示模块。讨论串口屏在进行仪器设施的 人机界面开发设计中的应用方法。 关键词： 串口屏； 仪器； 人机界面

  当完成上述所有设计以及调试后， 仪器设施的人机界面设 计就基本完成了， 此时便可集成仪器的其他功能模块进行联合 调试。

  屏支持自动的触控按键响应： 即在显示的图形界面上划定一定 的区域为可触控按键， 并设定响应的按键代码， 则当用户在触 摸屏上的触控落在该区域内时， 串口屏向主控单元返回设定的 按键代码而非触控点坐标， 同时还可设定串口屏自动切换显示 其他图片或在用户点击触摸屏时自动显示动画效果。 因此， 在完成美工设计后， 还需要将形成的所有图片导入 到串口屏厂家所提供的配套软件中进行编排， 并进行触控按键 的设置， 并生成相应的配置文件， 如图 5。 串口屏是一种集成化、产品化的多功能显示模块产品， 本 身已实现显示输出与触控输入等功能， 因此采用串口屏进行仪 器的人机界面开发设计， 不仅具备串口屏本身多彩显示、 触控 开发周期短、 可靠性高等优 输入等优点， 同时具有开发难度低、 点。随着此类产品的技术发展、 产量增加， 以及厂家竞争， 串口 屏不仅在性能上将逐步提升，其价格也必然会促进下降。 采用串口屏进行仪器的人机界面设计将是一个不错的选择。 参考文献：