計(jì)算機(jī)控制技術(shù)西電版第4章人機(jī)交互技術(shù)

第4章

人機(jī)交互技術(shù)4.1鍵盤接口設(shè)計(jì)4.2LED顯示器接口設(shè)計(jì)4.3LCD顯示器接口設(shè)計(jì)4.4觸摸屏技術(shù)4.5打印機(jī)接口設(shè)計(jì)第4章單片機(jī)的人機(jī)交互技術(shù)人機(jī)交互是指操作人員與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程信息交換與聯(lián)系。用于人機(jī)交互的設(shè)備稱為人機(jī)接口，這些設(shè)備主要有鍵盤、顯示器和打印機(jī)等。一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)必須要有人機(jī)交互功能，以便操作人員可以隨時(shí)輸入數(shù)據(jù)傳遞生產(chǎn)命令，并通過(guò)顯示和打印功能及時(shí)掌握生產(chǎn)情況。對(duì)于簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合，由于單片機(jī)本身就是一個(gè)最小的應(yīng)用系統(tǒng)，因此能直接滿足實(shí)際應(yīng)用所要求的功能，充分發(fā)揮單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)設(shè)計(jì)一些較為復(fù)雜的測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，其自身的功能往往不能夠滿足應(yīng)用的需要，此時(shí)可利用單片機(jī)強(qiáng)大的外部擴(kuò)展功能，擴(kuò)展各種外圍電路以補(bǔ)充片內(nèi)資源的不足，適應(yīng)特定應(yīng)用的要求。概述鍵盤是若干按鍵的集合，是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備。鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。編碼鍵盤能夠由硬件邏輯自動(dòng)提供與被按鍵對(duì)應(yīng)的編碼。此外，一般還具有去抖動(dòng)和多鍵、竄鍵保護(hù)電路，這種鍵盤使用方便，但需要較多的硬件，價(jià)格較貴，一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。非編碼鍵盤只簡(jiǎn)單地提供行和列的矩陣，其它工作都靠軟件來(lái)完成，由于其經(jīng)濟(jì)實(shí)用，目前在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中多采用這種辦法。4.1鍵盤接口設(shè)計(jì)1.在設(shè)計(jì)鍵盤接口時(shí)，解決以下幾個(gè)問(wèn)題：檢測(cè)是否有鍵按下；去抖動(dòng)若有鍵按下，判定是哪一個(gè)鍵；確定被按鍵的讀數(shù)；不管一次按鍵持續(xù)的時(shí)間有多長(zhǎng)，僅采用一個(gè)數(shù)據(jù)；處理同時(shí)按鍵。5~10ms5~10ms>100ms按鍵過(guò)程

前跳沿

后跳沿

鍵閉合

2.獨(dú)立式連接的非編碼鍵盤（ｂ）查詢方式（ａ）中斷方式8031INT0＋５ＶINT1&P1.0P1.1P1.2P1.78031+5VP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7為了識(shí)別鍵盤上的閉合鍵，通常采用兩種方法，一種為掃描法，另一種稱為線反轉(zhuǎn)法。掃描法原理：CPU每次使并行輸出端口的某位為零，而其它位為1，然后CPU只要讀取輸入端口中的數(shù)據(jù)，就可判別。3.矩陣式連接的非編碼鍵盤0123456789101112131415+5V8031P1.6P1.7P1.0P1.1P1.2P1.3P1.5P1.4線反轉(zhuǎn)法5VPA0PA1PA2PA3PB0PB1PB2PB310kΩ×8原理：第一步設(shè)A口輸出B口輸入A口輸出全0值，然后從B口讀入；第二步設(shè)A口輸入B口輸出將B口剛讀入的值輸出，再?gòu)腁口讀入908255A例：用一位數(shù)碼管顯示4X4矩陣鍵盤按鍵號(hào)名稱0-F。#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodeDSY_CODE[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4F,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00};//段碼ucharPre_KeyNo=16,KeyNo=16;//上次和當(dāng)前按鍵的序號(hào)，序號(hào)范圍0~15，16表示無(wú)按鍵//延時(shí)voidDelayMS(uintx){uchari;while(x--)for(i=0;i<120;i++);}//矩陣鍵盤掃描voidKeys_Scan(){ucharTmp;P1=0x0f;//高4位置0，放入4行DelayMS(1);Tmp=P1^0x0f;//異或switch(Tmp)//判斷按鍵發(fā)生于0~3列的哪一列{case1:KeyNo=0;break;case2:KeyNo=1;break;case4:KeyNo=2;break;case8:KeyNo=3;break;default:KeyNo=16;//無(wú)鍵按下}P1=0xf0;//低4位置0，放入4列DelayMS(1);Tmp=P1>>4^0x0f;switch(Tmp)//對(duì)0~3行分別附加行首鍵值0，4，8，12{case1:KeyNo+=0;break;case2:KeyNo+=4;break;case4:KeyNo+=8;break;case8:KeyNo+=12;}}//主程序voidmain(){P0=0x00;while(1){P1=0xf0;if(P1!=0xf0)Keys_Scan();//獲取鍵序號(hào)if(Pre_KeyNo!=KeyNo){P0=DSY_CODE[KeyNo];Pre_KeyNo=KeyNo;}DelayMS(100);}}1.LED顯示技術(shù)4.2LED顯示器接口設(shè)計(jì)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，為了便于觀察和監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行情況，經(jīng)常需要用顯示器顯示輸入信息、中間信息、運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行結(jié)果等數(shù)據(jù)。目前常用的顯示器件有LED(發(fā)光二極管顯示器)和LCD(液晶顯示器)兩種。

LED顯示器主要是指由發(fā)光二極管組成的數(shù)碼管顯示器或LED點(diǎn)陣顯示模塊。根據(jù)公共端的接法不同，LED數(shù)碼管分為共陰極和共陽(yáng)極二種類型，在使用時(shí)，由于LED顯示器的工作電流通常為5～15mA，工作電壓為1.5～2.5V，因此使用時(shí)需加驅(qū)動(dòng)及限流電阻。根據(jù)顯示方式不同，LED顯示有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示之分。（1）靜態(tài)顯示方式:每一位顯示都占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口，顯示信號(hào)始終存在；LED數(shù)碼管的COM端連接在一起；

8051P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0LEDCBAdpgfedcbadpgfedcbaMC14495+5VLEDCBAdpgfedcbadpgfedcbaMC14495+5V（2）動(dòng)態(tài)顯示方式是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起，每個(gè)數(shù)碼管的COM為各自獨(dú)立的位選信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于位選信號(hào)。用第2章動(dòng)態(tài)顯示程序控制顯示的方法是1ms延時(shí)，CPU周而復(fù)始顯示，在實(shí)際工程中是不可取的；另外還有一種方法是定時(shí)20ms掃描一次，在中斷服務(wù)程序中，將所有數(shù)碼管顯示一次。雖然程序簡(jiǎn)單，但CPU的負(fù)擔(dān)較重，一次循環(huán)顯示的過(guò)程，需要幾個(gè)毫秒，在這段時(shí)間里CPU不能做其它事情，否則影響LED亮度的一致性。

在一些實(shí)時(shí)性要求較高的控制系統(tǒng)中，可以采用1ms中斷顯示的方法控制顯示，即用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器每隔1ms產(chǎn)生一次中斷。在定時(shí)中斷服務(wù)程序中更新顯示，由于中斷顯示程序不需要延時(shí)，更新一位顯示只需要幾十微秒，對(duì)主程序的影響較小。例：如第二章例3圖所示，用定時(shí)中斷的方式編寫控制4位顯示器動(dòng)態(tài)顯示的程序。位選碼輸出段選碼輸出#include"reg51.h"charcodedispdata[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};/*數(shù)字0-9對(duì)應(yīng)的段選碼*/chardis_data[]={2,4,6,8};voiddisp(unsignedcharch0) /*顯示函數(shù)*/{ staticcharch=0x01; P1=ch; P2=dispdata[dis_data[ch0]]; ch=ch<<1; if(ch==0x10)ch=0x01;}voidtime(void)interrupt1/*T0中斷服務(wù)程序入口，定時(shí)1ms*/{ staticunsignedcharch1=0;TH0=-1000/256; TL0=-1000%256;disp(ch1);ch1++;if(ch1==0x04)ch1=0; }voidmain(void){ TMOD=0x01; /*T0為16位定時(shí)工作方式*/TH0=-1000/256; /*預(yù)置計(jì)數(shù)初值*/TL0=-1000%256;EA=1; /*CPU中斷開放*/ET0=1; /*T/C0中斷開放*/TR0=1; /*啟動(dòng)T/C0開始定時(shí)*/while(1); /*等待中斷*/}LCD(LiquidCrystalDisplay)液晶顯示是一種新型的顯示技術(shù)，它是利用液晶材料的電光效應(yīng)(如加電引起光學(xué)特性變化)的顯示器。液晶本身不發(fā)光，靠電信號(hào)控制環(huán)境光在顯示部位反射(或透射)而顯示。液晶顯示具有很多獨(dú)到的優(yōu)異特性，比如低壓、微功耗、平板型結(jié)構(gòu)、被動(dòng)型顯示、易于彩色化、長(zhǎng)壽命等，已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，從智能化儀器儀表、計(jì)算機(jī)到家用電器都可以看到液晶顯示的身影。液晶顯示器通常把驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，形成液晶顯示模塊，用戶可以不必了解驅(qū)動(dòng)器與顯示器是如何連接的，使用時(shí)只需按照一定的要求向顯示模塊發(fā)命令和寫數(shù)據(jù)即可。4.3LCD顯示技術(shù)典型芯片OCMJ（奧可拉）中文液晶顯示模塊OCMJ內(nèi)含16*16點(diǎn)陣的國(guó)標(biāo)一、二級(jí)簡(jiǎn)體漢字和8*8點(diǎn)陣及8*16點(diǎn)陣的ASCII字符，用戶輸入GB2312區(qū)位碼或ASCII碼即可實(shí)現(xiàn)文本顯示。OCMJ可實(shí)現(xiàn)一般的點(diǎn)陣圖形液晶顯示功能，提供有位點(diǎn)陣和字節(jié)點(diǎn)陣兩種圖形顯示方式，用戶可在指定的屏幕位置上以點(diǎn)為單位或以字節(jié)為單位（橫向）進(jìn)行圖形顯示操作。中文液晶顯示模塊可以實(shí)現(xiàn)漢字、ASCII碼、點(diǎn)陣圖形和變化曲線的同屏顯示，并可通過(guò)字節(jié)點(diǎn)陣圖形方式造字。標(biāo)準(zhǔn)用戶硬件接口采用REQ和BUSY握手協(xié)議，簡(jiǎn)單可靠。提供10個(gè)用戶接口命令代碼，編程很方便。OCMJ中文顯示模塊引腳說(shuō)明OCMJ(4×8)中文顯示模塊命令格式3F典型應(yīng)用（OCMJ4×8）如圖為MCS-51單片機(jī)與OCMJ4×8中文顯示模塊的接口電路。圖中單片機(jī)的P1口接OCMJ模塊的8根數(shù)據(jù)線用于數(shù)據(jù)的傳送，P0.0、P0.1引腳接OCMJ模塊的BUSY和REQ作為握手聯(lián)絡(luò)信號(hào)。1）寫字節(jié)子程序該子程序采用查詢方式對(duì)模塊進(jìn)行寫操作。CLRP0.0；復(fù)位SUB1：JBP0.1，SUB1；確信模塊空閑（BUSY=0）MOVP1，A；向總線送數(shù)NOP；等待數(shù)據(jù)總線穩(wěn)定SETBP0.0；置模塊REQ=1，向模塊發(fā)請(qǐng)求命令HE3：JNBP0.1，HE3；等待模塊響應(yīng)（BUSY=1）CLRP0.0；撤消REQ請(qǐng)求信號(hào)，數(shù)據(jù)輸入結(jié)束RET；返回2）寫漢字程序段該程序段顯示一個(gè)漢字“啊”（區(qū)位碼為1601H）。MOVA，#0F0H；選顯示漢字命令字ACALLSUB1；調(diào)用寫子程序MOVA，#02H；#02H，XX，屏幕坐標(biāo)ACALLSUB1；調(diào)用寫子程序MOVA，#00H；#00H，YY，屏幕坐標(biāo)ACALLSUB1；調(diào)用寫子程序MOVA，#16H；#16H,QQ，GB2312漢字區(qū)位碼高位ACALLSUB1；調(diào)用寫子程序MOVA，#01H；#01H,WW，GB2312漢字區(qū)位碼低位ACALLSUB1；調(diào)用寫子程序3）寫8×16ASCII碼程序段

該程序段顯示一個(gè)8×16ASCⅡ碼“A”。MOVA，#0F9H；選顯示8×16ASCII字符命令字ACALLSUB1；調(diào)用寫子程序MOVA，#04H；#04H，XX坐標(biāo)值A(chǔ)CALLSUB1MOVA，#00H；#00H，YY坐標(biāo)值A(chǔ)CALLSUB1MOVA，#41H；#41H，ASCII字符代碼“A”ACALLSUB14）繪制一個(gè)點(diǎn)（1×1點(diǎn)陣）程序段

MOVA，#0F2H；選顯示位點(diǎn)陣命令字ACALLSUB1；調(diào)用寫子程序MOVA，#20H；#20H,XX,以1×1點(diǎn)陣屏幕坐標(biāo)值XACALLSUB1MOVA，#00H；#00H,YY,以1×1點(diǎn)陣屏幕坐標(biāo)值YACALLSUB15）繪制一橫線（1×8點(diǎn)陣）程序段

MOVA，#0F3H；選顯示字節(jié)點(diǎn)陣命令字ACALLSUB1；調(diào)用寫子程序MOVA，#04H；#04H，XX，以1×8點(diǎn)陣屏幕坐標(biāo)值XACALLSUB1MOVA，#00H；#00H，YY，以1×1點(diǎn)陣屏幕坐標(biāo)值YACALLSUB1MOVA，#0FH；為輸入字節(jié)數(shù)據(jù)，1為黑點(diǎn)，0為白點(diǎn)ACALLSUB1C51程序顯示“啊”和“A”#include"reg51.h"#include"intrins.h"sbitLCD_REQ=P0^0;sbitLCD_BUSY=P0^1;voidLCD_write(charcbyte){LCD_REQ=0;//復(fù)位while(LCD_BUSY==1);P1=cbyte;_nop_;LCD_REQ=1;while(LCD_BUSY==0);LCD_REQ=0;}voidchinese_disp(charnx,charny,charnqu,charnwei){LCD_write(0xf0);LCD_write(nx);LCD_write(ny);LCD_write(nqu);LCD_write(nwei);}voidasc_disp(charccom,charnx,charny,charcasc){LCD_write(ccom);LCD_write(nx);LCD_write(ny);LCD_write(casc);}voidmain(){chinese_disp(0x02,0x00,0x16,0x01);asc_disp(0xf9,0x04,0x00,0x41);while(1);}4.4.1觸摸屏技術(shù)概述

觸摸屏又稱為“觸控屏”、“觸控面板”，是一種可接收觸頭等輸入訊號(hào)的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸了屏幕上的圖形按鈕時(shí)，屏幕上的觸覺(jué)反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程式驅(qū)動(dòng)各種連結(jié)裝置，可用以取代機(jī)械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動(dòng)的影音效果。

觸摸屏作為一種較新的電腦輸入設(shè)備，是目前最簡(jiǎn)單、方便、自然的人機(jī)交互方式。

從技術(shù)原理角度來(lái)講，觸摸屏是一套透明的絕對(duì)定位系統(tǒng)，其特性是：透明、采用絕對(duì)坐標(biāo)及能檢測(cè)觸摸并定位。4.4觸摸屏技術(shù)4.4.2觸摸屏的分類

從技術(shù)原理來(lái)區(qū)別觸摸屏，可分為五個(gè)基本種類：矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏、電阻技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏、紅外線技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏。

每一類觸摸屏都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，要了解哪種觸摸屏適用于哪種場(chǎng)合，關(guān)鍵就在于要懂得每一類觸摸屏技術(shù)的工作原理和特點(diǎn)。

矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏已退出歷史舞臺(tái)；紅外線技術(shù)觸摸屏價(jià)格低廉，但其外框易碎，容易產(chǎn)生光干擾，曲面情況下失真；電容技術(shù)觸摸屏設(shè)計(jì)構(gòu)思合理，但其圖像失真問(wèn)題很難得到根本解決；電阻技術(shù)觸摸屏的定位準(zhǔn)確，但其價(jià)格頗高，且怕刮易損；表面聲波觸摸屏解決了以往觸摸屏的各種缺陷，清晰不容易被損壞，適于各種場(chǎng)合，缺點(diǎn)是屏幕表面如果有水滴和塵土?xí)褂|摸屏變的遲鈍，甚至不工作。4.5.1標(biāo)準(zhǔn)Centronics接口

并行打印機(jī)接口通常按Centronics標(biāo)準(zhǔn)定義插頭插座引腳，Centronics標(biāo)準(zhǔn)中各引腳和信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見下表。4.5打印機(jī)接口電路設(shè)計(jì)4.5.2應(yīng)用實(shí)例

在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，常用的有并行和串行接口的針式打印機(jī)。下面介紹并行打印機(jī)與計(jì)算機(jī)的接口舉例。

例：用8255控制打印機(jī)。

下圖是8031擴(kuò)展8255與打印機(jī)接口的電路。8255的片選線為P0.7，打印機(jī)與8031采用查詢方式交換數(shù)據(jù)。打印機(jī)的狀態(tài)信號(hào)輸入給PC7，打印機(jī)忙時(shí)BUSY=1，微型打印機(jī)的數(shù)據(jù)輸入采用選通控制，當(dāng)