基于狀態(tài)機的LCD多級菜單設(shè)計

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(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也越來越大。相對應地，需要顯示的數(shù)據(jù)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(nèi)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(jù)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(jié)構(gòu)

　　設(shè)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(shè)計菜單時需要根據(jù)整個系統(tǒng)的功能和要求來設(shè)定菜單的級數(shù)，以及各級子菜單的個數(shù)。整個多級菜單的拓撲結(jié)構(gòu)為樹型結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)圖

3　多級菜單的程序設(shè)計

3.1　循環(huán)方式

　　循環(huán)方式的設(shè)計思路：預先定義一個包含6個結(jié)構(gòu)元素的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)的索引號；第5個字符變量存放按下“esc（退出）”鍵時需要跳轉(zhuǎn)的索引號；第6個變量為函數(shù)指針變量，存放當前索引號下需要執(zhí)行的函數(shù)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(shù)和按鍵索引號以結(jié)構(gòu)體的形式列表存儲。具體實現(xiàn)如下：
typedef struct{
uchardown_index;
ucharup_index;
ucharenter_index;
ucharesc_index;
void (*operate)();
}Key_index_struct;

　　假設(shè)菜單分3級，共10個界面，則有：
Key_index_struct const Key_tab[10]={
{0, 0, 0, 1, 0,(*main_menu)},
{1, 2, 3, 4, 0,(*sub_menu1)},
{2, 3, 1, 5, 0,(*sub_menu2)},
{3, 1, 2, 7, 0,(*sub_menu3)},
{4, 4, 4, 4, 1,(*sub_menu1_1)},
{5, 6, 6, 5, 2,(*sub_menu2_1)},
{6, 5, 5, 5, 2,(*sub_menu2_2)},
{7, 8, 9, 7, 3,(*sub_menu3_1)},
{8, 9, 7, 8, 3,(*sub_menu3_2)},
{9, 7, 8, 9, 3,(*sub_menu3_3)},
};
void Lcd_display(void){
switch(Key_status){
case enter:
Key_fun=Key_tab[Key_fun].enter_index;
break;
case down:
Key_fun=Key_tab[Key_fun].down_index;
break;
case up:
Key_fun=Key_tab[Key_fun].up_index;
break;
case esc:
Key_fun=Key_tab[Key_fun].esc_index;
break;
default:
return;
break;
}
Key_fun_Pt=Key_tab[Key_fun].operate;
(*Key_fun_Pt)();//執(zhí)行當前按鍵的操作
}

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

　　由于每個界面的繪制都是由一個獨立函數(shù)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(jié)構(gòu)體對自身的遞歸調(diào)用實現(xiàn)菜單的多級嵌套。

　　結(jié)構(gòu)體通過對自身的兩次調(diào)用構(gòu)建雙向列表。一個菜單界面即為一個節(jié)點，節(jié)點的前驅(qū)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(shù)的結(jié)構(gòu)體定義如下：
typedef struct Lcd_menu_content{
uchar *lpIcon;//顯示圖標
uchar *lpText;//顯示文本信息
uchar nTextCount; //菜單對應的文本信息的個數(shù)
}Lcd_menu_content;

　　每個界面對應一個節(jié)點，節(jié)點都定義成如下結(jié)構(gòu)體的變量：
typedef struct Lcd_menu{
struct Lcd_menu*lpfather;//父級
struct Lcd_menu*lpson;//大兒子
uchar nSonCount;//父級的兒子個數(shù)
Lcd_menu_content lpIconAndText;
uchar Flag_return;//返回標志
void (*operate)();//處理函數(shù)入口地址
}Lcd_menu;

　　由圖1可知，多級菜單的拓撲結(jié)構(gòu)為樹型拓撲結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)體實現(xiàn)的鏈表如圖2所示。

圖2　結(jié)構(gòu)體鏈表

　　查詢方式與循環(huán)方式相比，由于減少了查表次數(shù)，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(shù)據(jù)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(qū)動，在各個狀態(tài)之間跳轉(zhuǎn)。采用狀態(tài)機方式時，只需要提供驅(qū)動事件（在此設(shè)計中驅(qū)動事件為有效的按鍵按下），然后根據(jù)按鍵掃描返回的鍵值，決定所要跳轉(zhuǎn)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(jù)按下的按鍵所代表的操作跳轉(zhuǎn)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(nèi)高亮顯示不同區(qū)域；按下Enter時，則要根據(jù)原來按下的Up和down鍵來選擇需要跳轉(zhuǎn)的方向，假設(shè)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(zhuǎn)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(jīng)是主菜單了則返回的還是主菜單。

圖3　多級菜單的狀態(tài)圖

　　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(zhuǎn)。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(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(jù)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


圖5　多級菜單的實現(xiàn)

結(jié)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(jié)構(gòu)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(shè)計不僅可以用在人機接口設(shè)計中，還可用于嵌入式通信協(xié)議等其他場合中。