機(jī)電一體化第4章 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)(49顯示器和鍵盤)

1、4.9 4.9 數(shù)字顯示器及鍵盤數(shù)字顯示器及鍵盤 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)- -接口技術(shù)接口技術(shù)1. 人機(jī)接口人機(jī)接口 人機(jī)接口實(shí)現(xiàn)人與機(jī)電一體化系統(tǒng)的信息交人機(jī)接口實(shí)現(xiàn)人與機(jī)電一體化系統(tǒng)的信息交流、信息反饋，保證對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)流、信息反饋，保證對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、有效控制；由于機(jī)械與電子系統(tǒng)工作形式、測(cè)、有效控制；由于機(jī)械與電子系統(tǒng)工作形式、速率等存在極大的差異，機(jī)電接口還起著調(diào)整、速率等存在極大的差異，機(jī)電接口還起著調(diào)整、匹配、緩沖的作用。匹配、緩沖的作用。 人機(jī)接口又包括輸入接口與輸出接口兩類。人機(jī)接口又包括輸入接口與輸出接口兩類。通過(guò)輸入接口，操作

2、者向系統(tǒng)輸入各種命令及控通過(guò)輸入接口，操作者向系統(tǒng)輸入各種命令及控制參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行控制；通過(guò)輸出接口，制參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行控制；通過(guò)輸出接口，操作者對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。操作者對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 一、接口的分類和特點(diǎn)一、接口的分類和特點(diǎn) 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)- -接口技術(shù)接口技術(shù)2. 機(jī)電接口機(jī)電接口 按照信息和能量的傳遞方向，機(jī)電接口又可分按照信息和能量的傳遞方向，機(jī)電接口又可分為信息采集接口（傳感器接口）與控制輸出接為信息采集接口（傳感器接口）與控制輸出接口。信息處理系統(tǒng)通過(guò)信息采集接口接受傳感口。信息處理系統(tǒng)通過(guò)信息采集接口

3、接受傳感器輸出的信號(hào)，檢測(cè)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，經(jīng)過(guò)器輸出的信號(hào)，檢測(cè)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后，發(fā)出有關(guān)控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)控制輸運(yùn)算處理后，發(fā)出有關(guān)控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)控制輸出接口的匹配、轉(zhuǎn)換、功率放大，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元出接口的匹配、轉(zhuǎn)換、功率放大，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，以調(diào)節(jié)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，使其按要求件，以調(diào)節(jié)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，使其按要求動(dòng)作。動(dòng)作。 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)- -接口技術(shù)接口技術(shù) 總體來(lái)講，機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)接口的要求總體來(lái)講，機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)接口的要求是：能夠輸入有關(guān)的狀態(tài)信息，并能夠可靠地傳是：能夠輸入有關(guān)的狀態(tài)信息，并能夠可靠地傳送相應(yīng)的控制信息；能夠進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換

4、，以滿足送相應(yīng)的控制信息；能夠進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換，以滿足系統(tǒng)對(duì)輸入與輸出的要求；具有較強(qiáng)的阻斷干擾系統(tǒng)對(duì)輸入與輸出的要求；具有較強(qiáng)的阻斷干擾信號(hào)的能力，以提高系統(tǒng)工作的可靠性。信號(hào)的能力，以提高系統(tǒng)工作的可靠性。 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)- -接口技術(shù)接口技術(shù)一、數(shù)字顯示器的結(jié)構(gòu)及其工作原理一、數(shù)字顯示器的結(jié)構(gòu)及其工作原理發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LED）顯示器結(jié)構(gòu)與原理）顯示器結(jié)構(gòu)與原理 圖圖4-32 七段顯示塊管腳與結(jié)構(gòu)圖七段顯示塊管腳與結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)系統(tǒng)中通常使單片機(jī)系統(tǒng)中通常使用用8段段LED數(shù)碼顯示器，數(shù)碼顯示器，8段段LED顯示器由顯示器由8個(gè)個(gè)發(fā)光二極管組成。其發(fā)光二

5、極管組成。其中中7個(gè)長(zhǎng)條形的發(fā)光二個(gè)長(zhǎng)條形的發(fā)光二極管排列成極管排列成“日日”字字形，另一個(gè)圓點(diǎn)形的形，另一個(gè)圓點(diǎn)形的發(fā)光二極管作為顯示發(fā)光二極管作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，通過(guò)不同小數(shù)點(diǎn)用，通過(guò)不同的組合可用來(lái)顯示各的組合可用來(lái)顯示各種數(shù)字，包括種數(shù)字，包括AF在在內(nèi)的部分英文字母和內(nèi)的部分英文字母和小數(shù)點(diǎn)等字樣。小數(shù)點(diǎn)等字樣。 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)- -接口技術(shù)接口技術(shù)七段七段LED的段選碼表的段選碼表顯示字符共陰極段選碼共陽(yáng)極段選碼顯示字符共陰極段選碼共陽(yáng)極段選碼03FHC0HC39HC6H106HF9HD5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH

6、466H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82H31HCEH707HF8Hy6EH91H87FH80H8.FFH00H96FH90H“滅”00HFFHA77H88HB7CH83H 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)- -接口技術(shù)接口技術(shù)LED顯示器與顯示方式：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示器與顯示方式：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)1LED靜態(tài)顯示方式靜態(tài)顯示方式 LED工作在靜態(tài)顯示方式下，共陰極接地或共陽(yáng)極接工作在靜態(tài)顯示方式下，共陰極接地或共陽(yáng)極接+5 V；每一位的段選線每一位的段選線(ag、dp)與一個(gè)與一個(gè)8位并行位并行I/O口相連，如圖口相連，如圖4-33所示。該圖表示了一個(gè)所示。該圖

7、表示了一個(gè)4位靜態(tài)位靜態(tài)LED顯示器電路，顯示器的每顯示器電路，顯示器的每一位可獨(dú)立顯示，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該一位可獨(dú)立顯示，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。由于每一位由一個(gè)位就能保持相應(yīng)的顯示字符。由于每一位由一個(gè)8位輸出口控制位輸出口控制段選碼，故在同一時(shí)刻各位可以顯示不同的字符。段選碼，故在同一時(shí)刻各位可以顯示不同的字符。 N位靜態(tài)顯示器要求有位靜態(tài)顯示器要求有N8根根I/O口線，占用口線，占用I/O口線較多?？诰€較多。故在位數(shù)較多時(shí)往往采用動(dòng)態(tài)顯示方式。故在位數(shù)較多時(shí)往往采用動(dòng)態(tài)顯示方式。 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)-

8、 -接口技術(shù)接口技術(shù)圖4-33N位LED顯示器 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)- -接口技術(shù)接口技術(shù)2LED動(dòng)態(tài)顯示方式動(dòng)態(tài)顯示方式n 靜態(tài)靜態(tài)LED顯示法有著顯示亮度大，軟件較為簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，顯示法有著顯示亮度大，軟件較為簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但硬件上使用芯片多，每個(gè)但硬件上使用芯片多，每個(gè)LED顯示器需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。顯示器需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。n 動(dòng)態(tài)掃描是指采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的動(dòng)態(tài)掃描是指采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的COM端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮?；咀龇ㄔ谟诙?，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮?；咀龇ㄔ谟诜謺r(shí)輪分時(shí)輪流選通數(shù)碼管的公共端，使得各數(shù)碼管輪流導(dǎo)通流選通數(shù)碼管的

9、公共端，使得各數(shù)碼管輪流導(dǎo)通，在選通，在選通相應(yīng)相應(yīng)LED后，即在顯示字段上得到顯示字形碼。這種方式后，即在顯示字段上得到顯示字形碼。這種方式不但能提高數(shù)碼管的發(fā)光效率，而且由于各個(gè)數(shù)碼管的字不但能提高數(shù)碼管的發(fā)光效率，而且由于各個(gè)數(shù)碼管的字段線是并聯(lián)使用的，從而大大簡(jiǎn)化了硬件線路。段線是并聯(lián)使用的，從而大大簡(jiǎn)化了硬件線路。n 在輪流點(diǎn)亮掃描過(guò)程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為在輪流點(diǎn)亮掃描過(guò)程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的（約短暫的（約1ms），但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二），但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位顯示器并非同時(shí)點(diǎn)亮，極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位

10、顯示器并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)- -接口技術(shù)接口技術(shù)圖圖4-34 通過(guò)擴(kuò)展通過(guò)擴(kuò)展8155 I/O口控制的口控制的LED動(dòng)態(tài)顯示接口圖動(dòng)態(tài)顯示接口圖 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)- -接口技術(shù)接口技術(shù)二、鍵盤、顯示器組合接口二、鍵盤、顯示器組合接口 (1)可同時(shí)進(jìn)行鍵盤掃描及文字顯示；可同時(shí)進(jìn)行鍵盤掃描及文字顯示； (2)鍵盤掃描模式鍵盤掃描模式(Scanned Keyboard Mode)； (3)

11、傳感器掃描模式傳感器掃描模式(Scanned Sensor Mode)； (4)激發(fā)輸入模式激發(fā)輸入模式(Strobe Input Entry Mode)； (5)8乘乘8鍵盤鍵盤FIFO(先進(jìn)先出先進(jìn)先出)； (6)具有接點(diǎn)消除抖動(dòng)，具有接點(diǎn)消除抖動(dòng)，2鍵鎖定及鍵鎖定及N鍵依此讀出模式；鍵依此讀出模式； (7)雙排雙排8位數(shù)或雙排位數(shù)或雙排16位數(shù)的顯示器；位數(shù)的顯示器； (8)右邊進(jìn)入或左邊進(jìn)入。右邊進(jìn)入或左邊進(jìn)入。16位字節(jié)顯示存儲(chǔ)器。位字節(jié)顯示存儲(chǔ)器。 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)- -接口技術(shù)接口技術(shù) 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)- -接口技術(shù)接口技術(shù)

12、行列式鍵盤行列式鍵盤行列式鍵盤又叫矩陣式鍵盤。用I/O口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。例如44的行列結(jié)構(gòu)可組成16個(gè)鍵的鍵盤。因此，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，可以節(jié)省I/O口線。 1行列式鍵盤的接口行列式鍵盤的接口行列式鍵盤的接口方法有許多，例如直接接口于單片機(jī)的I/O口上；利用擴(kuò)展的并行I/O接口；用串行口擴(kuò)展并行I/O口接口；利用一種可編程的鍵盤、顯示接口芯片8279進(jìn)行接口等。其中，利用擴(kuò)展的并行I/O接口方法方便靈活，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中比較常用。 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)- -接口技術(shù)接口技術(shù)2鍵編碼及鍵值鍵編碼及鍵值(1)用鍵盤連接的I/O線的二進(jìn)制組合表示鍵

13、碼。例如用4行、4列線構(gòu)成的16個(gè)鍵的鍵盤，可使用一個(gè)8位I/O口線的高、低4位口線的二進(jìn)制數(shù)的組合表示16個(gè)鍵的編碼，如圖(a)所示。各鍵相應(yīng)的鍵值為88H、84H、82H、81H、48H、44H、42H、41H、28H、24H、22H、21H、18H、14H、12H、11H。這種鍵值編碼軟件較為簡(jiǎn)單直觀，但離散性大，不便安排散轉(zhuǎn)程序的入口地址。 (2) 順序排列鍵編碼。如圖 (b)所示。這種方法，鍵值的形成要根據(jù)I/O線的狀態(tài)作相應(yīng)處理。鍵碼可按下式形成：鍵碼=行首鍵碼+列號(hào) 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)- -接口技術(shù)接口技術(shù)行列式鍵盤的編碼與鍵值圖(a)二進(jìn)制組合編碼；(

14、b)順序排列編碼 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)- -接口技術(shù)接口技術(shù) 3鍵盤工作原理鍵盤工作原理按鍵設(shè)置在行、列線的交點(diǎn)上，行、列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。行線通過(guò)上拉電阻接+5V，被箝位在高電平狀態(tài)。對(duì)鍵盤的工作過(guò)程可分兩步：第一步是CPU首先檢測(cè)鍵盤上是否有鍵按下；第二步是再識(shí)別是哪一個(gè)鍵按下。檢測(cè)鍵盤上有無(wú)鍵按下可采用查詢工作方式、定時(shí)掃描工作方式和中斷工作方式。 5 5 控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)- -接口技術(shù)接口技術(shù) 4、鍵盤工作方式、鍵盤工作方式（1 1）鍵盤中有無(wú)鍵按下是由列線送入全掃描字，讀入行線狀態(tài)來(lái)判別的。）鍵盤中有無(wú)鍵按下是由列線送入全掃描字，

15、讀入行線狀態(tài)來(lái)判別的。其方法是：其方法是：PAPA口輸出口輸出00H00H，即所有列線置成低電平，然后將行線電平狀態(tài)，即所有列線置成低電平，然后將行線電平狀態(tài)讀入累加器讀入累加器A A中。如果有鍵按下，總會(huì)有一根行線電平被拉至低電平，從中。如果有鍵按下，總會(huì)有一根行線電平被拉至低電平，從而使行輸入狀態(tài)不全為而使行輸入狀態(tài)不全為“1”1”。（2 2）通常在鍵數(shù)較少時(shí)，可用硬件方法消除鍵抖動(dòng)。）通常在鍵數(shù)較少時(shí)，可用硬件方法消除鍵抖動(dòng)。RSRS觸發(fā)器為常用的觸發(fā)器為常用的硬件去抖電路。單片機(jī)系統(tǒng)中常用軟件延時(shí)法。硬件去抖電路。單片機(jī)系統(tǒng)中常用軟件延時(shí)法。 （3 3）鍵盤中哪一個(gè)鍵按下是由列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)，）鍵盤中哪一個(gè)鍵按下是由列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)，稱為逐列掃描。為求取鍵碼，在逐列掃描時(shí)，可用計(jì)數(shù)器記錄下當(dāng)前掃描稱為逐列掃描。為求取鍵碼，在逐列掃描時(shí)，可用計(jì)數(shù)器記錄下當(dāng)前掃描列的列號(hào)，然后用行線值為列的列號(hào)，然后用行線值為“0”0”的行首鍵碼加列號(hào)的辦法計(jì)算。的行首鍵碼加列號(hào)的辦法計(jì)算。（4 4）鍵閉合一次僅進(jìn)行一次功能操作。）鍵閉合一次僅進(jìn)