智能儀器-3-人機(jī)接口

智能儀器電子教案鹽城工學(xué)院自動化專業(yè)張春富第三章：人機(jī)接口技術(shù)鍵盤及接口技術(shù)LED/LCD顯示技術(shù)觸摸屏及接口技術(shù)人機(jī)接口實(shí)例本章內(nèi)容智能儀器通過人機(jī)接口接收操作命令及數(shù)據(jù)，并給出測量或處理結(jié)果，是操作者與智能儀器之間進(jìn)行聯(lián)系的紐帶。第1節(jié)人機(jī)接口技術(shù)之鍵盤鍵盤：一組開關(guān)（按鍵）的集合鍵盤的分類1：機(jī)械按鍵導(dǎo)電橡膠按鍵薄膜按鍵鍵盤的分類2：編碼鍵盤：有固定編碼輸出；非編碼鍵盤：依靠軟件識別；鍵盤接口需解決的問題：1、是否有鍵按下？2、如有鍵按下，是哪個(gè)鍵？3、確定被按鍵的輸出值？4、反彈跳—按鍵抖動消除；5、同時(shí)按鍵的處理；一、非編碼鍵盤1.獨(dú)立連接式非編碼鍵盤MCU+5V5.1K×4P1.3P1.2P1.1P1.012342.矩陣式非編碼鍵盤——掃描法P1.6P1.5P1.4P1.0P1.1P1.2P1.3輸入端口列線0489512376AB5.1K×4+5V輸出端口行線行碼列碼0鍵：11011101鍵：11011012鍵：11010113鍵：11001114鍵：10111105鍵：1011101A鍵：01110113.矩陣式非編碼鍵盤——線反轉(zhuǎn)法P1.0P1.711010000+5V+5V&5.1K×45.1K×4中斷11011011+5V+5V&5.1K×45.1K×4P1.0P1.7中斷1P2.7P2.0WRRDALEP08031CEIO/MWRRDALEAD0~AD7PA7PA0PC0PC3+5V5.1K×4+5V1K20μFRESET81554.矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計(jì)8×4矩陣鍵盤4.矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計(jì)-8155概述地址/數(shù)據(jù)復(fù)用PA擴(kuò)展口PB擴(kuò)展口PC擴(kuò)展口IO或RAM(256B)選擇芯片使能14位減法定時(shí)/計(jì)數(shù)器地址鎖存使能4.矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計(jì)-8155端口地址CEIO/MA7A6A5A4A3A2A1A0端口01000命令/狀態(tài)01001PA口01010PB口01011PC口01100計(jì)數(shù)器低8位01101計(jì)數(shù)器高6位00RAM4.矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計(jì)-8155命令字D7D6D5D4D3D2D1D0TM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA定時(shí)器控制中斷控制0：PA輸入1：PA輸出0：PB輸入1：PB輸出00：PC輸入11：PC輸出P2.7P2.0WRRDALEP08031CEIO/MWRRDALEAD0~AD7PA7PA0PC0PC381554.矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計(jì)-8155實(shí)例輸出輸入命令字地址：PA端口地址：PC端口地址：01H7F01H7F03H命令字：7F00HPA掃描控制：？？？課后補(bǔ)充習(xí)題：以教材63頁圖3-5為硬件電路，用匯編語言編寫鍵盤掃描子程序。5.非編碼鍵盤的程序控制方式程序控制掃描：單片機(jī)主循環(huán)程序空閑時(shí)，執(zhí)行鍵盤掃描程序，實(shí)時(shí)性較差；定時(shí)掃描：由單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生等間隔定時(shí)中斷，中斷處理程序進(jìn)行鍵盤掃描，效率較低；中斷掃描：鍵盤有鍵閉合時(shí)產(chǎn)生中斷請求，效率和實(shí)時(shí)性較高；二、編碼鍵盤01234567101112131234897674148EIA0A1A2A2’A1’A0’A0’A1’A2’鍵01234567000011110011001101010101a）接口電路b）真值表1.靜態(tài)式編碼器鍵盤接口1112.專用鍵盤接口芯片——8279D0D1D2D3D4D5D6D7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALEP2.7RDINT18031RL7RL6RL5RL4RL3RL2RL1RL0CLKA0WRRDIRQ74LS373RESETSHIFTCNTL20μF+5V2KSL0SL1SL2827974LS138+5VCSWR1Y0Y7最多支持8×8鍵盤矩陣三、鍵盤去抖技術(shù)1.鍵盤抖動由于復(fù)位用彈性元件的影響，按鍵變化時(shí)會存在數(shù)毫秒的非穩(wěn)定狀態(tài)的抖動，該抖動可引起同一次按鍵多次讀數(shù)，因此必須消除抖動。2.硬件去抖——RS觸發(fā)器MCU+5V5.1KI/O1I/O2I/O3I/O4&&+5V5.1K序號開關(guān)I/O41向上02向下13懸空原態(tài)3.硬件去抖——RC濾波器MCU+5V5.1KI/O1I/O2I/O3I/O4KEY1低通濾波RC4.硬件去抖——單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MCU+5V5.1KI/O1I/O2I/O3I/O4+5V+5V741214.硬件去抖——74121鍵盤去抖電路原理RxCx5.軟件去抖——延時(shí)判斷延時(shí)時(shí)長：約10毫秒按鍵彈起判斷流程？第2節(jié)顯示技術(shù)發(fā)光二極管LED用途：Bit位狀態(tài)指示、電源指示、報(bào)警；特點(diǎn)：響應(yīng)快、壽命長、易維護(hù)；LED數(shù)碼管用途：可顯示特定的字符用法：靜態(tài)顯示動態(tài)掃描液晶顯示器LCD（重點(diǎn)）原理：調(diào)制環(huán)境光——旋光效應(yīng)特點(diǎn)：低電流、微功耗、外形??；弱光環(huán)境下需增加背光燈；一、段碼式LCD1=1LCDABC不顯示顯示對應(yīng)段VBVCVA-VCVA（1）靜態(tài)驅(qū)動方式1、段碼式LCD驅(qū)動方式段極S1VD段極S0VD背極B1VD背極B0VD（2）迭加驅(qū)動方式（時(shí)分割驅(qū)動）以占空比1/2，偏比1/2的情況為例，參考PCF8576S0-B0S0-B1Rms(|S0-B0|)=0.79VDRms(|S0-B1|)=0.35VDVD-VDS1-B0VD-VDS1-B1Rms(|S1-B0|)=Rms(|S1-B1|)=2、硬件譯碼的LCD驅(qū)動接口——ICM7211AM（1）特性：內(nèi)置字符：0~9、BLANK、H、E、L、P、—單片可以驅(qū)動4位數(shù)碼液晶片（2）管腳圖（3）控制邏輯真值表硬件譯碼的LCD驅(qū)動接口——ICM7211AM（4）輸入與顯示對應(yīng)關(guān)系表七位寬驅(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≥1單穩(wěn)觸發(fā)器振蕩器÷128使能檢測器背光板驅(qū)動器輸入數(shù)據(jù)DS1DS2CLKCS1CS2第4位段輸出第3位段輸出第2位段輸出第1位段輸出BP（5）ICM7211AM原理框圖BPICM7211AMB0B1B2B3DS1DS2CS1CS2=1=1=1=1P1.1P1.2P1.3P1.4P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P2.7WR8031（6）ICM7211AM與MCU的接口設(shè)計(jì)地址分布？WR控制CS2時(shí)序是否合適？單片機(jī)WR與地址/數(shù)據(jù)總線的時(shí)序關(guān)系二、字符式LCD1、典型模塊：LCM-512-01A——特性自帶顯示控制IC自帶顯示驅(qū)動IC自帶字符發(fā)生器自帶顯示數(shù)據(jù)存儲器可顯示96個(gè)ASCII字符+92個(gè)特殊字符可擴(kuò)展編程顯示8個(gè)自定義字符單+5V供電，背光可調(diào)控制器HD44780LCD顯示屏驅(qū)動器2、LCM-512-01A結(jié)構(gòu)框圖3、LCM-512-01A引腳電氣圖Vss：-5V電源VDD：+5V電源Vo：面板亮度調(diào)節(jié)RS：寄存器選擇信號輸入線。0-選通指令寄存器；1-選通數(shù)據(jù)寄存器。R/W：讀/寫信號輸入線。0-寫入，1-讀出。E：使能信號輸入線。讀狀態(tài)下，高電平有效；寫狀態(tài)下，下降沿有效。D0~D7：數(shù)據(jù)總線?？梢赃x擇4位總線或8位總線操作，選擇4位總線操作時(shí)使用D4~D7。

LCM-512-01A引腳定義RSR/WE功能00寫入指令代碼01讀出忙標(biāo)志BF、地址計(jì)數(shù)器AC值10寫入數(shù)據(jù)11讀出數(shù)據(jù)4、控制邏輯定義5、控制邏輯時(shí)序DDRAM(DisplayDataRAM)顯示數(shù)據(jù)存儲器地址范圍：80H~97H？CGRAM(CustomGraphRAM)自定義字符數(shù)據(jù)存儲器地址范圍：00H~3FH！6、內(nèi)部RAM定義控制邏輯及數(shù)據(jù)位顯示數(shù)據(jù)清空；光標(biāo)返回命令；輸入方式設(shè)置；顯示開關(guān)控制；光標(biāo)、顯示畫面移動；功能設(shè)置；CGRAM地址設(shè)置；DDRAM地址設(shè)置；讀標(biāo)志及地址；RAM數(shù)據(jù)讀寫；RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0000000000100000000100000001I/DS0000001DCB000001S/CR/L00001DLNF0001A5A4A3A2A1A0001A6A5A4A3A2A1A001BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC07、指令集11/0DDDDDDDD8、LCM-512-01A與MCU的接口設(shè)計(jì)一8、LCM-512-01A與MCU的接口設(shè)計(jì)二課堂作業(yè)試分析該LCD的指令讀寫接口地址和數(shù)據(jù)讀寫接口地址；匯編語言編程實(shí)現(xiàn)顯示清空；附注:74138真值表三、圖形式LCD（自學(xué)）第3節(jié)觸摸屏技術(shù)一種結(jié)合輸入和顯示的新型人機(jī)接口簡化了操作界面，簡單直觀點(diǎn)觸顯示屏上的圖形或文字實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互節(jié)省硬件鍵盤體積空間一、觸摸屏的分類電阻式觸摸屏紅外線式觸摸屏電容式觸摸屏表面聲波式觸摸屏二、電阻式觸摸屏1、電阻式觸摸屏概述利用壓力感應(yīng)進(jìn)行坐標(biāo)定位和控制；多層復(fù)合薄膜：1：玻璃或硬塑料+透明氧化金屬導(dǎo)電涂層；2：透明隔離點(diǎn)（尺寸小于1‰Inch）；3：硬化塑膠耐磨層+透明氧化金屬導(dǎo)電涂層；兩層導(dǎo)電層接觸，構(gòu)成電阻分壓，電位發(fā)生變化；X和Y兩個(gè)方向均產(chǎn)生信號，送觸摸屏控制器；控制器偵測到這一接觸并計(jì)算出（X，Y）的位置；2、電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)及工作原理玻璃或硬塑料導(dǎo)電涂層透明隔離點(diǎn)導(dǎo)電涂層耐磨層VxVy3、電阻式觸摸屏控制器ADS7843(1)特性(2)封裝(3)管腳定義(4)控制字(5)結(jié)構(gòu)框圖及控制邏輯(6)時(shí)序圖(7)應(yīng)用實(shí)例(8)Y方向定位A2A1A0=001過程框圖(9)Y方向定位A2A1A0=001等效電路課堂作業(yè)：根據(jù)教材P85頁表3-7，試確定X軸定位時(shí)所對應(yīng)的命令字！并簡單繪制出等效電路圖。三、紅外線式觸摸屏1、紅外線式觸摸屏概述利用X、Y方向上的紅外線矩陣來檢測并定位觸摸；紅外發(fā)射管+紅外接收管紅外線矩陣；遮擋經(jīng)過某點(diǎn)的橫豎兩條紅外線，可以判斷出該點(diǎn)的位置；任何觸摸物體都可實(shí)現(xiàn)觸摸屏操作；2、紅外線式觸摸屏定位原理四、電容式觸摸屏1、電容式觸摸屏概述利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行工作；結(jié)構(gòu)：玻璃基材+透明電極ITO+粘合層+防護(hù)層；觸摸觸摸屏?xí)r，由于人體電場的存在，手指和觸摸屏表面形成以一個(gè)耦合電容；對于高頻電流來說，電容是直接導(dǎo)體，于是手指從接觸點(diǎn)吸走一個(gè)很小的電流；這個(gè)電流分從觸摸屏的四角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離理論成正比；控制器通過對這四個(gè)電流比例的精確計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)的位置；2、電容式觸摸屏示意圖觸摸屏原電場人體感應(yīng)電場電場分布變化內(nèi)部電荷轉(zhuǎn)移形成瞬態(tài)電流五、表面聲波式觸摸屏1、表面聲波式觸摸屏概述表面聲波，超聲波的一種，在介質(zhì)（剛性材料）表面淺層傳播的機(jī)械能量波