智能仪器-3-人机接口

智能仪器电子教案盐城工学院自动化专业张春富第三章：人机接口技术键盘及接口技术LED/LCD显示技术触摸屏及接口技术人机接口实例本章内容智能仪器通过人机接口接收操作命令及数据，并给出测量或处理结果，是操作者与智能仪器之间进行联系的纽带。第1节人机接口技术之键盘键盘：一组开关（按键）的集合键盘的分类1：机械按键导电橡胶按键薄膜按键键盘的分类2：编码键盘：有固定编码输出；非编码键盘：依靠软件识别；键盘接口需解决的问题：1、是否有键按下？2、如有键按下，是哪个键？3、确定被按键的输出值？4、反弹跳—按键抖动消除；5、同时按键的处理；一、非编码键盘1.独立连接式非编码键盘MCU+5V5.1K×4P1.3P1.2P1.1P1.012342.矩阵式非编码键盘——扫描法P1.6P1.5P1.4P1.0P1.1P1.2P1.3输入端口列线0489512376AB5.1K×4+5V输出端口行线行码列码0键：11011101键：11011012键：11010113键：11001114键：10111105键：1011101A键：01110113.矩阵式非编码键盘——线反转法P1.0P1.711010000+5V+5V&5.1K×45.1K×4中断11011011+5V+5V&5.1K×45.1K×4P1.0P1.7中断1P2.7P2.0WRRDALEP08031CEIO/MWRRDALEAD0~AD7PA7PA0PC0PC3+5V5.1K×4+5V1K20µFRESET81554.矩阵式非编码键盘接口设计8×4矩阵键盘4.矩阵式非编码键盘接口设计-8155概述地址/数据复用PA扩展口PB扩展口PC扩展口IO或RAM(256B)选择芯片使能14位减法定时/计数器地址锁存使能4.矩阵式非编码键盘接口设计-8155端口地址CEIO/MA7A6A5A4A3A2A1A0端口01000命令/状态01001PA口01010PB口01011PC口01100计数器低8位01101计数器高6位00RAM4.矩阵式非编码键盘接口设计-8155命令字D7D6D5D4D3D2D1D0TM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA定时器控制中断控制0：PA输入1：PA输出0：PB输入1：PB输出00：PC输入11：PC输出P2.7P2.0WRRDALEP08031CEIO/MWRRDALEAD0~AD7PA7PA0PC0PC381554.矩阵式非编码键盘接口设计-8155实例输出输入命令字地址：PA端口地址：PC端口地址：01H7F01H7F03H命令字：7F00HPA扫描控制：？？？课后补充习题：以教材63页图3-5为硬件电路，用汇编语言编写键盘扫描子程序。5.非编码键盘的程序控制方式程序控制扫描：单片机主循环程序空闲时，执行键盘扫描程序，实时性较差；定时扫描：由单片机的内部定时器产生等间隔定时中断，中断处理程序进行键盘扫描，效率较低；中断扫描：键盘有键闭合时产生中断请求，效率和实时性较高；二、编码键盘01234567101112131234897674148EIA0A1A2A2’A1’A0’A0’A1’A2’键01234567000011110011001101010101a）接口电路b）真值表1.静态式编码器键盘接口1112.专用键盘接口芯片——8279D0D1D2D3D4D5D6D7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALEP2.7RDINT18031RL7RL6RL5RL4RL3RL2RL1RL0CLKA0WRRDIRQ74LS373RESETSHIFTCNTL20µF+5V2KSL0SL1SL2827974LS138+5VCSWR1Y0Y7最多支持8×8键盘矩阵三、键盘去抖技术1.键盘抖动由于复位用弹性元件的影响，按键变化时会存在数毫秒的非稳定状态的抖动，该抖动可引起同一次按键多次读数，因此必须消除抖动。2.硬件去抖——RS触发器MCU+5V5.1KI/O1I/O2I/O3I/O4&&+5V5.1K序号开关I/O41向上02向下13悬空原态3.硬件去抖——RC滤波器MCU+5V5.1KI/O1I/O2I/O3I/O4KEY1低通滤波RC4.硬件去抖——单稳态触发器MCU+5V5.1KI/O1I/O2I/O3I/O4+5V+5V741214.硬件去抖——74121键盘去抖电路原理RxCx5.软件去抖——延时判断延时时长：约10毫秒按键弹起判断流程？第2节显示技术发光二极管LED用途：Bit位状态指示、电源指示、报警；特点：响应快、寿命长、易维护；LED数码管用途：可显示特定的字符用法：静态显示动态扫描液晶显示器LCD（重点）原理：调制环境光——旋光效应特点：低电流、微功耗、外形薄；弱光环境下需增加背光灯；一、段码式LCD1=1LCDABC不显示显示对应段VBVCVA-VCVA（1）静态驱动方式1、段码式LCD驱动方式段极S1VD段极S0VD背极B1VD背极B0VD（2）迭加驱动方式（时分割驱动）以占空比1/2，偏比1/2的情况为例，参考PCF8576S0-B0S0-B1Rms(|S0-B0|)=0.79VDRms(|S0-B1|)=0.35VDVD-VDS1-B0VD-VDS1-B1Rms(|S1-B0|)=Rms(|S1-B1|)=2、硬件译码的LCD驱动接口——ICM7211AM（1）特性：内置字符：0~9、BLANK、H、E、L、P、—单片可以驱动4位数码液晶片（2）管脚图（3）控制逻辑真值表硬件译码的LCD驱动接口——ICM7211AM（4）输入与显示对应关系表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≥1单稳触发器振荡器÷128使能检测器背光板驱动器输入数据DS1DS2CLKCS1CS2第4位段输出第3位段输出第2位段输出第1位段输出BP（5）ICM7211AM原理框图BPICM7211AMB0B1B2B3DS1DS2CS1CS2=1=1=1=1P1.1P1.2P1.3P1.4P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P2.7WR8031（6）ICM7211AM与MCU的接口设计地址分布？WR控制CS2时序是否合适？单片机WR与地址/数据总线的时序关系二、字符式LCD1、典型模块：LCM-512-01A——特性自带显示控制IC自带显示驱动IC自带字符发生器自带显示数据存储器可显示96个ASCII字符+92个特殊字符可扩展编程显示8个自定义字符单+5V供电，背光可调控制器HD44780LCD显示屏驱动器2、LCM-512-01A结构框图3、LCM-512-01A引脚电气图Vss：-5V电源VDD：+5V电源Vo：面板亮度调节RS：寄存器选择信号输入线。0-选通指令寄存器；1-选通数据寄存器。R/W：读/写信号输入线。0-写入，1-读出。E：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。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。

LCM-512-01A引脚定义RSR/WE功能00写入指令代码01读出忙标志BF、地址计数器AC值10写入数据11读出数据4、控制逻辑定义5、控制逻辑时序DDRAM(DisplayDataRAM)显示数据存储器地址范围：80H~97H？CGRAM(CustomGraphRAM)自定义字符数据存储器地址范围：00H~3FH！6、内部RAM定义控制逻辑及数据位显示数据清空；光标返回命令；输入方式设置；显示开关控制；光标、显示画面移动；功能设置；CGRAM地址设置；DDRAM地址设置；读标志及地址；RAM数据读写；RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0000000000100000000100000001I/DS0000001DCB000001S/CR/L00001DLNF0001A5A4A3A2A1A0001A6A5A4A3A2A1A001BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC07、指令集11/0DDDDDDDD8、LCM-512-01A与MCU的接口设计一8、LCM-512-01A与MCU的接口设计二课堂作业试分析该LCD的指令读写接口地址和数据读写接口地址；汇编语言编程实现显示清空；附注:74138真值表三、图形式LCD（自学）第3节触摸屏技术一种结合输入和显示的新型人机接口简化了操作界面，简单直观点触显示屏上的图形或文字实现人机交互节省硬件键盘体积空间一、触摸屏的分类电阻式触摸屏红外线式触摸屏电容式触摸屏表面声波式触摸屏二、电阻式触摸屏1、电阻式触摸屏概述利用压力感应进行坐标定位和控制；多层复合薄膜：1：玻璃或硬塑料+透明氧化金属导电涂层；2：透明隔离点（尺寸小于1‰Inch）；3：硬化塑胶耐磨层+透明氧化金属导电涂层；两层导电层接触，构成电阻分压，电位发生变化；X和Y两个方向均产生信号，送触摸屏控制器；控制器侦测到这一接触并计算出（X，Y）的位置；2、电阻式触摸屏结构及工作原理玻璃或硬塑料导电涂层透明隔离点导电涂层耐磨层VxVy3、电阻式触摸屏控制器ADS7843(1)特性(2)封装(3)管脚定义(4)控制字(5)结构框图及控制逻辑(6)时序图(7)应用实例(8)Y方向定位A2A1A0=001过程框图(9)Y方向定位A2A1A0=001等效电路课堂作业：根据教材P85页表3-7，试确定X轴定位时所对应的命令字！并简单绘制出等效电路图。三、红外线式触摸屏1、红外线式触摸屏概述利用X、Y方向上的红外线矩阵来检测并定位触摸；红外发射管+红外接收管红外线矩阵；遮挡经过某点的横竖两条红外线，可以判断出该点的位置；任何触摸物体都可实现触摸屏操作；2、红外线式触摸屏定位原理四、电容式触摸屏1、电容式触摸屏概述利用人体的电流感应进行工作；结构：玻璃基材+透明电极ITO+粘合层+防护层；触摸触摸屏时，由于人体电场的存在，手指和触摸屏表面形成以一个耦合电容；对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流；这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离理论成正比；控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置；2、电容式触摸屏示意图触摸屏原电场人体感应电场电场分布变化内部电荷转移形成瞬态电流五、表面声波式触摸屏1、表面声波式触摸屏概述表面声波，超声波的一种，在介质（刚性材料）表面浅层传播的机械能量波