引 言
随着社会需要和科学技术的发展，产品的竞争愈来愈激烈，更新的周期愈来愈短，因而要求设计者能很快地设计出新产品；而在产品的整体设计中，人机交互界面的设计往往占据着很大一部分工作，这样，不但极大地增加了产品的开发成本而且延长了产品的上市周期。本文论述的基于P89C51RD2的人机交互界面是一种界面可定制、结构紧凑、价格低廉、简单易用、性能优良的通用型人机交互界面，能很好地解决上述问题。
1 系统工作原理
1.1 工作原理
按照实际应用中控制系统的需要及控制系统与人机交互界面的约定，通过PC机上的可视化人机界面定制软件，定制好整个界面信息，再把定制好的界面信息下载到人机交互界面系统中，就可以轻松地实现人机界面的定制。在应用中，人机交互界面通过串行接口与控制系统进行交互，发送按键等信息给控制系统，并接收所需的可变信息，以完成人机交互。
现以空压机控制器的部分人机界面为例来说明相关概念，界面系统示意图如图1所示。相关概念说明如下：
①屏幕，即LCD显示区，由一个或多个屏幕项组成；
②屏幕项，即屏幕里面的按其显示内容的性质差异来划分的一个个整体单元，如文本屏幕项等；
③屏幕项的分类，按其显示内容的性质差异分为文本、整型、浮点型、枚举型、图形等。
整个人机界面系统由一个个存在链接关系的屏幕构成，而每个屏幕又由一个或多个屏幕项组成。各屏幕项有其自身的属性，也存在着某些相互的链接关系(例如，由某个屏幕项链接到另外一个屏)。这样，通过对各屏幕项的合理组织而构成一个链表网络，再通过对此链表网络的操作来实现人机界面的操作，即屏幕的显示操作。
1.2 系统的工作过程
系统的软件部分由用户引导程序和应用程序组成。系统运行后，由用户引导程序决定是执行界面信息的更新还是正常运行。若执行界面信息的更新，则系统通过串行接口从上位机接收界面定制信息，并通过在应用编程(IAP)功能保存所接收的信息，然后通过本地读取新的界面定制信息建立链表网络；若正常运行，则直接从本地读取旧的界面定制信息建立链表网络。应用程序实现的功能包括按键的输入、界面的显示及与控制系统的通信。
2 系统硬件设计及电路原理图
本系统采用Philips公司功能强大、资源丰富的P89C51RD2单片机作为微控制器，通过扩展液晶模块及按键模块来构成人机交互界面。系统的硬件电路原理如图2所示。
2.1 P89C51RD2单片机简介
P89C51RD2是Philips公司内核基于8位80C51单片机的派生产品，在完全保留80C51指令系统和硬件结构的大框架下，进行了多方面的加强、扩展和创新。P89C51RD2具有64 KB并行可编程的非易失性Flash程序存储器，并可实现对器件串行在系统编程和在应用中编程。
2.2 液晶显示模块
本系统采用的是OCM12864图形点阵液晶显示模块。OCM12864液晶显示模块是128×64点阵型液晶显示模块，可显示各种字符及图形，可与CPU直接相连；具有8位标准数据总线、6条控制线及电源线。
2.3 按键输入模块
根据系统的需要，系统至少需要设定如下6个屏幕操作按键：左、右、上、下、换屏、确定按键。其中，左、右键用于切换屏幕项；上、下键用于修改可变屏幕项；确定键用于产生所选屏幕项对应的功能动作；换屏键用于进入所选中项的链接屏幕，若当前屏幕没有选中项，则进入首项链接的屏幕。当然，可以根据需要扩充数字按键及功能按键。
本系统采用普通的矩阵式按键结构，也称“行列式键盘结构”。系统中设计4行4列共16个键，只占用8根I／O口线，键数多而占用I／O口线少。除上述6个屏幕操作按键外，余下的10个键可由用户根据需要定制功能，如数字键或功能键。
3 系统软件设计
由于系统的功能实现不是特别复杂，故采用基于前后台的传统的控制程序设计方法。系统的程序流程如图3所示。
3.1 用户引导程序设计
由系统的程序流程可知，用户引导程序在系统上电后执行。首先它检查是否需要下载定制界面信息，当检查到需要下载时，便接收主机经串口传来的定制界面数据，启动IAP功能，对Flash进行操作，把接收到的数据存入预定的位置。接着进入界面系统构建阶段。若没有下载请求，就直接进入界面系统构建阶段。
在界面系统构建阶段，通过读取预定位置处的信息，建立一个链表风格。基于这个链表网络的操作也就是苦于界面系统的操作。
3.1.1 相关设定
屏幕项组成：显示信息（如显示位置、类型、内容等）和链接信息（此项所链接的屏等）。综合各方面的需要，设定主要相关数据结构如下：
其中，back、ahead用于构建屏幕项的双向循环链表；next用于构建链接屏的单向循环链表；init用于原始的屏与屏的链接。