第2章 人機(jī)接口

第二章人機(jī)接口

2.1開關(guān)及接口

2.2鍵盤及接口2.3觸摸屏技術(shù)

2.4LED顯示器及接口

2.5LCD顯示器及接口2.6鍵盤顯示器接口設(shè)計

2.7打印機(jī)機(jī)接口

智能儀表通過人機(jī)接口與系統(tǒng)操作者進(jìn)行信息交換和傳輸。人機(jī)接口由輸入、輸出設(shè)備和相應(yīng)的連接與控制硬件、軟件組成，實(shí)現(xiàn)最基本的信息交換功能（輸入命令、數(shù)據(jù)，輸出顯示、打?。?，其程序通常是智能儀表監(jiān)控程序的主體。本章討論最常用的人機(jī)接口技術(shù)，包括具有輸入功能的各種開關(guān)、按鈕、鍵盤和具有輸出功能的LED顯示器、LCD顯示器、打印機(jī)等的接口技術(shù)。可編程芯片和智能模塊的使用是智能儀表的基本技術(shù)，盡管各種可編程芯片和智能模塊的功能各異，卻具有相似的接口原理和應(yīng)用方式，望能達(dá)到舉一反三的效果。第一節(jié)開關(guān)及接口一、開關(guān)的基本形式用于設(shè)置工作狀態(tài)和命令，以選擇不同的功能。CPU檢測其接口邏輯電平的狀態(tài)（0或1），判斷開關(guān)是閉合或斷開的。有直接與口相接或數(shù)據(jù)總線擴(kuò)展兩種形式。下圖為通過總線與CPU接口的并行開關(guān)。圖中的三態(tài)輸出緩沖器可用74LS244、74LS245等器件，相當(dāng)于系統(tǒng)擴(kuò)展了一個輸入端口，軟件上只需一條CPU讀外設(shè)指令即可獲得各開關(guān)的狀態(tài)。撥碼開關(guān)、一組跳線都是常見的開關(guān)并列組合器件。八個開關(guān)與CPU的接口

二、互鎖式開關(guān)

互鎖式開關(guān)是在任何時刻僅僅只有一個開關(guān)閉合或全部斷開，按動某一開關(guān)閉合時，則互鎖作用將使原處于閉合的開關(guān)斷開。

結(jié)構(gòu)：常見琴鍵式或波段旋鈕式，前者可自由地從一個位置切換到另一個位置；而后者則只能按旋轉(zhuǎn)方向順序選擇，且有暫態(tài)選擇輸出，在軟件處理上應(yīng)加以注意。用途：互鎖式開關(guān)多用于控制程序流向，完成不同功能的選擇。三、數(shù)字撥碼盤

數(shù)字撥碼盤是一種數(shù)據(jù)輸入器件，如圖(a)示，在圓形輪盤上標(biāo)有0～9十個數(shù)字；按動一次“+”數(shù)字加1輪盤轉(zhuǎn)動，按動一次“-”則數(shù)字減1。原理：內(nèi)部是8、4、2、1碼的四位組合開關(guān)，可等效為圖(b)示的四位開關(guān)組合，開關(guān)的狀態(tài)以BCD碼對應(yīng)于輪盤顯示的數(shù)字。若以1表示閉合，0表示斷開，則撥出數(shù)字5所對應(yīng)的開關(guān)S3、S2、S1、S0輸出為0101。多個數(shù)字撥碼盤組合使用即可按十進(jìn)制進(jìn)行參數(shù)的輸入，軟件處理上應(yīng)注意BCD碼與十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換。特點(diǎn)：集數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)保存于一體，是智能儀表常用的參數(shù)輸入器件。四、開關(guān)接口工作方式

工作方式即CPU如何讀取開關(guān)狀態(tài)。

1、無條件方式--系統(tǒng)在主程序初始化階段或進(jìn)程中，在需要開關(guān)狀態(tài)信息時就讀開關(guān)狀態(tài)，其他時間開關(guān)狀態(tài)改變系統(tǒng)不會響應(yīng)。不需要額外的軟件、硬件開銷，特別是當(dāng)CPU的查詢周期快于實(shí)際對象的周期時，可看作是實(shí)時處理。

2、查詢方式--在CPU讀開關(guān)狀態(tài)前，要求操作者檢查開關(guān)設(shè)置是否正確或重新設(shè)置開關(guān)狀態(tài)，操作者完成開關(guān)操作后給CPU一個開關(guān)設(shè)定完畢的信息，CPU再讀開關(guān)狀態(tài)。這種需要顯示和軟件的配合。

3、中斷方式--若希望系統(tǒng)立即響應(yīng)對開關(guān)的操作，則需要采用中斷方式。在硬件處理上通常要有產(chǎn)生中斷信號。第二節(jié)鍵盤及接口

一、按鍵及其接口

按鍵：①具有“斷開”和“閉合”兩種狀態(tài)，通過接口電路對應(yīng)0和1兩個邏輯電平；②適用于連續(xù)的輸入操作，按鍵的“閉合”是暫態(tài)，停止按壓時按鍵恢復(fù)到“斷開”狀態(tài)；③按鍵常與顯示配合使用，利用顯示輸出對按鍵操作給予反饋，按鍵不像開關(guān)，對輸入的狀態(tài)具有保持作用。另外，開關(guān)是各狀態(tài)設(shè)置好后才輸入的，而按鍵是在操作中輸入的，因此按鍵需解決抖動和單次鍵入的問題，以協(xié)調(diào)操作的機(jī)械過程慢與CPU讀入判斷快之間的矛盾。

1、按鍵的去抖動鍵從按下到穩(wěn)定接觸要經(jīng)過數(shù)毫秒的抖動過程，鍵松開時也存在同樣的問題，如圖示。對高速運(yùn)行的微機(jī)系統(tǒng)，幾毫秒的抖動將會多次讀入，因此必須進(jìn)行去抖動處理，去抖通常有硬件和軟件兩種方案。

①硬件去抖動：采用RS觸發(fā)器或單穩(wěn)電路，可得到理想的按鍵波形；但要求一個鍵對應(yīng)一套硬件電路，只能用于按鍵數(shù)目較少場合；且RS觸發(fā)器需采用雙向觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的按鍵，單穩(wěn)電路去抖動效果較好，此方式很少用。

②軟件延時去抖動：是在CPU首次檢測到按鍵按下或鍵放開信號時，延時一段時間(延時長短取決于按鍵的性能，一般20ms即可)，再次判斷鍵的狀態(tài)，顯然這次讀入的是按鍵穩(wěn)定后的狀態(tài)。軟件去抖動不用額外的硬件開銷，軟件也不復(fù)雜，因此在鍵數(shù)較多的情況下，智能儀表中廣泛地使用。

2、按鍵的單次鍵入按下鍵到再松開鍵的一次按鍵操作過程的時間量為秒級，而CPU即便考慮延時去抖動的時間，處理按鍵操作的速度相對較快，則會造成按鍵單次鍵入而CPU卻多次響應(yīng)的問題。通常采用軟件方法解決按鍵單次鍵入的問題，即當(dāng)CPU測得按鍵按下的信號時，不立即轉(zhuǎn)入處理程序，而是反復(fù)檢測按鍵的狀態(tài)，直到按鍵被松開才認(rèn)為一次按鍵操作有效。下頁圖示的分別為軟件方式去抖動示意和按鍵單次鍵入的程序流程。

3、串鍵處理

串鍵：操作者將多鍵同時按下。處理：①做無效輸入而不予理睬。②采用雙鍵鎖定原則，即串鍵時不判斷鍵值，到按著僅剩一個鍵時，才判斷鍵值。

4、按鍵接口工作方式鍵處理應(yīng)具有實(shí)時性，常用中斷或定時查詢方式。

①中斷方式當(dāng)任意鍵按下時，與門輸出低電平，引起系統(tǒng)中斷，在中斷服務(wù)程序中完成鍵處理。

②定時查詢方式系統(tǒng)中設(shè)置一定時時鐘，在定時中斷服務(wù)程序中檢測按鍵的狀態(tài)并進(jìn)行按鍵操作的處理。

定時查詢比中斷方式硬件簡單，軟件處理上：去抖動延時、單次鍵入的處理可由定時時鐘延時而不用軟件，這種分時處理對在線運(yùn)行系統(tǒng)很有意義。二、鍵盤及接口

鍵盤：若干個分別代表數(shù)字和有關(guān)命令的按鍵構(gòu)成的集合或開關(guān)矩陣。在智能儀表的人機(jī)輸入接口中常見的是鍵盤，而不是按鍵，便于實(shí)時、便捷地向系統(tǒng)輸入?yún)?shù)。由于鍵盤是由按鍵構(gòu)成的，所以上節(jié)的去抖動、串鍵和單次鍵入等問題在鍵盤的管理中同樣存在。軟件上，鍵盤一般采用定時查詢或中斷的工作方式。

分類：按連接構(gòu)成分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤或行列式鍵盤；按識別鍵碼方式分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤。

1、鍵盤構(gòu)成

①獨(dú)立式鍵盤：即“一線一鍵”，用1個8位輸入端口構(gòu)成8個鍵。優(yōu)點(diǎn)是按鍵判斷簡單，缺點(diǎn)是硬件開銷大，按鍵多于8個時，就不用這種方式。

②矩陣式鍵盤：即由M行N列的線構(gòu)成矩陣，在每個行、列線的空間交叉點(diǎn)上跨接一個按鍵，構(gòu)成M×N個按鍵的鍵盤。優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約硬件資源，缺點(diǎn)是判斷哪一個鍵被按壓的軟件較復(fù)雜。行線x2x1x0y0y1y2y3列線0489512376AB10KΩ*3+5V2、非編碼鍵盤非編碼鍵盤：只提供鍵盤行與列的矩陣信號，按鍵識別、鍵盤去抖等均由軟件完成。硬件簡單軟件復(fù)雜。

鍵碼識別方法：逐行掃描法和口線反轉(zhuǎn)法。

①逐行掃描法對下頁圖組成的3×4鍵盤，要求與鍵盤矩陣接口的端口為可編程的輸入／輸出端口，若采用定時查詢方式，則逐行掃描法過程如下：

a．CPU置行線x0~x1全0，若讀入的y0～y3列線全為1，則無鍵按下程序返回；由于鍵隨時可能被按下，應(yīng)周期性進(jìn)行檢測，有鍵按下必有一根列線為0，若列線有一根以上為0則為串鍵。

行碼列碼0鍵：11011101鍵：11011012鍵：11010113鍵：11001114鍵：10111105鍵：1011101A鍵：0111011行線x2x1x0y0y1y2y3列線0489512376AB10KΩ*3+5V

b．CPU逐一使行線為0(其余行口線為1)，同時讀入列口線，當(dāng)列口線讀入全為1時，說明按壓鍵不在該行，需繼續(xù)掃描。當(dāng)列口線讀入不全為1時，則按壓鍵就在讀入為0的列口線和此時為0的行口線上，合并此時的行掃描數(shù)據(jù)和列讀入數(shù)據(jù)，就是按壓鍵的鍵值，程序可據(jù)此進(jìn)行鍵值分析。

c．若程序采取單次鍵入的方式，則應(yīng)判斷按壓鍵是否松開，在松開前不應(yīng)進(jìn)行新的逐行掃描判斷。判斷是否放開的方法與步驟a相似，只是在讀入列全為1后，延時去抖動并結(jié)束一次按壓鍵逐行掃描的判斷過程。逐行掃描法以較大的軟件開銷來換得鍵盤的硬件結(jié)構(gòu)最簡。

②口線反轉(zhuǎn)法

圖示的是4×4鍵盤與8為并口連接，各列線同時輸入到四輸入端與門，與門的輸出作為鍵盤的中斷響應(yīng)，則在這種情況下對CPU進(jìn)行口線反轉(zhuǎn)法判斷按壓鍵的過程如下。

a．設(shè)行口線為全零輸出，列口線作輸入，若圖示的鍵被按下時，與門輸出一低電平中斷響應(yīng)信號，則系統(tǒng)響應(yīng)鍵盤中斷。

b．中斷服務(wù)程序中，延時去抖動后，在行口線為全0輸出時讀入列口線，數(shù)據(jù)A(P1.7～P1.4)=1101；再使列口線為全0輸出，讀入行口線B(P1.3～P1.0)=1011；合并兩數(shù)據(jù)，AB=0DBH即為按壓鍵的鍵值代碼，與逐行掃描法一樣，對矩陣中的每一個鍵，這種方法都僅有惟一的代碼，若出現(xiàn)其他的代碼則認(rèn)為是串鍵。c．不斷讀入行口線，直至讀入全為1，然后延時去抖動。恢復(fù)行口線為全零輸出，列口線作輸入的狀態(tài)，退出中斷程序，完成一次按壓鍵的判斷?？诰€反轉(zhuǎn)法鍵值判斷快，程序較簡單，但要求與鍵盤矩陣接口的端口為可編程的輸入／輸出端口，在端口設(shè)置靈活的單片機(jī)系統(tǒng)中，這一要求易于滿足。兩種方法原理相似，都要求與鍵盤矩陣接口的端口為可編程的輸入／輸出端口，口線反轉(zhuǎn)法占用硬件資源多，軟件復(fù)雜，所以逐行掃描法在智能儀表中的應(yīng)用廣泛。P2.7P2.0WRRDALEP08031CEIO/MWRRDALED0~D7PA7PA0PC0PC1PC2PC3+5V

01234567

89101112131415

1617181920212223

24252627282930315.1K×4+5V1K20μFRESET8155PA6PA5PA4PA3PA2PA1③8155構(gòu)成的非編碼鍵盤接口3、編碼鍵盤

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編碼鍵盤是識別按鍵，提供按鍵讀數(shù)，高質(zhì)量的編碼鍵盤每按一次鍵鍵盤自動提供鍵值、去抖動、互鎖等，同時產(chǎn)生選通脈沖通知微機(jī)處理。

閉合鍵的識別、去抖動、互鎖等是專用硬件實(shí)現(xiàn)，軟件簡單硬件復(fù)雜。

常用：靜態(tài)編碼器—普通編碼器如74148

可編程鍵盤/顯示接口如8279①靜態(tài)式編碼器接口a接口電路b真值表

②8279編碼鍵盤

閉合鍵的識別是專用硬件實(shí)現(xiàn)，每按一次鍵鍵盤自動提供鍵值、去抖動、互鎖等，同時產(chǎn)生選通脈沖通知微機(jī)處理。軟件簡單硬件復(fù)雜。三、鍵盤電路的優(yōu)化

用相同I／O線數(shù)量，設(shè)計更多的按鍵。下面是一種基于組合排列構(gòu)成準(zhǔn)矩陣式組合鍵盤的實(shí)用方案。圖中8線準(zhǔn)矩陣式鍵盤電路可組成28個鍵，比用8條I／O線的4×4的矩陣式鍵盤多了12個鍵。矩陣掃描式鍵盤電路是以某條行線輸出0，當(dāng)按下與此條I／O線相連的按鍵時，與這個按鍵另一端相連的列輸入線由1變成0，核心是在兩條I／O線間接一個按鍵。對單片機(jī)的I／0線是既可以做輸入，也可做輸出。以一條I／O輸出低電平，另外全設(shè)置為輸入并判斷是否為低電平來確定是否有按鍵，這一點(diǎn)在如下圖示的8線準(zhǔn)矩陣式組合鍵盤電路中得到了最充分的應(yīng)用。將N條I／O線畫成圖示的矩陣形式，主對角線處相連接，僅在矩陣主對角線的上三角或下三角交叉處設(shè)置按鍵。

按鍵判斷：以一條I／O線輸出低電平，其它各條設(shè)置為輸入并判斷那條是低電平，來確定該按鍵是否被按下。以圖中N線準(zhǔn)矩陣式組合鍵盤電路為例進(jìn)行說明。當(dāng)N＝8時，有M＝8(8—1)／2＝28，L1對L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8間各接一個按鍵，分別為K12、K13、K14、K15、K16、K17、K18共7個按鍵，同理，L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8分別接有6、5、4、3、2、1個按鍵，總按鍵數(shù)為28。以L4和L6為例，在L4和L6間僅接有K46，沒有其它按鍵。判斷時以L4(L6)輸出低電平，設(shè)置L6(L4)為輸入并判斷輸入是否為低電平來確定K46是否按下。

四、鍵盤的具體組成形式按鍵對儀表可靠性有顯著影響，按鍵是易受損壞的部件，外觀、手感直接體現(xiàn)了系統(tǒng)的外觀。

1、有動觸點(diǎn)的按鍵--結(jié)構(gòu)是一對觸點(diǎn)，受力后閉合外力撤銷后斷開，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性不很高。這種獨(dú)立按鍵構(gòu)成智能儀表的鍵盤體積大且安裝復(fù)雜。

①膜片按鍵--動觸點(diǎn)用彈性膜片代替，按鍵時膜片位移很小，使用壽命較長。如將這種結(jié)構(gòu)直接制造于PVC面板中，既美觀又簡化了裝配過程。

②導(dǎo)電橡膠按鍵--固定觸點(diǎn)印在電路板上，彈性橡膠片和導(dǎo)電橡膠構(gòu)成動觸點(diǎn)。這種鍵盤結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、手感好，且宜于產(chǎn)品化。導(dǎo)電橡膠按鍵在有效期內(nèi)的可靠性較好，用于便攜式或面板較小的智能儀表。2、無動部件的按鍵

感應(yīng)式按鍵是利用人體的電感、電容效應(yīng)或人體對光的遮擋作用工作的。圖示的是紅外式非接觸按鍵，其過程是：按鍵時，紅外發(fā)光管的光線被反射到紅外接收器上，產(chǎn)生操作信號，常態(tài)時沒有反射的紅外光。按鍵的電子處理電路相對復(fù)雜，無可動部件，可靠性很好，不易損壞。但其操作過程沒有明顯的手感，需要與顯示的內(nèi)容密切配合。

光電式按鍵

是一種新型的輸入方式，“面板”是在顯示屏上虛擬的，通過軟件可以作出完備、靈活、精美的虛擬面板，廣泛應(yīng)用于高檔的智能儀表中。它的應(yīng)用徹底改變了計算機(jī)的應(yīng)用界面，大大簡化了計算機(jī)的操作模式，僅需以手指觸摸計算機(jī)顯示屏上的圖符或文字就能實(shí)現(xiàn)對主機(jī)操作，方便、快捷地查詢想要的信息或資料，簡單、直觀地實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器的交流。第三節(jié)觸摸屏技術(shù)一、觸摸屏簡介

1、觸摸屏的發(fā)展從紅外屏、四線電阻屏、電容屏，到聲波屏、五線電阻觸摸屏，性能越來越可靠，技術(shù)也越來越先進(jìn)。國內(nèi)最先使用的是日本的紅外屏，其后是電阻屏、電容屏和聲波屏，優(yōu)缺點(diǎn)不同。

紅外屏存在光干擾問題，LCD技術(shù)和紅外屏技術(shù)結(jié)合，完全滿足了紅外屏對平面的要求，使紅外屏重獲生機(jī)。

電阻屏缺點(diǎn)是透光率差、表面易損。

電容屏考慮失真的問題，采用鍍膜技術(shù)后克服了怕刮易損的缺點(diǎn)。

聲波屏優(yōu)點(diǎn)是明顯的，但水滴灰塵的影響使應(yīng)用受限制，可加防塵條，或在軟件上增加對污物的監(jiān)控，準(zhǔn)確識別出有效的操作和污物之間的區(qū)別。

2、觸摸屏技術(shù)特性

①透明性能--觸摸屏是由多層復(fù)合薄膜構(gòu)成，衡量觸摸屏透明性能主要是它的視覺效果，還有透明度、色彩失真度、反光性和清晰度。

②絕對坐標(biāo)系統(tǒng)--觸摸屏是一種絕對坐標(biāo)系統(tǒng)（鼠標(biāo)是一種相對定位系統(tǒng)），特點(diǎn)是每一次定位坐標(biāo)與上一次定位坐標(biāo)沒有關(guān)系，每次觸摸的數(shù)據(jù)通過校準(zhǔn)轉(zhuǎn)為屏幕上的坐標(biāo)，觸摸屏這套坐標(biāo)在同一點(diǎn)的輸出數(shù)據(jù)是穩(wěn)定的。不過由于技術(shù)原理的原因，并不能保證同一點(diǎn)觸摸每一次采樣數(shù)據(jù)相同，不能保證絕對坐標(biāo)定位，這就是觸摸屏最怕的問題：漂移。對于性能質(zhì)量好的觸摸屏，漂移的情況并不嚴(yán)重。

③檢測與定位--觸摸屏是依靠傳感器工作的，甚至有的觸摸屏本身就是一套傳感器。各自的定位原理和所用的傳感器決定了觸摸屏的反應(yīng)速度、可靠性、穩(wěn)定性和壽命。二、觸摸屏的種類

1、電阻式觸摸屏

①電阻觸摸屏的原理用玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，與顯示器表面緊密配合的多層復(fù)合電阻薄膜屏，內(nèi)表面涂有一層導(dǎo)電層，表面涂有一層透明導(dǎo)電層，兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小的透明隔離點(diǎn)把它們隔開絕緣。當(dāng)觸摸屏幕時，兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)就有接觸，控制器檢測到接通點(diǎn)并計算出X、y軸的位置。

②電阻式觸摸屏的特點(diǎn)質(zhì)量穩(wěn)定、品質(zhì)可靠、高度適應(yīng)環(huán)境。尤其在工控領(lǐng)域?qū)Νh(huán)境的要求不高，使在觸摸產(chǎn)品中占有90％的市場量。

優(yōu)點(diǎn)不怕油污、灰塵、水，經(jīng)濟(jì)性很好，供電要求簡單，非常容易產(chǎn)業(yè)化，而且適應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域多種多樣。

缺點(diǎn)太用力或使用銳器觸摸可能劃傷整個觸摸屏而導(dǎo)致報廢（外層采用塑膠材料）。電阻觸摸屏結(jié)構(gòu)2、紅外線觸摸屏

①紅外線觸摸屏的原理紅外觸摸屏以光束阻斷技術(shù)為基本原理，是在顯示屏幕的四周安放一個光點(diǎn)距(0pti—matrix)架框，在屏幕四邊排布紅外發(fā)射管和紅外接收管，一一對應(yīng)形成橫豎交叉的由紅外線組成的柵格。當(dāng)有任何物體進(jìn)入這個柵格的時候，就會擋住經(jīng)過該位置的橫豎兩條紅外線，在紅外線探測器上會收到變化的信號，因而判斷出觸摸點(diǎn)在屏幕的位置，經(jīng)由控制器將觸摸的位置坐標(biāo)傳遞給操作系統(tǒng)。

②紅外線觸摸屏特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)價格低廉、㈠安裝方便可以用在各檔次的計算機(jī)上。㈡它完全透光，不影響顯示器的清晰度。㈢由于沒有電容充放電過程，響應(yīng)速度比電容式快。

缺點(diǎn)㈠發(fā)光二極管壽命比較短，影響整個觸摸屏的壽命；㈡由于依靠感應(yīng)紅外線運(yùn)作，外界光線變化，如陽光或室內(nèi)射燈等均會影響其準(zhǔn)確度；㈢不防水不防污物，甚至非常細(xì)小的外來物體也會導(dǎo)致誤差，影響性能，因而一度淡出過市場。近年來紅外觸摸技術(shù)有了較大突破，克服了不少比較致命的問題。此后的第二代紅外屏部分解決了抗光干擾問題，第三代和第四代在提升分辨率和穩(wěn)定性都有所改進(jìn)。目前紅外觸摸屏主要應(yīng)用在較大尺寸的顯示器上。

3、電容式觸摸屏

①電容觸摸屏原理

原理：把人體作為電容的一個電極，利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行工作。電容觸摸屏是四層復(fù)合玻璃屏。當(dāng)手指觸摸在金屬層上時，手和觸摸屏表面耦合出足夠量的電容（對高頻電流電容是直接導(dǎo)體），于是手指從接觸點(diǎn)吸走很小的電流。電流分別從觸摸屏四角上的電極流出，且流經(jīng)這4個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器對這4個電流的精確計算得出觸摸點(diǎn)的位置。

②電容觸摸屏特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)㈠觸摸屏中最可靠、最精確的；價錢也是最昂貴的；㈡感應(yīng)度極高，能準(zhǔn)確感應(yīng)輕微且快速(約3ms)的觸碰；㈢電容式觸摸屏可粘合于顯示器內(nèi)，不易破壞，還可以使用墊圈密封的接合方式，具有防水功能，適合于惡劣環(huán)境使用。

缺點(diǎn)㈠反光嚴(yán)重，且電容技術(shù)的四層復(fù)合觸摸屏對各波長光的透光率不均勻，存在色彩失真的問題，由于光線在各層間的反射，易造成圖像字符的模糊。㈡戴手套觸摸時沒有反應(yīng)，因增加了絕緣介質(zhì)。㈢當(dāng)環(huán)境溫度、濕度改變時，環(huán)境電場發(fā)生改變時，都會引起電容式觸摸屏的漂移，造成不準(zhǔn)確。

4、表面聲波式觸摸屏

①表面聲波觸摸屏的原理表面聲波是在介質(zhì)(剛性材料)表面淺層傳播的機(jī)械能量波（超聲波）。如下頁圖：屏的左上角和右下角各固定了豎直和水平方向的超聲波發(fā)射換能器，右上角則固定了兩個相應(yīng)的超聲波接收換能器。玻璃屏的4個周邊刻有45度角由疏到密間隔非常精密的反射條紋。表面聲波觸摸屏通過超聲波發(fā)射和接收換能器來實(shí)現(xiàn)，在屏幕表面形成一個縱橫交錯的超聲波柵格。當(dāng)手指或者其他柔性觸摸筆接近屏幕表面時，接收波形對應(yīng)手指擋住部位信號衰減了一個缺口，計算缺口位置即得觸摸坐標(biāo)?？刂破鞣治龅浇邮招盘柕乃p并由缺口的位置判定x坐標(biāo)和y坐標(biāo)。

②表面聲波觸摸屏特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)㈠是觸摸屏中較可靠、較精確的一種；㈡價格適中，是觸摸屏市場很暢銷的產(chǎn)品；㈢對顯示器屏表面的平整度要求不高；㈣具有低輻射、不耀眼、不怕震等特點(diǎn)；㈤抗刮傷性良好，不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，壽命長；㈥透光率高，能保持清晰透亮的圖像質(zhì)量；㈦沒有漂移，只需安裝時一次校正。

缺點(diǎn)需要經(jīng)常維護(hù)，因?yàn)榛覊m，油污、液體沾污屏的表面，會阻塞觸摸屏表面的導(dǎo)波槽，使波不能正常發(fā)射或使波形改變而控制器無法正常識別，影響觸摸屏的正常使用；另外手指和接觸筆必須能吸收聲波，容易受到噪聲干擾。

性能類別紅外四線電阻電容表面聲波五線電阻價格低低高高較高清晰度

字符圖象模糊字符圖象模糊很好較好透光率100%90%90%98%95%色彩失真

有有

5、各種觸摸屏性能比較分辨率1000*7204096*40964096*40964096*40964096*4096防刮擦

主要缺陷一般，怕硬物敲擊非常好且不怕硬物一般，怕銳器野蠻使用外框易碎差一般不怕好但銳器反應(yīng)速度50-300ms10-20ms15-24ms10ms10ms材料塑料框架或透光外殼多層玻璃或塑料復(fù)合膜四層復(fù)合膜純玻璃多層玻璃或塑料復(fù)合膜多點(diǎn)觸摸左上角中心點(diǎn)中心點(diǎn)智能判斷中心點(diǎn)續(xù)表三、觸摸屏控制器ADS7843

1、ADS7843的引腳功能

ADS7843是一個內(nèi)置12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、低導(dǎo)通電阻模擬開關(guān)的串行接口芯片。最高轉(zhuǎn)換速率為125kHZ。

2、89C51與ADS7843的接口

觸摸屏與ADS7843和89C51連接的如圖示，控制器的6條控制信號由89C51的P1口控制。第四節(jié)LED顯示器及接口

發(fā)光二極管LED(LightEmittingDiode)是簡單又廉價的顯示輸出設(shè)備，是目前智能儀表中應(yīng)用最為廣泛的顯示器件，常用于指示系統(tǒng)工作狀態(tài)和顯示數(shù)據(jù)。LED具有低電壓、小電流驅(qū)動、響應(yīng)快、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。LED可單個使用，但更多的是構(gòu)成LED數(shù)碼顯示器和點(diǎn)陣式顯示器。一、LED數(shù)碼顯示器

最常見的七段數(shù)碼顯示器，可組成數(shù)字0～9和一些英文字母及特殊的符號。右下角有小數(shù)點(diǎn)。

數(shù)碼顯示器八個LED有一端在內(nèi)部連接為公共端，有共陰和共陽。共陰的公共端為低電平，段為高電平時點(diǎn)亮，共陽的正好相反。二、LED數(shù)碼顯示器與CPU的接口

當(dāng)LED顯示器與CPU接口時，需要用鎖存器將總線上瞬間的顯示信息鎖存，以驅(qū)動顯示器。

1、數(shù)碼顯示器的段譯碼在七段顯示器上顯示數(shù)字或字符，要將數(shù)字或符號轉(zhuǎn)換為顯示器對應(yīng)的LED段碼，這一過程稱段譯碼。對于不同的器件和電路接法，有不同的對應(yīng)段碼，顯示器各段與段碼的對應(yīng)關(guān)系為：a對應(yīng)于最低位，依次到最高位dp。表所示為各顯示信息所對應(yīng)的段碼。段譯碼有硬件譯碼和軟件譯碼兩種方法。

①硬件譯碼在TTL和CMOS系列集成電路中，有不少七段顯示譯碼器，其中有集鎖存、譯碼和驅(qū)動于一體，有的還可根據(jù)顯示器的極性調(diào)整輸出段碼的極性，使用非常方便。硬件譯碼器分BCD型和16進(jìn)制型，BCD只能譯出數(shù)字0～9十個段碼，16進(jìn)制譯出數(shù)字0～9和字符A～F16個段碼，但在硬件譯碼芯片構(gòu)成的電路中，要顯示除此之外的信息就無能為力了，這是硬件譯碼的最大缺點(diǎn)。圖所示的是采用BCD七段譯碼驅(qū)動器CD4511組成的4位顯示接口。

②軟件譯碼一般在智能儀表中用七段顯示器時，除了顯示數(shù)據(jù)外，還希望顯示一些特別的提示符號，這時段譯碼只能采用軟件譯碼，軟件譯碼的接口電路只需鎖存器和驅(qū)動電路即可。軟件譯碼的過程并不復(fù)雜，通常只要用單字節(jié)的查表程序就可完成。段碼表中一般0～9、A～F對應(yīng)于十六進(jìn)制的0～F，其他符號的代號則按編程約定的順序確定。以下是共陰極LED數(shù)碼顯示器的軟件譯碼子程序，入口顯示數(shù)據(jù)送累加器A；出口段譯碼結(jié)果仍由A帶出。

2、顯示器的驅(qū)動形式

①靜態(tài)驅(qū)動上圖所示是一個鎖存器對應(yīng)一位顯示器的接口形式，稱為靜態(tài)顯示，只要將顯示信息送入鎖存器中，顯示器就將持續(xù)顯示該信息，顯示亮度易于保證。缺點(diǎn)是當(dāng)顯示器位數(shù)較多時，需較多的鎖存器、限流電阻等硬件，成本高，功耗大。

②動態(tài)驅(qū)動使各顯示器輪流通電點(diǎn)亮，當(dāng)每個顯示器點(diǎn)亮的通電頻率在50Hz以上時，人眼就不會感到顯示器的閃動。顯示器位數(shù)較多時宜采用。下頁圖示為LED的動態(tài)驅(qū)動電路。段寄存器的輸出與各LED對應(yīng)的段連接，位掃描寄存器的輸出通過驅(qū)動器分別與各LED的公共端連接，采用軟件譯碼方式。注意：

a．動態(tài)掃描顯示要周期性地進(jìn)行，所以動態(tài)顯示軟件應(yīng)采用定時中斷方式，否則將占用大量的CPU資源。

b．定時周期過長，則顯示會有閃爍感；過短則顯示器每次點(diǎn)亮的時間太短，亮度也會降低。

c．在軟件中一般要建立顯示緩沖區(qū)，以存儲各顯示器對應(yīng)的顯示內(nèi)容，還要善于應(yīng)用指針。動態(tài)顯示的亮度不如靜態(tài)顯示，所以適度減小限流電阻的阻值增加顯示的亮度。隨著驅(qū)動顯示器的增加，可采用多組平行的動態(tài)顯示方式，且使每一組顯示器的數(shù)目控制在保證亮度的范圍內(nèi)。與靜態(tài)顯示相比，動態(tài)顯示大大節(jié)省硬件開銷，是典型“以軟代硬”的例子，所以，動態(tài)顯示在智能儀表中被廣泛地采用。

3、LED的選用

①數(shù)字顯示位數(shù)的確定：位數(shù)決定了儀表的顯示分辨率。確定顯示位數(shù)原則：使顯示分辨率與儀表能夠達(dá)到的分辨率相符合。設(shè)計時應(yīng)結(jié)合儀表的量程上限和分辨率，根據(jù)具體情況確定。②共陰共陽的確定：以硬件電路方便程度定。③譯碼方式：一般軟件譯碼，可靠、輸出字符多。④驅(qū)動方式：動態(tài)驅(qū)動，省硬件。⑤器件幾何尺寸及顏色的選擇：不同尺寸器件的端子排列區(qū)別很大，超大尺寸的一段是由多個LED組成，要求的驅(qū)動電壓較高。顏色常有紅、黃、綠等。⑥限流電阻：顯示器的每段都應(yīng)接限流電阻，以保護(hù)各段對應(yīng)的LED，限流電阻阻值R可按公式計算。2.5鍵盤、顯示器接口設(shè)計一、I／O端口支持的鍵盤、顯示器接口

鍵盤和顯示器是智能儀表不可缺少的。矩陣式鍵盤有逐行掃描法，LED顯示器有動態(tài)掃描顯示方式，二者在電路結(jié)構(gòu)和分時掃描上具有相同之處，所以在應(yīng)用中，就很自然地要將二者結(jié)合在一起。

電路構(gòu)成有多種形式：a．用三個端口全TTL的集成芯片構(gòu)成，特點(diǎn)是成本低，編程簡單直觀；b．用可編程并行芯片如8255、8155等構(gòu)成，其特點(diǎn)是電路的可靠性好，但編程中要注意可編程芯片的使用；c．對單片機(jī)系統(tǒng)，若利用單片機(jī)的端口，則電路更簡單，軟件編程也方便些。二、鍵盤顯示器專用接口芯片8279

逐行掃描與動態(tài)顯示結(jié)合的上述鍵盤顯示電路，盡管在結(jié)構(gòu)和工作原理上都非常合理，但主要的不足之處就是軟件開銷相對較多，特別是周而復(fù)始地進(jìn)行掃描，既浪費(fèi)CPU資源又限制了軟件結(jié)構(gòu)，若采用由可編程鍵盤、顯示器接口芯片8279構(gòu)成的電路，則可很好地解決這一問題，而且硬件簡化。其接口與Intel系列的8088及MCS-51、80C196等單片機(jī)均兼容，具有較規(guī)范的接口。

三、鍵盤顯示器專用串行接口芯片zlg7289A

1、概述

Zlg7289A是廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司設(shè)計的，具有SPI串行接口功能的可同時驅(qū)動8位共陰式數(shù)碼管或64只獨(dú)立LED的智能顯示驅(qū)動芯片。該芯片同時還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤，單片即可完成LED顯示鍵盤接口的全部功能。zlg7289A內(nèi)部含有譯碼器可直接接受BCD碼或16進(jìn)制碼并同時具有2種譯碼方式；此外還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。2.6液晶顯示器及其接口

液晶顯示器LCD(LiquidcrystalDiode)是功耗極低(工作電流比LED小幾個數(shù)量級)、體積?。ê穸葹長ED的1/3）、質(zhì)量輕、字跡清晰、壽命長、光照越強(qiáng)對比度越大的器件。被廣泛用在各種儀器儀表、計算器、終端顯示等，尤其在便攜式儀表和低功耗設(shè)備中更為廣泛。一、液晶顯示器的原理

液晶在常溫下分子結(jié)構(gòu)界于晶體和液體之間，是利用液晶分子排列結(jié)構(gòu)的可極化性和旋光特性工作的。圖示的是反射式液晶顯示器的結(jié)構(gòu)，器件由偏振方向垂直的上、下偏振片、反光片、上下電極和封于上下電極之間的液晶材料組成。二、段碼式LCD顯示器

段碼式LCD每位的電極配置與七段數(shù)碼管相似，通常由多位字符構(gòu)成一塊液晶顯示片。驅(qū)動方式有靜態(tài)驅(qū)動和時分割驅(qū)動。驅(qū)動電壓交、直流均可，常用交流驅(qū)動。應(yīng)注意交流顯示頻率信號的對應(yīng)性，嚴(yán)格限制其直流分量在l00mv以下。不同的驅(qū)動方式對應(yīng)不同的電極引線連接方式，因此一旦選定LCD器件，其驅(qū)動方式就確定了。1=1LCDABC不顯示顯示VBVCVA-VC

1、靜態(tài)驅(qū)動方式

驅(qū)動原理和波形如圖示。A端接交變的方波信號，B端接控制該段顯示狀態(tài)的信號。可看出，當(dāng)該段兩個電極上的電壓相同時，電極間的相對電壓為0，該段不顯示；當(dāng)兩極上的電壓相位相反時，兩電極間的相對電壓為兩倍幅值方波電壓，該段顯示。VA

2、迭加驅(qū)動方式(時分割驅(qū)動法)

LCD采用靜態(tài)驅(qū)動方式時，每個顯示器的每個字段都要引出電極，當(dāng)顯示位數(shù)多時，為減少引出線和驅(qū)動電路，常采用迭加驅(qū)動方式。迭加驅(qū)動方式通常采用電壓平均法。其占空比有1／2、1／8、1／12、1／16、1／32、1／64等，偏比有1／2、1／3、1／5、1／7、1／9等。因迭加驅(qū)動方式的原理和波形較復(fù)雜，在此就不詳述，可參考有關(guān)文獻(xiàn)。

3、硬件譯碼的LCD驅(qū)動接口

ICM7211AMIPL是用于段碼式液晶驅(qū)動的專用芯片（MAXIM公司）。它具有與微機(jī)良好的接口，內(nèi)置有“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”、“9”、“blank”、“E”、“H”、“L”、“P”、“－”16個字母，功耗較小，有方波驅(qū)動輸出，可級聯(lián)以驅(qū)動超過四位的液晶片，是較實(shí)用的液晶驅(qū)動芯片。

①ICM7211的內(nèi)部結(jié)構(gòu):控制信號的作用為：DS1與DS2引腳在芯片內(nèi)部經(jīng)過一個2／4的譯碼器產(chǎn)生4位LCD的位選信號，“00”時選擇第4位，“11”時選擇第l位。CS1和CS2為譯碼器和輸入數(shù)據(jù)鎖存器的控制端，當(dāng)其為低電平時，位鎖存器和輸入數(shù)據(jù)寄存器才有效，在CS1、CS2的上升沿，數(shù)據(jù)被鎖存、譯碼輸出驅(qū)動器中。七位寬驅(qū)動器七位寬鎖存器可編程4/7譯碼器七位寬驅(qū)動器七位寬鎖存器可編程4/7譯碼器七位寬驅(qū)動器七位寬鎖存器可編程4/7譯碼器七位寬驅(qū)動器七位寬鎖存器可編程4/7譯碼器4位鎖存使能2位鎖存使能2/4譯碼器≥1oneshot振蕩器÷128使能檢測器背光板驅(qū)動器BP輸入/輸出輸入數(shù)據(jù)DS1DS2振蕩器輸入CS1CS2第4位段輸出第3位段輸出第2位段輸出第1位段輸出ICM7211的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖BP

ICM7211D0D1D2D3DS1DS2CS1CS2=1

=1=1=1P1.1P1.2P1.3P1.4P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P2.7WR單片機(jī)②ICM7211AM與單片機(jī)的接口

1、顯示模塊的引出線

內(nèi)部結(jié)構(gòu)—LCM-512-01A自帶驅(qū)動IC和顯示控制IC，內(nèi)部有字符發(fā)生器和顯示數(shù)據(jù)存儲器（顯示96個ASCII字符和92個特殊字符，編成自定義8個字符），有與微機(jī)兼容的數(shù)據(jù)總線接口，結(jié)構(gòu)如圖示。二、字符式LCD顯示器控制器LCD顯示屏驅(qū)動器

ER/WRSDB0DB7VDDVOVSS6547231

2、管腳功能：1—地；2--+5V；3—亮度調(diào)節(jié)；4—指令/數(shù)據(jù)寄存器選擇信號；5—讀/寫輸入線；6—讀/寫使能信號線；7—數(shù)據(jù)總線。

3、字符型液晶顯示模塊接口技術(shù)液晶顯示模塊將液晶顯示器與控制、驅(qū)動器集成在一起，它能直接與微處理器接口，產(chǎn)生液晶控制驅(qū)動信號，使液晶顯示所需要的內(nèi)容。讀/寫使能

P0.0~0.780C31373138+DB7~0R/WRSERDWR數(shù)據(jù)總線指令/數(shù)據(jù)選擇讀/寫輸入HD44780指令集

1.清顯示命令:00000001(執(zhí)行時間1.64ms)2.光標(biāo)返回命令:0000001*(執(zhí)行時間1.64ms)

3:輸入方式:000001I/DS(執(zhí)行時間40μs)設(shè)置光標(biāo)、顯示畫面移動的方向。I/D=1，AC自動加1，光標(biāo)右移一個字符位。S=0無效，S=1有效。

4.顯示開關(guān)控制:00001DCB

。其中:D=1時開顯示;D=0時關(guān)顯示C=1時光標(biāo)顯示;C=0時光標(biāo)消失B=1為閃爍啟用;B=0時閃爍關(guān)閉

5.光標(biāo)、顯示畫面移動：0001S/CR/L**其中：S/C=1為顯示畫面位移；S/C=0為光標(biāo)位移R/L=1為右移；R/L=0為左移

6.功能設(shè)置:001DLNF**。其中:DL=1表示數(shù)據(jù)總線有效位長為8位;DL=0表總線為4位.N=1表示字符行為兩行;N=0表示字符行為一行.F=1表示字體為5×10點(diǎn)陣;F=0為5×7點(diǎn)陣.(高4有效)7.CGRAM地址設(shè)置:01A5A4A3A2A1A0。8.DDRAM地址設(shè)置:1A6A5A4A3A2A1A0。9.讀BF及AC值:BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC010.寫數(shù)據(jù)。11.讀數(shù)據(jù)。三、圖形式LCD顯示器

智能儀表中要顯示信號的波形或顯示大量漢字，應(yīng)用圖形式液晶顯示器。下面以MGLS-19264(64×192點(diǎn)陣)為例介紹圖形式液晶顯示組件及其應(yīng)用。

MGLS--19264是內(nèi)含HD61202的液晶模塊。HD61202液晶顯示驅(qū)動器是一種點(diǎn)陣圖形式液晶顯示驅(qū)動器，它