第03章 人机交互接口技术

计算机控制系统自动化教研室自动化专业主干课程华北科技学院电子信息工程学院第3章人机交互接口技术3.1键盘接口技术3.2LED显示接口技术3.3LCD显示接口技术3.1键盘接口技术键盘的种类：键盘上闭合键的识别是由专用硬件实现的，称为编码键盘，靠软件实现的称为非编码键盘。键盘的接口必须解决下列的一些问题：（1）决定是否有键按下；（2）如有键按下，决定是哪一个键被按下；（3）确定被按键的读数； （4）反弹跳—按键抖动的消除。（5）处理同时按键既同时有一个以上的按键。3.1.1非编码键盘1.独立连接式非编码键盘µP接口+V10kΩ*42.矩阵式非编码键盘识别按键的方法行扫描法行线x2x1x0y0y1y2y3列线0489512376AB10KΩ*3+5V行码列码0键：11011101键：11011012键：11010113键：11001114键：10111105键：1011101A键：0111011并行接口11010000+5V+5V并行接口11011011+5V+5VP2.7P2.0WRRDALEP08031CEIO/MWRRDALED0~D7PA7PA0PC0PC1PC2PC3+5V0123456789101112131415161718192021222324252627282930315.1K×4+5V1K20µFRESET8155PA6PA5PA4PA3PA2PA1非编码键盘接口3.1.2键盘信号键盘信号的获取方法有三种：程序扫描法中断扫描法定时中断法键盘监控程序设计方法有三种：

直接分析法状态矩阵法可编程键盘/显示接口如8279

3.1.3编码键盘

编码键盘的基本任务是识别按键，提供按键读数，一个高质量的编码键盘还应具有反弹跳、处理同时按键等功能.

静态编码器—普通编码器如74148可编程键盘/显示接口如8279

静态式编码器接口11101234567101112131234897674148EIA0A1A2A2’A1’A0’A0’A1’A2’键01234567000011110011001101010101a）接口电路b）真值表D0D1D2D3D4D5D6D7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALEP2.7RDINT18051RL7RL6RL5RL4RL3RL2RL1RL0CLKA0WRRDIRQ74LS373RESETSHIFTCNTL20µF+5V2KSL0SL1SL2827974LS138Y0~Y7VCC+5V1514131211109876543210BIC8708dpBIC8708+5VfgcedbaB0B1B2B3A0A1A2A3CSWR3.1.4非编码键盘的扫描程序设计下面以通过8155扩展I/O口组成的4×8非编码键盘为例介绍行列式键盘工作原理及扫描程序设计。通过8155扩展I/O口组成的4×8非编码键盘如图所示。图6-358155扩展I/O口组成的4×8非编码键盘1.键盘工作原理确定按下的键的键号：为了方便键处理程序的设计，一般采用依次排列键值的方法，以保证键值和键号一致。比如，根据行列式键盘工作原理，图中的32个键的键值如下（X为任意值）：FEXE FDXE FBXE F7XE EFXE DFXE BFXE 7FXEFEXD FDXD FBXD F7XD EFXD DFXD BFXD 7FXDFEXB FDXB FBXB F7XB EFXB DFXB BFXB 7FXBFEX7 FDX7 FBX7 F7X7 EFX7 DFX7 BFX7 7FX72.键盘扫描程序设计较常用的键盘扫描的工作方式有编程扫描方式和中断扫描方式两种。（1）编程扫描方式设在主程序中已将8155的PA口为基本输出口，PC口为基本输入口。键盘扫描程序流程框图如图所示。图6-36键盘扫描程序流程框图键盘扫描子程序清单：KEY1:ACALLKS1 ；有无键按下子程序 JNZ LK1 ；有键按下，转去抖延时 AJMP KEY1 ；无键按下，继续扫描LK1: ACALL DELA12 ；12ms延时程序调用 ACALL KS1 ；判断键是否真正按下 JNZ LK2 ；有键按下，转逐列扫描 AJMP KEY1 ；无键按下，继续扫描LK2: MOV R2,#0FEH ；设置首列扫描字 MOV R4,#00H ；保存首列号LK4: MOV DPTR,#7F01H ；列扫描字送至PA口MOV A,R2 MOVX @DPTR,A INC DPTR ；指向PC口 INC DPTR MOVX A,@DPTR ；读入行状态 JB ACC.0,LONE ；第0行无键按下，转LONE MOV A,#00H ；有键按下，设置行首键号 AJMP LKP ；转求键号LONE: JB ACC.1,LTWO ；第1行无键按下，转LTWO MOV A,#08H ；有键按下，设置行首键号 AJMP LKP ；转求键号LTWO: JB ACC.2,LTHR ；第2行无键按下，转LTHR MOV A,#10H ；有键按下，设置行首键? AJMP LKP ；转求键号LTHR:JB ACC.3,NEXT ；第3行无键按下，查下一列 MOV A,#18H ；有键按下，设置行首键LKP: ADD A,R4 ；求键号，键号=行首键号+列号 PUSH ACC ；保护键号LK3: ACALL KS1 ；等待键释放 JNZ LK3 ；键未释放，继续等待 POP ACC ；键释放，键号送A AJMP OVER ；键扫描结束NEXT: INC R4 ；列号加1，指向下一列 MOV A,R2 ；判断8列扫描完否 JNB ACC.7,KND ；8列扫描完，继续 RL A ；扫描字左移一位 MOV R2,A ；送扫描字 AJMP LK4 ；转下一列扫描KND: AJMP KEY1OVER: RET ；键扫描结束KS1: MOV DPTR,#7F01H ；指向PA口 MOV A,#00H ；设置扫描字 MOVX @DPTR,A ；扫描字送PA口 INC DPTR ；指向PC口 INC DPTR MOVX A,@DPTR ；读入PC口状态 CPL ；以高电平表示有键按下 ANL A,#0FH ；屏蔽高4位 RET（2）中断扫描工作方式图6-37中断扫描方式键盘接口3.1.5编码键盘8276和51系列的单片机的连接非常简单，其接口电路的一般连接方法如图所示。图6-38通过8276扩展的键盘接口电路当有键按下时，8276内部由硬件自动生成一个与之相应的代码，编码的格式如表所示。表编码格式表8×8键盘的键值如表所示。表8×8键盘键值表3.2.1LED显示器件工作原理LED显示器件是通过发光二极管显示字段的器件。在单片机控制系统中常用的是由7段LED数码管，它的显示块中有8个发光二极管，7个发光二极管组成字符“8”，1个发光二极管构成小数点，因此有人称7段LED数码管为8段显示器。LED数码管有共阴极和共阳极两类。共阴极LED数码管的发光二极管的阴极共地，当某个发光二极管的阳极电压为高电平时，二极管发光；而共阳极LED数码管是发光二极管的阳极共接，当某个二极管的阴极电压为低电平时，二极管发光。3.2LED显示接口技术图LED数码管管脚配置图（a）共阴极（b）共阳极图两类LED数码管表7段LED段选码3.2.2LED显示方式在微机控制系统中，一般利用N块LED显示器件构成N位LED显示器。构成原理图如图所示。图N位LED显示器原理图1.LED静态显示方式一个四位静态LED显示电路。图四位静态LED显示电路2.LED动态显示方式LED动态显示就是将所有显示位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制，而位选线则由其他的I/O口控制。一个8位动态LED显示电路。图8位动态LED显示电路3.2.3LED显示程序设计1.硬件译码显示程序设计MC14465是CMOSBCD——七段十六进制锁存、译码驱动芯片。MC14465能完成BCD码至十六进制数的锁存和译码，并具有驱动能力。利用MC14465实现的8位静态LED显示接口电路如图所示。图利用MC14465实现的8位静态LED显示接口电路图设要显示的BCD码放在以DATA为首址的RAM单元中。显示程序设计如下：… … MOV R0,DATA ；设置数据区首址 MOV A,@R0 ；读要显示的BCD码 ADD A,#80H MOV P1,A ；显示第一位 INC R0 MOV A,@R0 ADD A,#60H MOV P1,A ；显示第二位 INC R0 … …. INC R0 MOV A,@R0 ADD A,#F0H MOV P1,A ；显示第八位2.软件译码显示程序设计（1）软件译码静态显示电路（2）软件译码动态显示电路（1）软件译码静态显示电路采用8位串行输入/串、并输出移位寄存器74LS565的两位软件译码静态显示电路。该电路采用串行输入控制方案实现字符的显示，大大减少了I/O口线的占用。如果需要显示更多的位数时，只需级连多片74LS565即可，且不必占用其他的I/O口线。图通过74LS565实现的软件译码静态显示电路显示程序流程框图如图所示。（a）显示主程序（b）串行输出程序显示程序清单：DAT BIT P1.7 TRAN BIT P1.6 PUL BIT P1.5SHOW: CLR C MOV DPTR,#3000H ；设定段选码的初始地址START: MOV A,DATA ；读要显示的数据 ANL A,#0F0H ；屏蔽低4位 SWAP A ；高4位和低4位互换 ACALL SET8WEI ；串行输出子程序调用 MOV A,DATA ANL A,#0FH ；屏蔽高4位ACALL SET8WEI ；串行输出子程序调用 NOP NOP SETB TRAN ；锁存并显示输出数据 NOP NOP CLR TRAN NOP NOP RETSET8WEI: MOVC A,@A+DPTR ；读显示字符的段选码 MOV R7,#08H ；设置循环次数SET81: RRC A ；段选码的最低位移入进位标志位中 JC SETH ；CY=1,转至SETHCLR DAT ；P1.7为低电平 NOP CLR PUL ；送移位脉冲 NOP SETB PUL NOP AJMP SET82SETH: SETB DAT ；P1.7为高电平NOP CLR PUL NOP SETB PUL NOPSET82: DJNZ R7,SET81 ；段选码输出未完成，继续 RET ORG 3000H ；共阴极LED显示段选码 DB 3FH,06H,5BH,4FH,06H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,36H,5EH,76H,71H（2）软件译码动态显示电路通过8155扩展实现的8位LED动态显示接口。图中利用PA口输出段选码，PB口输出位选码。利用8155扩展实现的动态显示程序流程如图所示。利用8155扩展实现的动态显示程序清单：DISP: MOV A,#03H ；8155初始化数据 MOV DPTR,#7F00H ；8155命令/状态寄存器地址 MOVX @DPTR,A ；设置显示数据首址 MOV R7,#7FH ；设置位选字 MOV A,R7DS1: MOV DPTR,#7F02H ；指向PB口 MOVX @DPTR,A ；送位选字 DEC DPTR ；指向PA口 MOV A,@R0 ；读显示数据 ADD A,#0DH ；#0DH为从查表指令到段选码的首址MOVC A,@A+PC ；查段选码 MOVX @DPTR,A ；送段选码至PA口 ACALL DELAY1 ；延时1毫秒 INC R0 ；指向下一显示数据 MOV A,R7 JNB ACC.0,OVER ；判断是否显示完8位数据 RR A ；未显示完，改变位选字 MOV R7,A AJMP DS1 ；继续显示下一位OVER: RET DB 3FH,06H,5BH,4FH,06H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,36H,5EH,76H,71H3.3LCD显示接口技术液晶显示是一种功耗极低的被动式显示器件。其优点为：工作电流比LED小几个数量级，尺寸小，厚度约为LED的1/3等。LCD的驱动方式:驱动方式由电极引线的选择确定。既LCD选定后，其驱动方式也就随之确定了。静态驱动迭加驱动(时分驱动)3.3.1LCD数码显示3.2.1、七段LCD显示器静态驱动方式

VA1=1LCDABC不显示显示VBVCVA-VC迭加驱动方式:迭加驱动方式通常采用电压平均法。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。

硬件译码的LCD驱动接口ICM7211

七位宽驱动器七位宽锁存器可编程4/7译码器七位宽驱动器七位宽锁存器可编程4/7译码器七位宽驱动器七位宽锁存器可编程4/7译码器七位宽驱动器七位宽锁存器可编程4/7译码器4位锁存使能2位锁存使能2/4译码器≥1oneshot振荡器÷128使能检测器背光板驱动器BP输入/输出输入数据DS1DS2振荡器输入CS1CS2第4位段输出第3位段输出第2位段输出第1位段输出ICM7211AM与8031单片机的接口

BPICM7211D0D1D2D3DS1DS2CS1CS2=1=1=1=1P1.1P1.2P1.3P1.4P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P2.7WR单片机3.3.2字符式LCD显示器

LCM-512-01A点阵字符式液晶显示模块:自带驱动IC和液晶显示控制IC。该模块上的控制器是HD44780内部有字符发生器和显示数据存储器，可显示96个ASCII字符和92个特殊字符。

控制器LCD显示屏驱动器ER/WRSDB0DB7VDDVOVSS二.模块各管脚的功能为：①Vss：地线输入端。②VDD：+5V电源输入端。③Vo：液晶显示面板亮度调节，通过10~20K的电阻接到+5V和地之间起调节亮度的作用。图3-13所示为Vo的接法。④RS：寄存器选择信号输入线。当其为低电平时，选通指令寄存器；为高电平时选通数据寄存器。⑤R/W：读/写信号输入线。低电平为写入，高电平为读出。⑥E：使能信号输入线。读状态下，高电平有效；写状态下，下降沿有效。⑦~(14)D0~D7：

数据总线。可以选择4位总线或8位总线操作，选择4位总线操作时使用D4~D7。

三、HD44780指令集1.清显示命令:

00000001(执行时间1.64ms)2.光标返回命令:0000001*(执行时间1.64ms)

3:输入方式:

000001I/DS(执行时间40µs)设置光标、显示画面移动的方向。I/D=1，AC自动加1，光标右移一个字符位。S=0无效，S=1有效。4.显示开关控制:00001DCB

。其中:D=1时开显示;D=0时关显示C=1时光标显示;C=0时光标消失B=1为闪烁启用;B=0时闪烁关闭5.光标、显示画面移动：0001S/CR/L**

其中：S/C=1为显示画面位移；S/C=0为光标位移R/L=1为右移；R/L=0为左移6.功能设置:001DLNF**。其中:DL=1表示数据总线有效位长为8位;DL=0表总线为4位.N=1表示字符行为两行;N=0表示字符行为一行.F=1表示字体为5×10点阵;F=0为5×7点阵.(高4有效)7.CGRAM地址设置:01A5A4A3A2A1A08.DDRAM地址设置:1A6A5A4A3A2A1A09.读BF及AC值:BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC010.写数据。11.读数据。

P0.0~0.780C31373138+DB7~0R/WRSERDWR3.3.3图形式LCD显示器一、MGLS-19264模块的内部电路结构61203A

192×64点

6120261202

61202VccGNDVo/CSADB0~7/CSBD/IR/WE64646464二、引出线的功能1．

VCC：模块+5V电源输入端。2．

GND：地线输入端。3．

VO：显示亮度调节。4．CSA、CSB：芯片选择控制。其值为00时选通HD61202（1），即选择左屏有效；值为01时选通HD61202（2），即选择中屏有效；值为10时选通HD61202（3），对应的选择右屏有效。5．D/I：数据、指令选择。D/I=1时进行数据操作；D/I=0时写指令或读状态。6．R/W：读写选择信号。R/W=1为读选通；R/W=0为写选通。7．E：读写使能信号。在E的下降沿，数据被写入HD61202；在E高电平期间，数据被读出。8．DB0~DB7：数据总线。三、HD61202显示RAM的地址结构

PAGE0DB0

DB7

PAGE1DB0

DB7

PAGE7DB0

DB7

PAGE6DB0

DB7X=0X=1X=6X=7ROW1

ROW8ROW9

ROW16ROW49

ROW56ROW57

ROW64Yaddress0123616263四.HD61202的指令系统1.显示开/关指令DB0=1时显示RAM内容2.显示起始行设置3.页设置指令4.列地址设置指令5.读状态指令BUSY=1表忙;ON/OFF=1显示关闭;RESET=1复位状态.6.写数据指令7.读数据指令R/WD/IB7B6B5B4B3B2B1B00000111111/00011显示起始行(0-63)0010111页号0001显示列地址11BUSY0ON/OFFRESET000001写数据11显示数据读五、直接访问方式接口电路80C3137310KΩP0.0~P0.7DB0~DB7

RDWRP2.7P2.6-5VD/IR/WVCCV0E/CSA/CSBA0A13.4触摸屏简介一、触摸屏的类型1.按触摸屏的结构进