基于狀態(tài)機的LCD多級菜單設計＊

賈志成，程敏，宋濤，王彥，康志龍，郭艷菊

（1.河北工業(yè)大學 信息工程學院，天津 300401；2.天津職業(yè)技術大學）

程敏（碩士研究生），研究方向為電子遙測遙控、工業(yè)控制、嵌入式系統(tǒng)。

1 概 述

液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）由于其體積和功耗等因素，非常適合嵌入式環(huán)境的使用。近年來，隨著微處理器性能的提高，嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)的功能越來越強大，產生的數據量也越來越大。相對應地，需要顯示的數據量也隨之增大。嵌入式環(huán)境下使用LCD顯示器，由于條件限制，體積較小，且顯示的內容有限。而且，傳統(tǒng)的LCD顯示模式總是不加選擇地顯示所有監(jiān)控的信息，在監(jiān)控的信息量非常龐大時會導致不能及時顯示用戶所需求的信息。多級菜單顯示則是將信息分類顯示的一種顯示方式，該方式根據用戶的選擇，對顯示信息加以篩選并分級顯示，這樣既保證用戶獲取其所需的信息，又能保障信息顯示的實時性。

2 多級菜單的結構

設計多級菜單的目的在于將需要顯示的信息分門歸類，方便用戶篩選。所以在設計菜單時需要根據整個系統(tǒng)的功能和要求來設定菜單的級數，以及各級子菜單的個數。整個多級菜單的拓撲結構為樹型結構，主菜單為根節(jié)點，子菜單為枝節(jié)點，最后一級菜單為葉節(jié)點，如圖1所示。

圖1 多級菜單的結構圖

3 多級菜單的程序設計

3.1 循環(huán)方式

循環(huán)方式的設計思路：預先定義一個包含6個結構元素的結構體、5個字符型和1個指針型。第1個字符變量存放當前界面的索引號；第2個字符變量存放按下“down（向下）”鍵時需要跳轉到的索引號；第3個字符變量存放按下“up（向上）”鍵時需要跳轉到的索引號；第4個字符變量存放按下“enter（進入）”鍵時需要跳轉的索引號；第5個字符變量存放按下“esc（退出）”鍵時需要跳轉的索引號；第6個變量為函數指針變量，存放當前索引號下需要執(zhí)行的函數的入口地址。

將所有需要顯示的界面其所對應的執(zhí)行函數和按鍵索引號以結構體的形式列表存儲。具體實現(xiàn)如下：

假設菜單分3級，共10個界面，則有：

當微處理器掃描鍵盤檢測到有按鍵按下時，根據按鍵按下的類型，返回在當前界面下其所對應的跳轉索引號，并執(zhí)行相應的函數。

由于每個界面的繪制都是由一個獨立函數實現(xiàn)的，從循環(huán)方式的實現(xiàn)過程中發(fā)現(xiàn)，每發(fā)生一次按鍵按下操作都需要重新繪制整個屏幕。如果核心處理器是低速主頻的處理器，在界面切換的時候會閃爍。而且，每一個界面都有固定不變的索引號，在增加或刪除界面的時候需要重新修改整個列表，降低了程序的可移植性。

3.2 查詢方式

查詢方式是通過結構體對自身的遞歸調用實現(xiàn)菜單的多級嵌套。

結構體通過對自身的兩次調用構建雙向列表。一個菜單界面即為一個節(jié)點，節(jié)點的前驅和后繼分別存放其父節(jié)點和子節(jié)點的入口地址。

菜單參數的結構體定義如下：

每個界面對應一個節(jié)點，節(jié)點都定義成如下結構體的變量：

由圖1可知，多級菜單的拓撲結構為樹型拓撲結構，即每一個節(jié)點只有一個父節(jié)點和若干個子節(jié)點。所以，對整個叉樹進行遍歷即可準確地查找到菜單界面所在的節(jié)點。

結構體實現(xiàn)的鏈表如圖2所示。

圖2 結構體鏈表

查詢方式與循環(huán)方式相比，由于減少了查表次數，因而改善了MPU的效率；但查詢方式占用MPU處理時間過長，不適應需要高速處理數據的應用。而且，在查詢方式中增加或刪除節(jié)點對程序改動較大，也不適合移植。

3.3 狀態(tài)機方式

狀態(tài)機是由事件驅動，在各個狀態(tài)之間跳轉。采用狀態(tài)機方式時，只需要提供驅動事件（在此設計中驅動事件為有效的按鍵按下），然后根據按鍵掃描返回的鍵值，決定所要跳轉的下一狀態(tài)。

如圖3所示，系統(tǒng)啟動初始化是顯示Main＿menu界面，當按鍵檢測有返回值（即有按鍵按下）時，根據按下的按鍵所代表的操作跳轉到指定的狀態(tài)。例如：按下Up或者是down鍵時，只是在Main＿menu界面內高亮顯示不同區(qū)域；按下Enter時，則要根據原來按下的Up和down鍵來選擇需要跳轉的方向，假設在按下Enter之前僅按下一次down鍵，則key＿v的值為2（key＿v的值默認為1，即默認選中子菜單的第一項），就跳轉為Sub＿menu2界面；按下Esc鍵時，為從子菜單返回到上一級菜單，如果已經是主菜單了則返回的還是主菜單。

由于使用的是狀態(tài)機的方式，只有發(fā)生一次有效的按鍵，狀態(tài)才會發(fā)生一次跳轉。而且，僅當Enter和Esc鍵按下時，才會切換界面。所以即便是在高速MPU應用中，也不會出現(xiàn)屏幕閃爍的效果。

從圖3中可以看出，當要發(fā)生狀態(tài)跳轉時，目的狀態(tài)只能是當前狀態(tài)幾個分支預測中的一個，從而不需要遍歷整個列表，能夠適應高速數據處理的場合。

多級菜單的程序流程如圖4所示。系統(tǒng)上電初始化后顯示主菜單，鍵盤掃描可以通過主程序中循環(huán)查詢或者中斷掃描來實現(xiàn)，最終根據鍵盤返回的鍵值選擇下一狀態(tài)。

圖5為基于狀態(tài)機的多級菜單的實現(xiàn)。

圖4 多級菜單的程序流程圖

結 語

以上三種多級菜單的實現(xiàn)方式均具有很強的實用性。循環(huán)方式和查詢方式下，程序結構簡單易用，而狀態(tài)機方式下程序可移植性強。狀態(tài)機程序設計不僅可以用在人機接口設計中，還可用于嵌入式通信協(xié)議等其他場合中。

圖5 多級菜單的實現(xiàn)

［1］胡漢才.單片機原理及其接口技術［M］.北京：清華大學出版社，1996：14－15.

［2］陸錚，羅嘉.單片機C語言下LCD多級菜單的一種實現(xiàn)方法［J］.工礦自動化，2006（1）：50－51.

［3］宋曉輝，葉樺，丁昊.基于單片機的多級菜單實現(xiàn)方法改進［J］.東南大學學報：自然科學版，2007（37）：66.

［4］陳東，夏遂華.液晶顯示多層菜單結構的軟件設計［J］.電氣傳動，2001（4）：36.