一個輕量級的單片機多級菜單實現(xiàn)方法

在單片機設計中，往往需要在顯示屏上顯示多級操作菜單，每級菜單都有一些菜單項和對應的按鍵操作，以及為響應各種操作而執(zhí)行的后續(xù)處理程序。參考文獻以函數(shù)指針為結構元素，把整個菜單結構拉伸成一個結構數(shù)組，內部包含了全部菜單項。這種方法沒有將菜單項數(shù)據(jù)與功能函數(shù)分開設計，而把菜單項數(shù)據(jù)寫在功能函數(shù)中，當菜單項數(shù)據(jù)需要改變時，必須修改功能函數(shù)，這在很大程度上限制了程序的通用性，不利于程序的維護。參考文獻在前者的基礎上略加改進，在原結構體中增加了菜單項顯示文字和按鍵復用標識，這使得結構體較為龐大，且菜單項的文字內容非常固定，保存在EEPROM中，無法靈活改變顯示內容和位置。參考文獻引入Windows系統(tǒng)下的窗口和消息機制實現(xiàn)多級菜單設計，該方法需要維護堆棧、消息隊列和窗口定時器等，設計過于復雜。

本文旨在提供一個輕量級的單片機多級菜單實現(xiàn)方法，以較少的系統(tǒng)資源消耗和簡單方便的方法完成菜單設計?？紤]到菜單程序需要具備3個基本要素：一是每個菜單窗口要顯示的內容；二是每個窗口對應的按鍵定義與響應；三是窗口內菜單項之間切換和窗口之間的切換機制。因此，將菜單分為菜單窗口模塊和鍵盤處理模塊兩部分，獨立進行設計。

1 菜單窗口模塊設計

菜單窗口模塊主要功能是按照菜單窗口切換機制，實時完成窗口的顯示控制。

1．1 菜單窗口切換機制

菜單窗口切換機制包括兩點：一是不同窗口之間切換效果的實現(xiàn)；二是窗口內的同級菜單項之間滾動切換效果的實現(xiàn)。為實現(xiàn)上述功能，定義了兩個結構體MenuState和MenuItEMS。MenuState定義如下：

MenuState是一個與窗口跳轉和窗口顯示有關的結構體數(shù)組，用于全局調度各窗口之間的切換。其中，CurIndex是窗口的索引值，用來標識當前窗口。UPINdex、DnIndex、BackIndex用來標識當有“上頁”、“下頁”、“返回”按鍵操作時，程序應轉向的窗口。其取值為255時，表示無轉向窗口，取值在0～254時表示要轉向的窗口索引，因此本設計可支持255個菜單窗口，足以滿足工程應用需要。CurOperate是函數(shù)指針，用來指向當顯示當前窗口時，應執(zhí)行的窗口顯示控制程序，以實現(xiàn)窗口的顯示。
MenuItems是一個菜單項結構體，用以保存當前窗口的全部菜單項的顯示位置和內容，這個結構體的內容是隨著窗口的切換，在新窗口初始化過程中被更新的。這樣就滿足了窗口的切換和菜單項之間反顯滾動的需要。由于只保存與當前窗口有關的菜單項，因此，該結構體的系統(tǒng)資源消耗很小。

Items包含了當前窗口內的所有菜單項，考慮到有的菜單項是沒有轉向窗口的，所以對應這種菜單項設置該值為255。當顯示一個窗口時，Items會被填入當前窗口的菜單項信息，并且填寫時是按照菜單項的先后順序依次構建的。這樣當有“上移”、“下移”按鍵操作時，就可迅速找到目標行，并反顯該行。

1．2 菜單窗口顯示控制

窗口顯示部分是將每一個菜單窗口都以一個獨立命名的函數(shù)形式封裝，函數(shù)里包括對Items進行賦值，在顯示屏指定位置顯示當前窗口的菜單項，以及根據(jù)需要完成畫點、畫線、畫按鈕等繪圖操作。這些函數(shù)彼此功能獨立，分別對應不同的菜單窗口，僅在窗口切換時賦予CurOperate即可，因此非常適合多人合作開發(fā)。

需要說明的是，菜單窗口的顯示控制是基于顯示屏的，工程中常用的是TFT屏或點陣液晶屏，使用時需要實現(xiàn)顯示屏的驅動程序，對屏進行初始化、讀、寫等操作，由于不是本文重點，因此這部分內容略過。

2 鍵盤處理模塊設計
單片機的菜單操作多是以按鍵形式完成的，一般會有多個按鍵，分別對應不同功能。此外，也要考慮按鍵復用問題，也就是說，同一位置的按鍵在不同窗口內可能會有不同的功能定義，因此，要在程序中對按鍵進行采集、解析鍵值，以正確響應操作。按鍵處理的流程如圖1所示。

例如當按下“上頁”按鍵時，程序會接收到按鍵，根據(jù)當前所處的窗口解析該鍵定義，判斷為“上頁”；然后在窗口結構體數(shù)組Menu Index中取得要轉向窗口的索引值，根據(jù)索引值取得該窗口顯示控制程序的指針，并釋放菜單項結構體ItEMS，執(zhí)行該窗口顯示控制程序。代碼如下：

3 應用實例
在某裝備模擬項目中，以AT89C52芯片為核心器件，顯示部分采用圖形點陣液晶顯示模組HG3202405V2-B-LWH-LV，外部復合功能按鍵6個，實現(xiàn)菜單設計。部分代碼如下：

主菜單窗口如圖2所示。

結語

單片機的多級菜單設計是項目開發(fā)中較為常見的問題，本文給出了解決方案并在項目中得到應用。其特點表現(xiàn)在兩個方面：一是系統(tǒng)開銷小，僅靠MenuState和MenuItEMS兩個結構體和幾個變量即可維護各窗口和窗口內的同級菜單項；二是模塊各部分功能獨立性強，各菜單窗口的顯示控制程序彼此獨立、互不影響，鍵盤處理程序也自成一體。因此，該方案模塊化程度高，開發(fā)過程簡單方便，擴展性好，可移植性強，適于團隊合作開發(fā)和維護。