第十讲 人机接口

1、SPCE061A 语音处理应用第十讲第十讲 人机接口人机接口10.1 显示器接口显示器接口 显示器的作用和地位显示器的作用和地位 人机对话窗口，显示工作状态和参数，测量结果人机对话窗口，显示工作状态和参数，测量结果 特点：软特点：软件简单，件简单，但占用但占用I/O 口线多，口线多，功耗大功耗大举例举例举例举例举例举例举例举例第第1010讲讲 键盘和显示器接口键盘和显示器接口硬件去抖动硬件去抖动软件去抖动软件去抖动前沿抖动稳定后沿抖动 图1 按键抖动信号波形二、按键过程的基本特点二、按键过程的基本特点如果按键较多如果按键较多,常用软件方法去抖常用软件方法去抖,即检测出键闭合后执行一个延时程即检

2、测出键闭合后执行一个延时程序序,产生产生5ms10ms的延时的延时,让前沿让前沿抖动消失后再一次检测键的状态抖动消失后再一次检测键的状态,如如果仍保持闭合状态电平果仍保持闭合状态电平,则确认为真则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后正有键按下。当检测到按键释放后,也要给也要给5ms10ms的延时的延时,待后沿待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程抖动消失后才能转入该键的处理程序。序。 硬件取抖电路 在键数较少时可用硬件方法消除键抖动。下图所示的RS触发器为常用的硬件去抖电路。图中两个图中两个“与非与非”门构成一个门构成一个RS触发器。当按键未按下时触发器。当按键未按下时,输出为输出为1;当键按

3、下时当键按下时,输出为输出为0。此时即使用。此时即使用按键的机械性能按键的机械性能,使按键因弹性抖动使按键因弹性抖动而产生瞬时断开（抖动跳开而产生瞬时断开（抖动跳开B）,中中要按键不返回原始状态要按键不返回原始状态A,双稳态电双稳态电路的状态不改变路的状态不改变,输出保持为输出保持为0,不会不会产生抖动的波形。也就是说产生抖动的波形。也就是说,即使即使B点的电压波形是抖动的点的电压波形是抖动的,但经双稳态但经双稳态电路之后电路之后,其输出为正规的矩形波。其输出为正规的矩形波。这一点通过分析这一点通过分析RS触发器的工作触发器的工作过程很容易得到验证。过程很容易得到验证。 键盘的两种形式 独立式

4、键盘 每一个按键的电路是独立的，占用一条数据线 。这种键盘占用硬件资源多，适合少量按键的情况。 编码式键盘 又叫矩阵式键盘 、行列式键盘。用I/O口线组成行、列结构，键位设置在行列的交点上。例如44的行、列结构可组成16个键的键盘，比一个键位用一根I/O口线的独立式键盘少了一半的I/O口线 五、按键的基本接口方法五、按键的基本接口方法10.2.2 10.2.2 独立式键盘接口方法和应用程序设计独立式键盘接口方法和应用程序设计独立式键盘与单片机接口独立式键盘与单片机接口 程程序序框框图图键闭合吗？置P1口为输入方式开 始延时10ms消除抖动有键闭合吗？是K1键闭合吗？20H单元加1YYYYYYN

5、NNNNN图5 独立键盘程序框图流程是K2键闭合吗？是K3键闭合吗？是K4键闭合吗？20H单元减121H单元清021H单元置FF独立式键盘与单片机接口独立式键盘与单片机接口SPCE061A44键盘IOA15IOA9IOA10IOA11IOA12IOA13IOA14IOA8L1C4C3C2C1L4L3L26位数码管IOA0IOA1IOA2IOA3IOA4IOA5IOA6IOA7agDPfedcbIOB15IOB14IOB13IOB12IOB2IOB1IOB012DD6543试验箱上的键盘和LED显示器10.3 LED点阵模块 10.3 LED点阵模块 10.3 LED点阵模块 10.4 10.4

6、 AT89C51AT89C51与液晶显示器（与液晶显示器（LCDLCD）的接口的接口 LCD LCD（Liquid Crystal DisplayLiquid Crystal Display）：液晶显示器的缩写，：液晶显示器的缩写，被动式被动式显示器显示器- -液晶液晶本身并不发光本身并不发光，而是经液晶经过处理后，而是经液晶经过处理后能能改变光线通过方向改变光线通过方向的特性，而达到的特性，而达到白底黑字白底黑字或或黑底白字黑底白字显显示的目的。示的目的。 液晶显示器具有液晶显示器具有功耗低功耗低、抗干扰能力强抗干扰能力强等优点，广泛用在等优点，广泛用在仪器仪表和控制系统中。仪器仪表和控制系

7、统中。10.4.1 10.4.1 LCDLCD显示器的分类显示器的分类按排列形状分：按排列形状分：字段型字段型、点阵字符型点阵字符型和和点阵图形点阵图形。（1 1）字段型）字段型 广泛用于电子表、数字仪表、计算器中。广泛用于电子表、数字仪表、计算器中。（2 2）点阵字符型）点阵字符型 显示字母、数字、符号。它是由显示字母、数字、符号。它是由5 57 7或或5 51010点阵组成，点阵组成，广泛用在单片机系统中。广泛用在单片机系统中。（3 3）点阵图形型）点阵图形型 笔记本电脑和彩色电视等设备中。笔记本电脑和彩色电视等设备中。10.4.2 10.4.2 点阵字符型液晶显示模块介绍点阵字符型液晶显

8、示模块介绍 点阵字符型点阵字符型LCDLCD显示器，需相应的显示器，需相应的LCDLCD控制器控制器、驱动器驱动器，来对，来对LCDLCD显示器进行扫描、驱动，以及显示器进行扫描、驱动，以及一定空间的一定空间的RAMRAM和和ROMROM来存储来存储写入的命令和显示字符的点阵。写入的命令和显示字符的点阵。 现已将现已将上述元部件和上述元部件和LCDLCD显示器用显示器用PCBPCB连接到一起，连接到一起，称为称为液晶液晶显示模块显示模块LCMLCM(LCD Module)(LCD Module)。只向只向LCMLCM送入相应的送入相应的命令命令和和数据数据就可实现所需要的显示内容，接就可实现所

9、需要的显示内容，接口简单，灵活方便。分口简单，灵活方便。分字符字符和和图形图形两种。两种。1.1.基本结构基本结构（1 1）液晶板）液晶板 在上面排列着若干在上面排列着若干5 57 7或或5 51010点阵的字符显示位，从点阵的字符显示位，从规规格上分为每行格上分为每行8 8、1616、2020、2424、3232、4040位，有位，有1 1行、行、2 2行行及及4 4行行三三类，类，根据需要，来选择。根据需要，来选择。（2 2）模块电路框图）模块电路框图图图10-1710-17为字符型为字符型LCDLCD模块电路框图，模块电路框图，由由控制器控制器HD44780HD44780、驱动驱动 器器

10、HD44100HD44100及几个电阻电容组成。及几个电阻电容组成。HD44100HD44100是是扩展显示字符位扩展显示字符位 用的（例如：用的（例如：1616字符字符1 1行模块就可不用行模块就可不用HD44100HD44100，1616字符字符 2 2行模块就要用一片行模块就要用一片HD44100HD44100）。）。图图10-1710-17 模块模块1414个引脚个引脚，其中有，其中有8 8条条数据线，数据线，3 3条条控制线，控制线，3 3条条电源线，电源线，见见表表10-10-1414。通过单片机写入模块的数据和指令，就可对显示。通过单片机写入模块的数据和指令，就可对显示方式和显示

11、内容作出选择。方式和显示内容作出选择。RSRSR/WR/W* *操操 作作0 00 0命令寄存器命令寄存器写入写入0 01 1忙标志和地址计数器忙标志和地址计数器读出读出1 10 0数据寄存器数据寄存器写入写入1 11 1数据寄存器数据寄存器读出读出表表1010- -15 15 寄存器的选择寄存器的选择2. 命令格式及命令功能说明命令格式及命令功能说明 (1) (1) 内部寄存器内部寄存器控制器控制器HD44780HD44780内有多个寄存器，如内有多个寄存器，如表表10-10-1515所示。所示。 RS RS位和位和R/WR/W* *引脚引脚上的电平来选择寄存器，读还是写，而上的电平来选择寄

12、存器，读还是写，而DB7DB7DB0DB0则决定命令功能。则决定命令功能。（2 2）命令功能说明。）命令功能说明。 命令共命令共1111种种：功能功能: :清除屏幕显示，并给地址计数器清除屏幕显示，并给地址计数器ACAC置置“0”0”。 功能功能: :置置DDRAMDDRAM（显示数据（显示数据RAMRAM）及显示）及显示RAMRAM的地址为的地址为“0”0”，显，显示返回到原始位置。示返回到原始位置。功能功能: :设置光标的移动方向，并指定整体显示是否移动。其设置光标的移动方向，并指定整体显示是否移动。其 中：中：I/DI/D = = 1 1，为增量方式；，为增量方式；I/DI/D = =

13、0 0，为减量方式。如，为减量方式。如 S S = = 1 1，表示移位；如，表示移位；如S S = = 0 0，表示不移位。，表示不移位。 （3 3）有关说明）有关说明 显示位与显示位与DDRAMDDRAM地址的对应关系，如表地址的对应关系，如表10-1610-16所示。所示。 标准字符库标准字符库图图10-1810-18所示为字符库的内容、字符码和字型的对应关系。所示为字符库的内容、字符码和字型的对应关系。 例如，例如，“A”A”的字符码为的字符码为41H41H，“B”B”的字符码为的字符码为42H42H。 图图10-1810-18 字符码（字符码（DDRAM DATADDRAM DATA

14、）、）、CGRAMCGRAM地址与自编字型点阵数据地址与自编字型点阵数据（CGRAMCGRAM数据）之间的关系，如数据）之间的关系，如表表10-1710-17所示。所示。10.4.3 10.4.3 AT89C51AT89C51单片机与单片机与LCDLCD的接口及软件编程的接口及软件编程 1 1AT89C51AT89C51单片机与单片机与LCDLCD模块的接口模块的接口 接口电路见接口电路见图图10-10-1919。将。将LCMLCM挂接在挂接在8 89C519C51的总线上，通过的总线上，通过对数据总线的读写实现对对数据总线的读写实现对LCMLCM的控制。的控制。图图10-1910-192.软

15、件编程软件编程(1)初始化初始化 单片机开始运行时必须先对单片机开始运行时必须先对LCDLCD模块进行初始化，否则模块模块进行初始化，否则模块无法正常显示。下面介绍无法正常显示。下面介绍两种初始化方法两种初始化方法。 利用模块内部的复位电路进行初始化。利用模块内部的复位电路进行初始化。LCMLCM有内部复位电有内部复位电路，能进行上电复位。复位期间路，能进行上电复位。复位期间BFBF = = 1 1，在电源电压，在电源电压V VDDDD达达4.5V4.5V以后，此状态可维持以后，此状态可维持10ms10ms，复位时执行下列命令。，复位时执行下列命令。清除显示。清除显示。功能设置，功能设置，DL

16、DL = = 1 1为为8 8位数据长度接口；位数据长度接口；N N = = 0 0单行显示；单行显示；F F = = 0 0为为5 5 7 7点阵字符。点阵字符。开开/ /关设置，关设置，D D = = 0 0关显示；关显示；C C = = 0 0关光标；关光标；B B = = 0 0关闪烁功能。关闪烁功能。进入方式设置，进入方式设置，I/DI/D = = 1 1地址采用递增方式；地址采用递增方式；S S = = 0 0关显示移位关显示移位功能功能 软件初始化。软件初始化流程如软件初始化。软件初始化流程如图图10-2010-20所示。所示。 图图10-2010-2010.5 10.5 AT8

17、9C51AT89C51与与TPP-40A/16ATPP-40A/16A微型打印机的接口微型打印机的接口内部有一个内部有一个控制用单片机控制用单片机，固化有控打程序固化有控打程序，智能化程度高。，智能化程度高。常用的微型打印机：常用的微型打印机：TPP-40A/16ATPP-40A/16A、GP16GP16以及以及XLFXLF嵌入仪器面嵌入仪器面板板上的汉字微型打印机。上的汉字微型打印机。1. 1. TPP-40A/16ATPP-40A/16A微型打印机微型打印机 单片机控制的单片机控制的微型智能打印机。微型智能打印机。TPP-40ATPP-40A与与TPP-16ATPP-16A的的接口信号与时

18、序完全相同，操作方式相近，硬件电路及插脚完接口信号与时序完全相同，操作方式相近，硬件电路及插脚完全兼容，只是指令代码不完全相同。全兼容，只是指令代码不完全相同。TPP-40ATPP-40A每行每行4040个字符，个字符，TPP-16ATPP-16A则打印则打印1616个字符。个字符。2. 2. 主要性能、接口要求及时序主要性能、接口要求及时序(1)(1)TPP-40ATPP-40A主要技术性能主要技术性能 单片机控制单片机控制, 2, 2KBKB控打程序及标准的控打程序及标准的CentronicsCentronics并行接口。并行接口。 可打印可打印全部全部ASCIIASCII代码字符代码字符

19、及及128128个非标准个非标准字符字符和图符。和图符。用户用户定义的定义的1616个个代码字符（代码字符（6 67 7点阵）。点阵）。 可打印出可打印出8 8240240点阵的图样点阵的图样（汉字或图案点阵）。（汉字或图案点阵）。 字符、图符和点阵图可在字符、图符和点阵图可在宽和高的方向放大为宽和高的方向放大为2 2、3 3、4 4 倍。倍。 每行字符的点行数（包括字符的行间距）可用命令更换。即每行字符的点行数（包括字符的行间距）可用命令更换。即 字符行间距空点行在字符行间距空点行在0 0256256间任选。间任选。(2) (2) CentronicsCentronics接口信号接口信号 采

20、用采用国际上流行的国际上流行的CentronicsCentronics打印机并行接口打印机并行接口，与单片机，与单片机间是通过一条间是通过一条2020芯扁平电缆及接插件相连。打印机有一个芯扁平电缆及接插件相连。打印机有一个2020线线扁平插座，信号引脚排列如扁平插座，信号引脚排列如图图10-210-21 1所示。所示。引脚介绍引脚介绍: : DB0 DB0DB7DB7：数据线数据线, ,单向传输，由单片机输入给打印机。单向传输，由单片机输入给打印机。 STB STB* *：数据选通信号。在该信号的上升沿时，数据线上的数据选通信号。在该信号的上升沿时，数据线上的8 8位并行数据被打印机读入机内锁

21、存。位并行数据被打印机读入机内锁存。图图10-2110-21 BUSY BUSY：打印机打印机“忙忙”状态信号。当该信号有效（高电平）时状态信号。当该信号有效（高电平）时, ,表示打印机正忙。此时表示打印机正忙。此时, ,单片机不得向打印机送入新的数据。单片机不得向打印机送入新的数据。 ACK ACK* *：打印机的应答信号。低电平有效打印机的应答信号。低电平有效, ,表明打印机已取走数表明打印机已取走数据线上的数据。据线上的数据。 ERR ERR* *：“出错出错”信号。当送入打印机的命令格式出错时信号。当送入打印机的命令格式出错时, ,打印打印机立即打印一行出错信息机立即打印一行出错信息,

22、 ,提示出错。在打印出错信息之前，提示出错。在打印出错信息之前，该信号线出现一个负脉冲，脉冲宽度为该信号线出现一个负脉冲，脉冲宽度为3030ss。(3) (3) 接口信号时序接口信号时序接口信号时序如接口信号时序如图图10-210-22 2所示。所示。图图10-2210-22 选通信号选通信号STBSTB* *宽度需大于宽度需大于0.50.5ss。应答信号应答信号ACKACK* *可与可与STBSTB* *信信号作为号作为一对应答联络信号一对应答联络信号，也可与，也可与BUSYBUSY作为一对应答联络信号。作为一对应答联络信号。3. 3. 字符代码及打印命令字符代码及打印命令写入的全部代码共写

23、入的全部代码共256256个，其中个，其中0000H H无效。无效。代码：代码：0101H H0FH0FH为打印命令；为打印命令；代码：代码：1010H H1FH1FH为用户自定义代码；为用户自定义代码；代码：代码：2020H H7FH7FH为标准为标准ASCIIASCII代码；代码；代码：代码：8080H HFFHFFH为非为非ASCIIASCII代码，代码，如如图图10-210-23 3所示。其中包括少所示。其中包括少量汉字、希腊字母、块图图符和一些特殊字符。量汉字、希腊字母、块图图符和一些特殊字符。图图10-2310-23（1 1）字符代码。）字符代码。TPTP P-40A/16AP-4

24、0A/16A中全部字符代码为中全部字符代码为10H10HFFHFFH，回车换行代码，回车换行代码0DH0DH为为字符串的结束符。但当输入代码满字符串的结束符。但当输入代码满40/1640/16个时，打印机自动回个时，打印机自动回车。举例子如下。车。举例子如下。 打印打印“$2356.73”$2356.73”。输送代码串为输送代码串为24,32,33,35,36,2E,37,33,0D24,32,33,35,36,2E,37,33,0D。 打印打印“23.7cm3”23.7cm3”。输送代码为输送代码为32,33,2E,37,63,6D,9D,0D32,33,2E,37,63,6D,9D,0D。

25、（2 2）打印命令）打印命令。打印命令由一个命令字和若干参数字节组成，打印命令由一个命令字和若干参数字节组成，表表10-1810-18所示为所示为TPTP P-40A/16AP-40A/16A命令代码及功能。有关打印命令的更详细说明，命令代码及功能。有关打印命令的更详细说明，参见技术说明书。参见技术说明书。 4. TPP-40A/16A4. TPP-40A/16A与与89C5189C51单片机接口设计单片机接口设计 TP TP P-40A/16AP-40A/16A在输入电路中有锁存器，在输出电路中有三态在输入电路中有锁存器，在输出电路中有三态门控制，因此可以直接与单片机相接。门控制，因此可以直

26、接与单片机相接。 TP TP P-40A/16AP-40A/16A没有读、写信号，只有握手线没有读、写信号，只有握手线STBSTB* * 、BUSYBUSY（或（或 ACKACK* *） ，接口电路如，接口电路如图图10-2410-24所示。所示。 用一条地址线（图用一条地址线（图10-2410-24中使用中使用P2.7P2.7，即，即A15A15）来控制写选通）来控制写选通STBSTB* *信号和读取信号和读取BUSYBUSY状态。状态。 图图10-2410-24图图10-2510-25所示为通过扩展的并行所示为通过扩展的并行I/OI/O口口82C5582C55连接的打印机接口电连接的打印机

27、接口电路。路。采用采用查询法查询法，即通过读与，即通过读与82C5582C55的的PC0PC0脚的相连的脚的相连的BUSYBUSY状态，来状态，来判断送给打印机的一个字节的数据是否处理完毕。判断送给打印机的一个字节的数据是否处理完毕。也可用也可用中断法中断法（BUSYBUSY直接与单片机的直接与单片机的P3.3P3.3引脚相连）。引脚相连）。图图10-2510-2510.6 10.6 单片机与单片机与BCDBCD码拨盘的接口设计码拨盘的接口设计1. BCD1. BCD码拨盘码拨盘 需输入一些控制参数，设定完将需输入一些控制参数，设定完将维持不变维持不变。使用的最方便。使用的最方便的拨盘是十进制

28、输入，的拨盘是十进制输入，BCDBCD码输出的码输出的BCDBCD码拨盘。这种拨盘如码拨盘。这种拨盘如图图10-10-2626，为四片，为四片BCDBCD码拨盘组。码拨盘组。图10-30 4位BCD码拨盘组图图10-2610-26拼接的拼接的4 4位十进制输入拨盘组。每片拨盘具有位十进制输入拨盘组。每片拨盘具有0 09 9十个位置十个位置，每个位置都有相应的数字显示。每个位置都有相应的数字显示。 BCD BCD码拨盘后面有码拨盘后面有5 5个接点，个接点，A A为输入控制线，另外为输入控制线，另外4 4是是BCDBCD码输码输出线。出线。 拨盘拨到不同位置时，输入控制线拨盘拨到不同位置时，输入控制线A A分别与分别与4 4根根BCDBCD码输出线码输出线中的某根或某几根接通中的某根或某几根接通，其接通的