微控制器是人機界面的核心，將傳感器數據轉換為命令。工藝技術和系統架構帶來的性能提升使微控制器和 FPGA 能夠通過硬件引擎或軟件庫處理更多的圖形和音頻，并在工業環境中提供更豐富的接口。

　　微控制器集成度的提高和成本的降低正在推動該技術進一步控制工業設計中的人機界面。集成 LCD 控制器和更高性能數字信號處理的能力允許實現和顯示更復雜的顯示器，包括 3D 圖形，同時保持成本和功耗盡可能低。添加其他功能，例如觸摸屏控制器和通信模塊，可以實現更多集成，并使接口控制器成為系統中的關鍵元素。

　　ARM 生產了新一代處理器內核，例如 Cortex-M3 和 Cortex-M4，它們具有顯著更高水平的性能和 DSP 支持，并允許新型微控制器處理廣泛的接口功能。

　　但是，還有其他方法可以應對挑戰。現有內核可以輔以專用圖形硬件，以充分利用現有軟件，而使用現場可編程門陣列可以提供專用硬件或優化的微控制器，兩者都與驅動顯示器的技術相結合。

　　飛思卡爾半導體的Kinetis K40 是一款直接針對工業人機界面設計的微控制器。它有一個硬件觸摸感應接口，最多有 16 個輸入，可避免軟件輪詢方法和一個靈活的低功耗 LCD 控制器，最多支持 320 段（40 x 8 或 44 x 4）。LCD 閃爍模式可在保持低功耗模式的同時實現低平均功耗，而分段故障檢測模塊可防止錯誤讀數并降低 LCD 測試成本。

　　段式 LCD 控制器支持多達 40 個前板和 8 個背板，或 44 個前板和 4 個背板，所有這些都可以在軟件中進行配置，以避免昂貴的顯示設備重新設計。

　　它使用帶有 DSP 指令的 ARM Cortex-M4 內核，以 100 MHz 運行，每 MHz 提供 1.25 Dhrystone MIPS，并具有高達 512 KB 的程序閃存。此外，還有 10 種低功耗模式可根據應用要求提供功耗優化。還有一個具有多主機保護的內存保護單元以及一個支持多達 64 個請求源的 16 通道 DMA 控制器。

　　一個接口需要從多個來源收集數據。因此，每個 ADC 中集成了兩個 16 位 SAR ADC 和一個可編程增益放大器 （PGA）（最高 x64），以及一個 12 位 DAC 和三個包含一個 6 位DAC 和可編程參考輸入。

　　為了與系統的其他部分進行通信，該器件包括一個通過片上收發器的 USB 全速/低速 On-the-Go 控制器以及兩個控制器局域網 （CAN） 模塊、三個 SPI 模塊、兩個 I2C模塊、五個 UART 模塊和一個 I2S 模塊。這意味著該設備不僅可以充當接口的集線器，還可以充當系統其他部分的集線器。

　　富士通的圖形顯示控制器 （GDC） 使用基于 ARM926 內核的 SoC 架構。MB86R01采用了富士通成熟的 MB86296 3D 圖形核心，并采用富士通的標準 90 納米工藝，以提供功率（低漏電流）和性能的最佳平衡。

　　MB86R01 圖形 SoC 采用分層總線系統，可將 3D 圖形處理等高性能功能與低速 I/O 等常規操作隔離開來。此外，ARM 處理器旨在以兩倍于圖形核心的速率運行，以減少這兩個主要功能之間的內存總線爭用。

　　圖 1：富士通的 MB86R01 圖形 SoC。

　　MB86R01 架構的核心是一個完整的 3D 幾何處理單元，它能夠執行所有主要的 3D 操作，包括變換、旋轉、背面剔除、視圖平面裁剪和隱藏表面管理。

　　該設備具有一個顯示控制器，支持兩個捕獲源（YUV/ITU656 或 RGB），并支持視頻圖像的放大和縮小。視頻也可以映射到六個顯示層中的任何一層，并且可以紋理映射到多邊形以創建特殊效果。

　　顯示控制器還具有雙數字輸出功能，支持不同分辨率的多種顯示器配置。每個面板的內容可以相同或唯一。MB86R01 的六個顯示層可以被視為六個單獨的幀緩沖區或單獨的畫布，每個都可能包含獨特的內容。這些層可以優化大小以節省內存并提高系統吞吐量和圖形性能。考慮一個菜單欄示例。如果實際圖形區域僅為 60 x 400 像素，則設備允許將圖層設置為與 60 x 400 的顯示區域匹配，而底層圖層可能是高達 1080 x 768 的全分辨率。創建圖層后通過渲染或塊傳輸，GDC 實時混合內容，

　　除了多層之外，富士通 GDC 還提供各種 alpha 混合和透明度選項，設計人員可以使用這些選項來創建特殊效果并改進位圖和字體的抗鋸齒，從而使界面更易于使用。

　　該器件還包括多種接口，從 SD 卡和 IDE 到 USB、SPI、UARTS 和閃存/SRAM 端口。ADC 和 DAC 也包括在內，用于捕獲數據。

　　還有其他方法可以使用微控制器來構建人機界面。Altera 的 DK-DSP-3C120NCyclone III 開發套件允許設計人員將 32 位 NIOS 處理器內核與圖形引擎和 LCD 控制器模塊集成在一起，這兩者都可以根據應用的要求進行精確調整。低成本的 Cyclone III 系列 FPGA 允許以具有成本效益的方式實現設計的確切要求。

　　NIOS II 處理器可以配置有專門編寫的附加指令，通過使用 Altera 的 Quartus 設計工具生成編譯器，從而允許針對特定實現編譯開發人員的 C 代碼，從而增強圖形應用程序。這可以為工業接口提供更快的性能和更高的響應能力，同時減少代碼大小和內存需求，降低設備成本。

　　Lattice Semiconductor 的 LFE2-50E LCD-Pro 圖形評估套件能夠評估一組靈活、可配置的 IP 內核，用于通過 7 英寸 TFT 屏幕實現多功能和強大的顯示控制、圖形和視頻應用。該庫基于行業標準 AMBA 總線架構，允許 LCD-Pro IP 與各種與 AMBA 總線兼容的系統組件（如 ARM 處理器）互連。

　　LCD-Pro IP 內核針對 Lattice FPGA，專門針對LatticeECP2低成本 FPGA 系列進行了優化。該庫包含多個 IP 內核，能夠控制從低端 CIF 和 QVGA 到高清 TFT 的各種平板顯示器，采用 8、16 或 24 位顏色，并在現場使用超過 30市售顯示器。該 IP 支持顯示控制器中可用的多層圖像合成，支持簡單的疊加、顏色鍵控透明度、alpha 混合和 alpha 遮罩以及可變圖層顏色深度、大小、定位和平滑滾動。

　　圖 ：萊迪思 LCD-Pro IP 內核。

　　該套件可用于構建視頻模塊，處理各種格式并結合圖形，在工業應用中構建清晰且可用的人機界面。所有這些都為開發最新的工業接口提供了一系列強大的技術。從專用硬件到軟件可配置設備，這些設備增強了設計人員控制顯示器的能力并提供最佳的人機界面。