機電一體化第4章 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(49顯示器和鍵盤)

1、4.9 4.9 數(shù)字顯示器及鍵盤數(shù)字顯示器及鍵盤 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計控制系統(tǒng)及接口設(shè)計- -接口技術(shù)接口技術(shù)1. 人機接口人機接口 人機接口實現(xiàn)人與機電一體化系統(tǒng)的信息交人機接口實現(xiàn)人與機電一體化系統(tǒng)的信息交流、信息反饋，保證對機電一體化系統(tǒng)的實時監(jiān)流、信息反饋，保證對機電一體化系統(tǒng)的實時監(jiān)測、有效控制；由于機械與電子系統(tǒng)工作形式、測、有效控制；由于機械與電子系統(tǒng)工作形式、速率等存在極大的差異，機電接口還起著調(diào)整、速率等存在極大的差異，機電接口還起著調(diào)整、匹配、緩沖的作用。匹配、緩沖的作用。 人機接口又包括輸入接口與輸出接口兩類。人機接口又包括輸入接口與輸出接口兩類。通過輸入接口，操作

2、者向系統(tǒng)輸入各種命令及控通過輸入接口，操作者向系統(tǒng)輸入各種命令及控制參數(shù)，對系統(tǒng)運行進行控制；通過輸出接口，制參數(shù)，對系統(tǒng)運行進行控制；通過輸出接口，操作者對系統(tǒng)的運行狀態(tài)、各種參數(shù)進行監(jiān)測。操作者對系統(tǒng)的運行狀態(tài)、各種參數(shù)進行監(jiān)測。 一、接口的分類和特點一、接口的分類和特點 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計控制系統(tǒng)及接口設(shè)計- -接口技術(shù)接口技術(shù)2. 機電接口機電接口 按照信息和能量的傳遞方向，機電接口又可分按照信息和能量的傳遞方向，機電接口又可分為信息采集接口（傳感器接口）與控制輸出接為信息采集接口（傳感器接口）與控制輸出接口。信息處理系統(tǒng)通過信息采集接口接受傳感口。信息處理系統(tǒng)通過信息采集接口

3、接受傳感器輸出的信號，檢測機械系統(tǒng)運行參數(shù)，經(jīng)過器輸出的信號，檢測機械系統(tǒng)運行參數(shù)，經(jīng)過運算處理后，發(fā)出有關(guān)控制信號，經(jīng)過控制輸運算處理后，發(fā)出有關(guān)控制信號，經(jīng)過控制輸出接口的匹配、轉(zhuǎn)換、功率放大，驅(qū)動執(zhí)行元出接口的匹配、轉(zhuǎn)換、功率放大，驅(qū)動執(zhí)行元件，以調(diào)節(jié)機械系統(tǒng)的運行狀態(tài)，使其按要求件，以調(diào)節(jié)機械系統(tǒng)的運行狀態(tài)，使其按要求動作。動作。 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計控制系統(tǒng)及接口設(shè)計- -接口技術(shù)接口技術(shù) 總體來講，機電一體化系統(tǒng)對接口的要求總體來講，機電一體化系統(tǒng)對接口的要求是：能夠輸入有關(guān)的狀態(tài)信息，并能夠可靠地傳是：能夠輸入有關(guān)的狀態(tài)信息，并能夠可靠地傳送相應(yīng)的控制信息；能夠進行信息轉(zhuǎn)換

4、，以滿足送相應(yīng)的控制信息；能夠進行信息轉(zhuǎn)換，以滿足系統(tǒng)對輸入與輸出的要求；具有較強的阻斷干擾系統(tǒng)對輸入與輸出的要求；具有較強的阻斷干擾信號的能力，以提高系統(tǒng)工作的可靠性。信號的能力，以提高系統(tǒng)工作的可靠性。 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計控制系統(tǒng)及接口設(shè)計- -接口技術(shù)接口技術(shù)一、數(shù)字顯示器的結(jié)構(gòu)及其工作原理一、數(shù)字顯示器的結(jié)構(gòu)及其工作原理發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LED）顯示器結(jié)構(gòu)與原理）顯示器結(jié)構(gòu)與原理 圖圖4-32 七段顯示塊管腳與結(jié)構(gòu)圖七段顯示塊管腳與結(jié)構(gòu)圖 單片機系統(tǒng)中通常使單片機系統(tǒng)中通常使用用8段段LED數(shù)碼顯示器，數(shù)碼顯示器，8段段LED顯示器由顯示器由8個個發(fā)光二極管組成。其發(fā)光二

5、極管組成。其中中7個長條形的發(fā)光二個長條形的發(fā)光二極管排列成極管排列成“日日”字字形，另一個圓點形的形，另一個圓點形的發(fā)光二極管作為顯示發(fā)光二極管作為顯示小數(shù)點用，通過不同小數(shù)點用，通過不同的組合可用來顯示各的組合可用來顯示各種數(shù)字，包括種數(shù)字，包括AF在在內(nèi)的部分英文字母和內(nèi)的部分英文字母和小數(shù)點等字樣。小數(shù)點等字樣。 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計控制系統(tǒng)及接口設(shè)計- -接口技術(shù)接口技術(shù)七段七段LED的段選碼表的段選碼表顯示字符共陰極段選碼共陽極段選碼顯示字符共陰極段選碼共陽極段選碼03FHC0HC39HC6H106HF9HD5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH

6、466H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82H31HCEH707HF8Hy6EH91H87FH80H8.FFH00H96FH90H“滅”00HFFHA77H88HB7CH83H 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計控制系統(tǒng)及接口設(shè)計- -接口技術(shù)接口技術(shù)LED顯示器與顯示方式：靜態(tài)和動態(tài)顯示器與顯示方式：靜態(tài)和動態(tài)1LED靜態(tài)顯示方式靜態(tài)顯示方式 LED工作在靜態(tài)顯示方式下，共陰極接地或共陽極接工作在靜態(tài)顯示方式下，共陰極接地或共陽極接+5 V；每一位的段選線每一位的段選線(ag、dp)與一個與一個8位并行位并行I/O口相連，如圖口相連，如圖4-33所示。該圖表示了一個所示。該圖

7、表示了一個4位靜態(tài)位靜態(tài)LED顯示器電路，顯示器的每顯示器電路，顯示器的每一位可獨立顯示，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該一位可獨立顯示，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。由于每一位由一個位就能保持相應(yīng)的顯示字符。由于每一位由一個8位輸出口控制位輸出口控制段選碼，故在同一時刻各位可以顯示不同的字符。段選碼，故在同一時刻各位可以顯示不同的字符。 N位靜態(tài)顯示器要求有位靜態(tài)顯示器要求有N8根根I/O口線，占用口線，占用I/O口線較多?？诰€較多。故在位數(shù)較多時往往采用動態(tài)顯示方式。故在位數(shù)較多時往往采用動態(tài)顯示方式。 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計控制系統(tǒng)及接口設(shè)計-

8、 -接口技術(shù)接口技術(shù)圖4-33N位LED顯示器 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計控制系統(tǒng)及接口設(shè)計- -接口技術(shù)接口技術(shù)2LED動態(tài)顯示方式動態(tài)顯示方式n 靜態(tài)靜態(tài)LED顯示法有著顯示亮度大，軟件較為簡單的優(yōu)點，顯示法有著顯示亮度大，軟件較為簡單的優(yōu)點，但硬件上使用芯片多，每個但硬件上使用芯片多，每個LED顯示器需要一個驅(qū)動電路。顯示器需要一個驅(qū)動電路。n 動態(tài)掃描是指采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的動態(tài)掃描是指采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的COM端，使各個顯示器輪流點亮?；咀龇ㄔ谟诙?，使各個顯示器輪流點亮?；咀龇ㄔ谟诜謺r輪分時輪流選通數(shù)碼管的公共端，使得各數(shù)碼管輪流導(dǎo)通流選通數(shù)碼管的

9、公共端，使得各數(shù)碼管輪流導(dǎo)通，在選通，在選通相應(yīng)相應(yīng)LED后，即在顯示字段上得到顯示字形碼。這種方式后，即在顯示字段上得到顯示字形碼。這種方式不但能提高數(shù)碼管的發(fā)光效率，而且由于各個數(shù)碼管的字不但能提高數(shù)碼管的發(fā)光效率，而且由于各個數(shù)碼管的字段線是并聯(lián)使用的，從而大大簡化了硬件線路。段線是并聯(lián)使用的，從而大大簡化了硬件線路。n 在輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮時間是極為在輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮時間是極為短暫的（約短暫的（約1ms），但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二），但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位顯示器并非同時點亮，極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位

10、顯示器并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計控制系統(tǒng)及接口設(shè)計- -接口技術(shù)接口技術(shù)圖圖4-34 通過擴展通過擴展8155 I/O口控制的口控制的LED動態(tài)顯示接口圖動態(tài)顯示接口圖 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計控制系統(tǒng)及接口設(shè)計- -接口技術(shù)接口技術(shù)二、鍵盤、顯示器組合接口二、鍵盤、顯示器組合接口 (1)可同時進行鍵盤掃描及文字顯示；可同時進行鍵盤掃描及文字顯示； (2)鍵盤掃描模式鍵盤掃描模式(Scanned Keyboard Mode)； (3)

11、傳感器掃描模式傳感器掃描模式(Scanned Sensor Mode)； (4)激發(fā)輸入模式激發(fā)輸入模式(Strobe Input Entry Mode)； (5)8乘乘8鍵盤鍵盤FIFO(先進先出先進先出)； (6)具有接點消除抖動，具有接點消除抖動，2鍵鎖定及鍵鎖定及N鍵依此讀出模式；鍵依此讀出模式； (7)雙排雙排8位數(shù)或雙排位數(shù)或雙排16位數(shù)的顯示器；位數(shù)的顯示器； (8)右邊進入或左邊進入。右邊進入或左邊進入。16位字節(jié)顯示存儲器。位字節(jié)顯示存儲器。 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計控制系統(tǒng)及接口設(shè)計- -接口技術(shù)接口技術(shù) 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計控制系統(tǒng)及接口設(shè)計- -接口技術(shù)接口技術(shù)

12、行列式鍵盤行列式鍵盤行列式鍵盤又叫矩陣式鍵盤。用I/O口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點上。例如44的行列結(jié)構(gòu)可組成16個鍵的鍵盤。因此，在按鍵數(shù)量較多時，可以節(jié)省I/O口線。 1行列式鍵盤的接口行列式鍵盤的接口行列式鍵盤的接口方法有許多，例如直接接口于單片機的I/O口上；利用擴展的并行I/O接口；用串行口擴展并行I/O口接口；利用一種可編程的鍵盤、顯示接口芯片8279進行接口等。其中，利用擴展的并行I/O接口方法方便靈活，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中比較常用。 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計控制系統(tǒng)及接口設(shè)計- -接口技術(shù)接口技術(shù)2鍵編碼及鍵值鍵編碼及鍵值(1)用鍵盤連接的I/O線的二進制組合表示鍵

13、碼。例如用4行、4列線構(gòu)成的16個鍵的鍵盤，可使用一個8位I/O口線的高、低4位口線的二進制數(shù)的組合表示16個鍵的編碼，如圖(a)所示。各鍵相應(yīng)的鍵值為88H、84H、82H、81H、48H、44H、42H、41H、28H、24H、22H、21H、18H、14H、12H、11H。這種鍵值編碼軟件較為簡單直觀，但離散性大，不便安排散轉(zhuǎn)程序的入口地址。 (2) 順序排列鍵編碼。如圖 (b)所示。這種方法，鍵值的形成要根據(jù)I/O線的狀態(tài)作相應(yīng)處理。鍵碼可按下式形成：鍵碼=行首鍵碼+列號 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計控制系統(tǒng)及接口設(shè)計- -接口技術(shù)接口技術(shù)行列式鍵盤的編碼與鍵值圖(a)二進制組合編碼；(

14、b)順序排列編碼 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計控制系統(tǒng)及接口設(shè)計- -接口技術(shù)接口技術(shù) 3鍵盤工作原理鍵盤工作原理按鍵設(shè)置在行、列線的交點上，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接+5V，被箝位在高電平狀態(tài)。對鍵盤的工作過程可分兩步：第一步是CPU首先檢測鍵盤上是否有鍵按下；第二步是再識別是哪一個鍵按下。檢測鍵盤上有無鍵按下可采用查詢工作方式、定時掃描工作方式和中斷工作方式。 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計控制系統(tǒng)及接口設(shè)計- -接口技術(shù)接口技術(shù) 4、鍵盤工作方式、鍵盤工作方式（1 1）鍵盤中有無鍵按下是由列線送入全掃描字，讀入行線狀態(tài)來判別的。）鍵盤中有無鍵按下是由列線送入全掃描字，

15、讀入行線狀態(tài)來判別的。其方法是：其方法是：PAPA口輸出口輸出00H00H，即所有列線置成低電平，然后將行線電平狀態(tài)，即所有列線置成低電平，然后將行線電平狀態(tài)讀入累加器讀入累加器A A中。如果有鍵按下，總會有一根行線電平被拉至低電平，從中。如果有鍵按下，總會有一根行線電平被拉至低電平，從而使行輸入狀態(tài)不全為而使行輸入狀態(tài)不全為“1”1”。（2 2）通常在鍵數(shù)較少時，可用硬件方法消除鍵抖動。）通常在鍵數(shù)較少時，可用硬件方法消除鍵抖動。RSRS觸發(fā)器為常用的觸發(fā)器為常用的硬件去抖電路。單片機系統(tǒng)中常用軟件延時法。硬件去抖電路。單片機系統(tǒng)中常用軟件延時法。 （3 3）鍵盤中哪一個鍵按下是由列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)，）鍵盤中哪一個鍵按下是由列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)，稱為逐列掃描。為求取鍵碼，在逐列掃描時，可用計數(shù)器記錄下當前掃描稱為逐列掃描。為求取鍵碼，在逐列掃描時，可用計數(shù)器記錄下當前掃描列的列號，然后用行線值為列的列號，然后用行線值為“0”0”的行首鍵碼加列號的辦法計算。的行首鍵碼加列號的辦法計算。（4 4）鍵閉合一次僅進行一次功能操作。）鍵閉合一次僅進