智能儀器3人機(jī)接口

1、智智能能儀儀器器電電子子教教案案鹽城工學(xué)院自動化專業(yè)鹽城工學(xué)院自動化專業(yè) 張春富張春富第三章：第三章：人機(jī)接口技術(shù)人機(jī)接口技術(shù)v鍵盤及接口技術(shù)vLED/LCD顯示技術(shù)v觸摸屏及接口技術(shù)v人機(jī)接口實例本章內(nèi)容v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v鍵盤：一組開關(guān)（按鍵）的集合v鍵盤的分類1：機(jī)械按鍵導(dǎo)電橡膠按鍵薄膜按鍵v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；v鍵盤接口需解決的問題：1、是否有鍵按下？2、如有鍵按下，是哪個鍵？3、確定被按鍵的輸出值？4、反彈跳按鍵抖動消除；5、同時

2、按鍵的處理； 一、非編碼鍵盤一、非編碼鍵盤1. 1. 獨(dú)立連接式非編碼鍵盤獨(dú)立連接式非編碼鍵盤MCU+5V5.1K4P1.3P1.2P1.1P1.01 2 3 42. 2. 矩陣式非編碼鍵盤矩陣式非編碼鍵盤掃描法掃描法P1.6P1.5P1.4P1.0 P1.1 P1.2 P1.3輸入端口輸入端口 列線列線0489512376AB5.1K4+5V輸輸出出端端口口 行行線線行 碼 列 碼0鍵：1 1 0 1 1 1 0 1鍵：1 1 0 1 1 0 1 2鍵：1 1 0 1 0 1 1 3鍵：1 1 0 0 1 1 1 4鍵：1 0 1 1 1 1 0 5鍵：1 0 1 1 1 0 1 A鍵：0

3、1 1 1 0 1 1 3. 3. 矩陣式非編碼鍵盤矩陣式非編碼鍵盤線反轉(zhuǎn)法線反轉(zhuǎn)法P1.0P1.711010000+5V+5V&5.1K45.1K4中斷中斷11011011+5V+5V&5.1K45.1K4P1.0P1.7中斷中斷1P2.7P2.0WRRDALEP08031CEIO/MWRRDALEAD0AD7PA7PA0PC0PC3+5V5.1K4+5V1K20FRESET81554. 4. 矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計84矩陣鍵盤4. 4. 矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計-8155-8155概述概述地址/數(shù)據(jù)復(fù)用PA擴(kuò)展口PB擴(kuò)展口PC擴(kuò)展口IO或R

4、AM(256B)選擇芯片使能14位減法定時/計數(shù)器地址鎖存使能4. 4. 矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計-8155-8155端口地址端口地址CE IO/M A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0端口端口01000命令/狀態(tài)01001PA口01010PB口01011PC口01100計數(shù)器低8位01101計數(shù)器高6位00RAM4. 4. 矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計-8155-8155命令字命令字D7D6D5D4D3D2D1D0TM2TM1IEB IEA PC2PC1PBPA定時器控制中斷控制0：PA輸入1：PA輸出0：PB輸入1：PB輸出00：PC輸

5、入 11：PC輸出P2.7P2.0WRRDALEP08031CEIO/MWRRDALEAD0AD7PA7PA0PC0PC381554. 4. 矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計-8155-8155實例實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：課后補(bǔ)充習(xí)題：以教材以教材63頁圖頁圖3-5為硬件電路，用匯編語為硬件電路，用匯編語言編寫鍵盤掃描子程序。言編寫鍵盤掃描子程序。5. 5. 非編碼鍵盤的程序控制方式非編碼鍵盤的程序控制方式v程序控制掃描：單片機(jī)主循環(huán)程序空閑時，執(zhí)行鍵盤掃描程序，實時性較差；v

6、定時掃描：由單片機(jī)的內(nèi)部定時器產(chǎn)生等間隔定時中斷，中斷處理程序進(jìn)行鍵盤掃描，效率較低；v中斷掃描：鍵盤有鍵閉合時產(chǎn)生中斷請求，效率和實時性較高； 二、編碼鍵盤二、編碼鍵盤01234567101112131234897674148EIA0A1A2A2A1A0A0A1A2鍵鍵01234567000011 110011001101010101a）接口電路b）真值表1. 1. 靜態(tài)式編碼器鍵盤接口靜態(tài)式編碼器鍵盤接口1112. 2. 專用鍵盤接口芯片專用鍵盤接口芯片82798279D0D1D2D3D4 D5D6D7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4 P0.5P0.6P0.7ALEP2.7RDIN

7、T18031RL7RL6RL5RL4RL3RL2RL1RL0CLKA0WRRDIRQ74LS373RESETSHIFTCNTL20F+5V2KSL0SL1SL2827974LS138+5VCSWR1Y0Y7最多支持88鍵盤矩陣 三、鍵盤去抖技術(shù)三、鍵盤去抖技術(shù)1. 鍵盤抖動鍵盤抖動由于復(fù)位用彈性元件的影響，按鍵變化時會存在數(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. 硬件去抖硬件去抖RS觸發(fā)器觸發(fā)器MCU+5V5.1KI/O 1I/O 2I/O 3I/O 4&+5V5.1K序號序號 開關(guān)開關(guān) I/O41向上02向下13懸空 原態(tài)3. 硬件去抖硬件去抖RC濾波

8、器濾波器MCU+5V5.1KI/O 1I/O 2I/O 3I/O 4KEY1低通濾波RC4. 硬件去抖硬件去抖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MCU+5V5.1KI/O 1I/O 2I/O 3I/O 4+5V+5V741214. 硬件去抖硬件去抖74121鍵盤去抖電路原理鍵盤去抖電路原理RxCx5. 軟件去抖軟件去抖延時判斷延時判斷延時時長：約10毫秒按鍵彈起判斷流程？第2節(jié) 顯示技術(shù)v發(fā)光二極管LED用途：Bit位狀態(tài)指示、電源指示、報警；特點(diǎn)：響應(yīng)快、壽命長、易維護(hù)；vLED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v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

9、形薄；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VB VC VA-VC VA （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|)=DDDDDV.)V()V(VV7904222222Rms(|S1-B1|)=DDDDDV.VVVV7904)2()2(22222、硬件譯碼的LCD驅(qū)

10、動接口ICM7211AM（1）特性：內(nèi)置字符：09、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v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BP ICM7211

11、AMB0 B1 B2 B3 DS1 DS2 CS1 CS2=1 =1=1=1P1.1P1.2P1.3P1.4P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P2.7WR8031（6）ICM7211AM與MCU的接口設(shè)計地址分布？WR控制CS2時序是否合適？單片機(jī)WR與地址/數(shù)據(jù)總線的時序關(guān)系二、字符式LCD1、典型模塊：、典型模塊： LCM-512-01A特性特性v自帶顯示控制自帶顯示控制ICv自帶顯示驅(qū)動自帶顯示驅(qū)動ICv自帶字符發(fā)生器自帶字符發(fā)生器v自帶顯示數(shù)據(jù)存儲器自帶顯示數(shù)據(jù)存儲器v可顯示可顯示96個個ASCII字符字符+92個特殊字符個特殊字符v可擴(kuò)展編程顯示可擴(kuò)展編程顯示8個自定義

12、字符個自定義字符v單單+5V供電，背光可調(diào)供電，背光可調(diào)控控制制器器HD44780LCD 顯顯 示示 屏屏驅(qū)驅(qū) 動動 器器2、LCM-512-01A結(jié)構(gòu)框圖結(jié)構(gòu)框圖3、LCM-512-01A引腳電氣圖引腳電氣圖vVss：-5V電源電源vVDD：+5V電源電源vVo：面板：面板亮度亮度調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)vRS：寄存器寄存器選擇信號輸入線。選擇信號輸入線。0-選通指令寄存器；選通指令寄存器；1-選通數(shù)據(jù)寄存器。選通數(shù)據(jù)寄存器。vR/W：讀讀/寫寫信號輸入線。信號輸入線。0-寫入，寫入，1-讀出。讀出。vE：使能使能信號輸入線。讀狀態(tài)下，高電平有效；寫狀態(tài)下，下降沿有效。信號輸入線。讀狀態(tài)下，高電平有效；寫狀

13、態(tài)下，下降沿有效。vD0D7： 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線?？梢赃x擇總線?？梢赃x擇4位總線或位總線或8位總線操作，選擇位總線操作，選擇4位總線操位總線操作時使用作時使用D4D7。 LCM-512-01A引腳定義引腳定義RSR/WE功能00寫入指令代碼01讀出忙標(biāo)志BF、地址計數(shù)器AC值10寫入數(shù)據(jù)11讀出數(shù)據(jù)4、控、控制邏輯制邏輯定義定義5、控、控制邏輯制邏輯時序時序vDDRAM(Display Data RAM)顯示數(shù)據(jù)存儲器v地址范圍：80H97H？vCGRAM(Custom Graph RAM)自定義字符數(shù)據(jù)存儲器v地址范圍：00H3FH！6、內(nèi)部、內(nèi)部RAM定義定義控制邏輯及數(shù)據(jù)位v顯示數(shù)據(jù)清空；v

14、光標(biāo)返回命令；v輸入方式設(shè)置；v顯示開關(guān)控制；v光標(biāo)、顯示畫面移動；v 功能設(shè)置；vCGRAM地址設(shè)置；vDDRAM地址設(shè)置；v讀標(biāo)志及地址；vRAM數(shù)據(jù)讀寫；RS R/W D7D6D5D4D3D2D1D00000000001000000001 00000001I/DS0000001DCB000001S/C R/L 00001DLNF 0001A5A4A3A2A1A0001A6A5A4A3A2A1A001BF AC6AC5AC4AC3AC2AC1AC07、指令集、指令集11/0DDDDDDDD8、LCM-512-01A與與MCU的接口設(shè)計一的接口設(shè)計一8、LCM-512-01A與與MCU的接口

15、設(shè)計二的接口設(shè)計二課堂作業(yè)課堂作業(yè)v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；v匯編語言編程實現(xiàn)顯示清空；附注附注:74138真值表真值表三、圖形式LCD（自學(xué)）第3節(jié) 觸摸屏技術(shù)v一種結(jié)合輸入和顯示的新型人機(jī)接口v簡化了操作界面，簡單直觀v點(diǎn)觸顯示屏上的圖形或文字實現(xiàn)人機(jī)交互v節(jié)省硬件鍵盤體積空間一、觸摸屏的分類v電阻式觸摸屏v紅外線式觸摸屏v電容式觸摸屏v表面聲波式觸摸屏二、電阻式觸摸屏1、電阻式觸摸屏概述v利用壓力感應(yīng)進(jìn)行坐標(biāo)定位和控制；v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1Inch）； 3：硬化塑膠耐磨層+透明氧化金屬導(dǎo)電涂層；

16、v兩層導(dǎo)電層接觸，構(gòu)成電阻分壓，電位發(fā)生變化；vX和Y兩個方向均產(chǎn)生信號，送觸摸屏控制器；v控制器偵測到這一接觸并計算出（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玻璃或硬塑料導(dǎo)電涂層導(dǎo)電涂層透明隔離點(diǎn)透明隔離點(diǎn)導(dǎo)電涂層導(dǎo)電涂層耐磨層耐磨層VVxRRRLxx211VVyRRRLyy433VxVy3、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)時序圖(7)應(yīng)用實例(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)：課堂作業(yè)：根據(jù)教材根據(jù)教材P85頁表頁表3-7，試確定，試

17、確定X軸定位時軸定位時所對應(yīng)的命令字！并簡單繪制出等效電路所對應(yīng)的命令字！并簡單繪制出等效電路圖。圖。三、紅外線式觸摸屏1、紅外線式觸摸屏概述v利用X、Y方向上的紅外線矩陣來檢測并定位觸摸；v紅外發(fā)射管+紅外接收管紅外線矩陣；v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；v任何觸摸物體都可實現(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v利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行工作；v結(jié)構(gòu)：玻璃基材+透明電極ITO+粘合層+防護(hù)層；v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耦合電容；v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)吸走一個很小的電流；v這個電流分從觸摸屏的四角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個電極的電流與手指到四角的距離理論成正比；v控制器通過對這四個電流比例的精確計算，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v表面聲波，超聲波的一