第13章基本人機交互設備接口

1、接口與通訊技術接口與通訊技術武漢科技大學武漢科技大學計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院第第1313章基本人機交互設備接口章基本人機交互設備接口 本章內容本章內容13.1 13.1 鍵盤接口鍵盤接口13.2 LED13.2 LED數碼顯示器接口數碼顯示器接口13.3 13.3 可編程鍵盤可編程鍵盤/LED/LED接口芯片接口芯片82C79A82C79A13.4 13.4 打印機接口打印機接口13.1 13.1 鍵盤接口鍵盤接口13.1.1 13.1.1 鍵盤的類型鍵盤的類型1. 按鍵的種類按鍵的種類機械式、電容式、導電橡膠式、薄膜式2. 鍵盤的結構鍵盤的結構 線性鍵盤線性鍵盤：每個按鍵直接

2、與微機接口相連；按鍵少時適用 矩陣鍵盤矩陣鍵盤：可減少與微機接口的連線數目 矩陣鍵盤的識鍵和譯鍵方法矩陣鍵盤的識鍵和譯鍵方法非編碼鍵盤、編碼鍵盤u編碼鍵盤：編碼鍵盤：內部設有鍵盤編碼器，能識鍵、生成鍵碼、去抖動、防串鍵；硬件電路復雜u非編碼鍵盤：非編碼鍵盤：只提供鍵盤矩陣，按鍵的識別、鍵碼的提供都由軟件來完成；結構簡單，成本低13.1.2 13.1.2 鍵盤的結構與工作原理鍵盤的結構與工作原理非編碼鍵盤1. 線性鍵盤的結構與工作原理線性鍵盤的結構與工作原理硬件接口：硬件接口：82C55A82C55APA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7CPUCPU總線D0D1D2D3D4D5D6D7

3、5.1K8+5VS0S1S2S3S4S5S6S713.1.2 13.1.2 鍵盤的結構與工作原理鍵盤的結構與工作原理非編碼鍵盤1. 線性鍵盤的結構與工作原理線性鍵盤的結構與工作原理軟件編程：軟件編程：查詢是否有鍵按下確定按下的鍵，執(zhí)行服務例如：例如：按下S0報警；按下S1解除報警；按下S2退出開始置PA口為輸入方式有鍵閉合嗎?是S0閉合嗎?是S1閉合嗎?是S2閉合嗎?延時10ms消除抖動解除報警報警結束NYYYYNNN有鍵閉合嗎?NY線性鍵盤的匯編語言程序線性鍵盤的匯編語言程序MOV DX,303HMOV AL,90HOUT DX,AL;82C55A初始化KB: MOV DX,300HIN A

4、L,DXAND AL,07HJZ KB;檢查3個鍵是否有鍵按下CALL DELAY;延時去抖動MOV DX,300HIN AL,DXAND AL,07HJZ KB;再次檢查是否按鍵CMP AL,01HJZ BJ;按下S0CMP AL,02HJZ JBJ;按下S1CMP AL,04HJZ STP;按下S2JMP KBDELAY:延時子程序(略)BJ: 報警處理(略)JBJ: 解除報警處理(略)STP: MOV AX,4C00HINT 21H13.1.2 13.1.2 鍵盤的結構與工作原理鍵盤的結構與工作原理非編碼鍵盤2. 矩陣鍵盤的結構與工作原理矩陣鍵盤的結構與工作原理行掃描方式：行掃描方式：列

5、線一端接輸入端口，另一端接高電平；行線接輸出端口；輪流對行線輸出低電平，從列線讀掃描結果列掃描方式：列掃描方式：行線一端接輸入端口，另一端接高電平；列線接輸出端口；輪流對列線輸出低電平，從行線讀掃描結果工作原理工作原理(以列掃描為例)：82C55A82C55APA0PA1PA2PA3PB0PB1PB2PB3CPUCPU總線5.1K4+5VS2S1S3S4S6S5S7S8S10S9S11S12S14S13S15S1613.1.3 13.1.3 鍵盤接口設計鍵盤接口設計例例13.113.1 設計一個采用行掃描行掃描方式的34非編碼鍵盤接口硬件設計：硬件設計：采用82C55A作為接口芯片，PA輸出，

6、PB輸入82C55A82C55APA0PA1PA2 PB0PB1PB2PB3CPUCPU總線+5VS4S8S0S5S9S1S6S10S2S7S11S30行1行2行0列1列2列3列行掃描方式行掃描方式3 3 4 4非非 編碼鍵盤的軟件設計編碼鍵盤的軟件設計行掃描方式識鍵和譯鍵的步驟：行掃描方式識鍵和譯鍵的步驟：判斷是否有鍵按下去抖動延時1020ms找到被按下的鍵根據鍵號進行處理82C55A82C55APA0PA1PA2 PB0PB1PB2PB3CPUCPU總線+5VS4S8S0S5S9S1S6S10S2S7S11S30行1行2行0列1列2列3列行掃描方式行掃描方式3 3 4 4非非 編碼鍵盤查找

7、按鍵的匯編程序編碼鍵盤查找按鍵的匯編程序MOV DX,303HMOV AL,82HOUT DX,AL;82C55A初始化;檢查是否有鍵按下BEGIN:MOV DX,300HMOV AL,00HOUT DX,AL;令所有行線為0WAIT1:MOV DX,301HIN AL,DXAND AL,0FHCMP AL,0FH;讀列線，判斷是否按鍵JZ WAIT1;無按鍵，等待MOV CX,7FFHL0:LOOP L0;延時去抖動;識別哪一個鍵被按下ST:MOV BL,3;設置行數MOV AH,4;設置列數MOV AL,0FEH;起始行掃描碼(0行開始)MOV CL,0FH;列線屏蔽碼(只查低4位)MOV

8、 CH,0FFH;起始鍵號(-1的補碼)L1:MOV DX,300HOUT DX,AL;掃描一行ROL AL,1MOV AH,ALMOV DX,301HIN AL,DXAND AL,CLCMP AL,CL;是否有列線為0JNZ L2ADD CH,BH;無，修改鍵號指向改行末列鍵號MOV AL,AHDEC BL;行數減1JNZ L1JMP BEGINL2:INC CH;鍵號加1，指向本行首列鍵號RCR AL,1;右移1位，檢測一列JC L2MOV AL,CH;該列為0，鍵號送ALJMP KeyTable;轉去查找鍵盤編碼表，獲取鍵碼;或者直接轉向按鍵相應的子程序去執(zhí)行相關操作13.2 LED13

9、.2 LED數碼顯示器接口數碼顯示器接口13.2.1 LED13.2.1 LED顯示器的結構與工作原理顯示器的結構與工作原理pgfedcbVCC(b)共陽極apgfedcb(a)共陰極aabcdefg(c)內部排列p13.2 LED13.2 LED數碼顯示器接口數碼顯示器接口13.2.2 LED13.2.2 LED顯示器的字形碼顯示器的字形碼(段碼)采用不同的段進行組合來表示字符形狀的數據七段數碼顯示器的字形碼格式七段數碼顯示器的字形碼格式數據位數據位D7D6D5D4D3D2D1D0顯示段名顯示段名pgfedcba七段七段LEDLED顯示器字符與字形碼對照表顯示器字符與字形碼對照表顯示顯示字符

10、字符0123456789ABCDEF字形碼字形碼( (共陰共陰) )3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH77H7CH39H5EH79H71H字形碼字形碼( (共陽共陽) )40H79H24H30H19H12H02H78H00H10H08H03H46H21H06H0EH13.2.3 LED13.2.3 LED顯示器的顯示方式顯示器的顯示方式靜態(tài)顯示：靜態(tài)顯示： 構成字符的發(fā)光二極管總處于點亮狀態(tài)動態(tài)顯示：動態(tài)顯示：用掃描方式使多位顯示器逐位輪流循環(huán)顯示13.3 13.3 可編程鍵盤可編程鍵盤/LED/LED接口芯片接口芯片82C79A82C79A輸入：輸入：掃描鍵盤、掃描

11、傳感器、選通輸入方式輸出輸出：8段LED顯示器接口,8個或16個,左(右)入口13.3.1 82C79A13.3.1 82C79A的外部特性的外部特性(40腳)1. 1. 面向面向CPUCPU的信號線的信號線(15)D D0 07 7、CSCS、RDRD、WRWRCLKCLK：系統(tǒng)時鐘，為82C79A提供內部定時RESETRESET：復位,高有效；復位后為16個字符顯示(左進方式)，編碼掃描鍵盤(雙鍵鎖定)，時鐘設置為31A A0 0：端口選擇；A0=0數據寄存器，A0=1命令/狀態(tài)寄存器IRQIRQ：中斷申請，高有效；通常鍵盤有數據輸入時有效13.3 13.3 可編程鍵盤可編程鍵盤/LED/

12、LED接口芯片接口芯片82C79A82C79A13.3.1 82C79A13.3.1 82C79A的外部特性的外部特性(40腳)2. 2. 面向鍵盤的信號線面向鍵盤的信號線(14)SLSL0 0SLSL3 3：矩陣鍵盤的行掃描線，可編程為編碼輸出/譯碼輸出RLRL0 0RLRL7 7：返回線，用作鍵盤矩陣的列線值返回SHIFTSHIFT：移位信號，高有效，用于擴充鍵功能，上/下檔鍵CNTL/STBCNTL/STB：控制線,高有效；用于擴充鍵的控制功能，功能鍵3. 3. 面向顯示器的信號線面向顯示器的信號線(9)SLSL0 0SLSL3 3(與鍵盤共用)：字符顯示器的位掃描線，可編程為左進/右進

13、OUTAOUTA0 0OUTAOUTA3 3、OUTBOUTB0 0OUTBOUTB3 3、A、B組顯示輸出線，兩組可獨立或合并使用；輸出與SL03同步，實現按位分時顯示BDBD：顯示消隱，低有效；顯示切換或執(zhí)行消隱命令時有效13.3.2 13.3.2 82C79A82C79A的內部寄存器的內部寄存器 8279 的內部結構框圖 數據緩沖器 I/O 控制器 FIFO RAM狀態(tài)寄存器 顯示 RAM地址寄存器 168 顯示 RAM 控制與定時寄存器 88 FIFO RAM 鍵盤去抖動與控制 顯示寄存器 定時控制 掃描計數器 回復緩沖器 A0 CLK RESET D07 RD CS WR IRQ 片

14、內總線 OUTA03 OUTB03 BD SL03 RL07 SHIFT CNTL/STB 13.3.2 13.3.2 82C79A82C79A的內部寄存器的內部寄存器1. 1. 顯示器顯示器/ /鍵盤共享的模塊鍵盤共享的模塊(1)(1)掃描計數器：掃描計數器：4位的計數器，可編程為譯碼/編碼方式譯碼譯碼掃描：最低兩位經譯碼，由SL03輸出，作為鍵盤及顯示器的掃描信號(任何時刻SL03只有一個有效，實現4選1)編碼編碼掃描：計數器的狀態(tài)由SL03直接輸出，再經外部譯碼，才能作為掃描信號(實現16選1)(2)(2)定時控制：定時控制：將外部時鐘CLK分頻為內部要求的100KHz2. LED2.

15、LED顯示器接口模塊顯示器接口模塊(1)(1)顯示存儲器顯示存儲器RAMRAM：168位，存儲16個數碼顯示器的數據(2)(2)顯示字符寄存器：顯示字符寄存器：存放要顯示的字符，顯示過程中與顯示掃描配合，輪流從顯示RAM中讀出顯示信息輸出(3)(3)顯示地址寄存器：顯示地址寄存器：讀/寫顯示RAM的地址指針；可由命令直接設定，或設置為每次讀/寫后自動加1輸出端與顯示單元中各位的對應關系輸出端與顯示單元中各位的對應關系D7D6D5D4D3D2D1D0OUTA3OUTA2OUTA1OUTA0OUTB3OUTB2OUTB1OUTB013.3.2 13.3.2 82C79A82C79A的內部寄存器的內

16、部寄存器3. 3. 鍵盤接口模塊鍵盤接口模塊(1)(1)返回緩沖器：返回緩沖器：緩沖并鎖存回復信號RL07的狀態(tài)；與CNTL、SHIFT一起構成完整的鍵盤按鍵數據(2)(2)鍵盤去抖動：鍵盤去抖動：實現對鍵盤輸入的去抖動(3)FIFO RAM(3)FIFO RAM及狀態(tài)寄存器及狀態(tài)寄存器FIFO RAMFIFO RAM：88位，鍵盤輸入方式暫存鍵盤輸入數據FIFO RAMFIFO RAM狀態(tài)寄存器：狀態(tài)寄存器：寄存FIFO RAM的工作狀態(tài)，FIFO RAM不空時，會使IRQ變高鍵盤按鍵的數據格式鍵盤按鍵的數據格式D7D6D5D4D3D2D1D0CNTLSHIFTSL2SL1SL0RL2RL1

17、RL0控制移位行號編碼列號編碼最多最多8 8 8 8鍵盤鍵盤, ,擴充擴充后可達后可達6464 4 4鍵定義鍵定義82C79A82C79A的數據輸入的數據輸入/ /輸出方式輸出方式 輸入方式輸入方式鍵盤輸入鍵盤輸入(鍵掃描)、傳感器掃描、選通輸入、傳感器掃描、選通輸入鍵掃描：鍵掃描：按下一個鍵時形成鍵盤數據，送入FIFO RAM并產生IRQ(數據讀出后撤除) 傳感器掃描：傳感器掃描：FIFO RAM中8個單元用于寄存?zhèn)鞲衅鞯默F時狀態(tài)，地址編號與掃描線順序一致，傳感器陣列(最多為88位)中某一位狀態(tài)發(fā)生變化時，產生IRQ選通輸入：選通輸入：與82C55A選通輸入端口功能相同，CNTL/STB作為

18、選通信號，上升沿將RL07鎖存到FIFO RAM 輸出方式輸出方式8 8字符左入口、字符左入口、1616字符左入口、字符左入口、8 8字符右入口、字符右入口、1616字符右入口字符右入口左入口：左入口：顯示器位置編號與顯示RAM地址一一對應(0號單元顯示在0號顯示器上)，顯示時從最左位開始右入口右入口(計算機顯示方式)：最高位從最右邊顯示器進入，以后逐次左移13.3.3 13.3.3 82C79A82C79A的編程模型的編程模型數據端口數據端口30CH 30CH ，命令，命令/ /狀態(tài)端口狀態(tài)端口30DH30DH1. 1. 命令字命令字8個，最高3位為特征位，02、4號命令使用最多82C79A

19、82C79A的命令字的命令字序號序號命令名稱命令名稱特征碼和命令參數特征碼和命令參數D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0設置鍵盤及顯示方式0 0 0 D D K2 K1 K01設置掃描頻率0 0 1 P P P P P2讀FIFO RAM0 1 0 AI A2 A1 A03讀顯示RAM0 1 1 AI A3 A2 A1 A04寫顯示RAM1 0 0 AI A3 A2 A1 A05禁寫顯示RAM/消隱1 0 1 IWA IWB BLA BLB6清除1 1 0 CD2 CD1 CD0 CF CA7結束中斷/設置錯誤方式 1 1 1 E D7 D6 D5D4 D3 D2 D1 D0 特

20、征位命令參數82C79A82C79A命令字的一般格式命令字的一般格式13.3.3 13.3.3 82C79A82C79A的編程模型的編程模型1. 1. 命令字命令字(1)0(1)0號命令號命令 ：設置鍵盤及顯示方式K K0 0：設置掃描方式；K0=0編碼掃描，K0=1譯碼掃描K K2 2K K1 1 ：設置輸入方式(其中4種為鍵盤輸入)DDDD ：設置顯示輸出方式特征位特征位命令參數命令參數0 0 0 D D K2 K1 K0K K2 2 K K1 1輸入方式輸入方式D DD D顯示輸出方式顯示輸出方式0 0掃描鍵盤輸入，雙鍵鎖定0 08字符顯示，左進方式0 1掃描鍵盤輸入，N鍵輪回0 116

21、字符顯示，左進方式1 0掃描傳感器輸入1 08字符顯示，右進方式1 1選通輸入1 116字符顯示，右進方式13.3.3 13.3.3 82C79A82C79A的編程模型的編程模型1. 1. 命令字命令字(2)1(2)1號命令號命令 ：設置掃描頻率PPPPPPPPPP：設置對外部輸入CLK的分頻系數N(231)以獲得100KHz(3)2(3)2號命令號命令 ：讀FIFO RAM的設置A A2 2 A A0 0 ：指定讀取鍵盤FIFO RAM中字符的起始地址AIAI ：地址自動增量標志；AI=1每次讀出后地址自動加1特征位特征位命令參數命令參數0 0 1 P P P P P特征位特征位命令參數命令

22、參數0 1 0 AI A2 A1 A013.3.3 13.3.3 82C79A82C79A的編程模型的編程模型1. 1. 命令字命令字(4)4(4)4號命令號命令 ：寫顯示RAM的設置A A3 3 A A0 0 ：指定寫顯示RAM中字符的起始地址AIAI ：地址自動增量標志；AI=1每次寫入后地址自動加1特征位特征位命令參數命令參數1 0 0 AI A3 A2 A1 A013.3.3 13.3.3 82C79A82C79A的編程模型的編程模型2. 2. 狀態(tài)字狀態(tài)字指示FIFO RAM中待取走的字符數和有無錯誤發(fā)生DU：顯示無效標志，執(zhí)行顯示RAM清除命令時為1S/E：傳感信號結束/特殊錯誤方

23、式標志；鍵盤輸入方式下作特殊錯誤標志，S/E=1：多鍵同時按下O：超出標志，向已滿的FIFO RAM寫入時置1U：“空”標志，從已空的FIFO RAM讀出時置1F：“滿”標志，FIFO RAM中的字符數為8時置1N2N1N0：FIFO RAM中待取走的字符個數D7D6D5D4D3D2D1D0DUS/EOUFN2N1N013.3.4 13.3.4 鍵盤鍵盤/ /數碼顯示器接口設計數碼顯示器接口設計例例13.2 13.2 設計一個8位LED顯示器接口，要求從0位開始顯示13579H六個字符，顯示方式為左進，采用編碼掃描硬件設計：硬件設計：接口由82C79A芯片、掃描譯碼器7445和段驅動器7406

24、組成82C79A82C79A：核心，負責LED與CPU的連接、執(zhí)行控制命令74457445：負責LED顯示器的動態(tài)掃描，產生位控信號74067406：為LED的8段字形碼提供電流驅動 D07 RESET RD WR CLK A0 CS SHIFT CNTL RL0RL7 SL0 SL1 SL2 SL3 OUTA03 OUTB03 82C79A CPU 74LS45 A B C D 掃描譯碼器 7406 反相驅動 +5V 07 00 01 p g a 段驅動器 T7 T0 13.3.4 13.3.4 鍵盤鍵盤/ /數碼顯示器接口設計數碼顯示器接口設計例例13.2 13.2 軟件設計軟件設計從0位

25、開始顯示13579H六個字符，六個字符的共陰極字形碼存于BUF存儲區(qū)CODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:CODE ORG 100HBEGIN: JMP START BUF DB 06H,4FH,6DH,07H,67H,76HSTART: MOV AX,CODEMOV DS,AX;82C79A初始化MOV DX,30DHMOV AL,00H;方式命令字OUT DX,ALMOV AL,39H;設置分頻系數OUT DX,ALMOV AL,90H;設置寫顯示RAM地址OUT DX,ALMOV SI,OFFSET BUFMOV CX,6;顯示器顯示字符L:MOV DX,30CHM

26、OV AL,SIOUT DX,ALINC SIDEC CXJNZ LMOV AX,4C00HINT 21HCODE ENDSEND BEGIN13.3.4 13.3.4 鍵盤鍵盤/ /數碼顯示器接口設計數碼顯示器接口設計例例13.3 13.3 設計一個鍵盤及LED雙功能接口，連接24鍵的鍵盤和8個共陽極數碼顯示器。鍵盤采用編碼掃描、雙鍵鎖定；顯示器采用編碼掃描、右進方式。外部時鐘CLK=2.5MHz。要求從鍵盤讀取10個字符代碼；在顯示器上從0位開始顯示“HELLO”五個字符硬件設計：硬件設計： D07 RESET RD WR CLK A0 CS SHIFT CNTL RL0 RL7 SL0

27、SL1 SL2 SL3 OUTA03 OUTB03 82C79A CPU 38 矩陣鍵盤 74LS45 A B C D 掃描譯碼器 74LS156 譯碼器 A B C Y0 Y1 Y2 74LS06 反相驅動 +5V 00 07 06 DIGIT7 段驅動器 DIGIT0 13.3.4 13.3.4 鍵盤鍵盤/ /數碼顯示器接口設計數碼顯示器接口設計例例13.3 13.3 軟件設計軟件設計鍵盤輸入程序段鍵盤輸入程序段CODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:CODE ORG 100HBEGIN: JMP START BUF DB 10 DUP(0)START: MOV AX,

28、CODEMOV DS,AX;82C79A初始化MOV DX,30DHMOV AL,00H;方式命令字OUT DX,ALMOV AL,39H;設置分頻系數OUT DX,ALMOV DI,OFFSET BUFMOV CX,10;讀狀態(tài)字LOOP1: MOV DX,30DHIN AL,DXTEST AL,07HJZ LP1;設置讀出地址MOV AL,40HOUT DX,ALMOV DX,30CHIN AL,DX ;讀數據MOV DI,ALINC DIDEC CXJNZ LOOP1MOV AX,4C00HINT 21HCODE ENDSEND BEGIN13.3.4 13.3.4 鍵盤鍵盤/ /數碼顯

29、示器接口設計數碼顯示器接口設計例例13.3 13.3 軟件設計軟件設計顯示器輸出顯示器輸出程序段程序段CODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:CODE ORG 100HBEGIN: JMP START BUF DB FH,38H,38H,79H,76HSTART: MOV AX,CODEMOV DS,AX;82C79A初始化MOV DX,30DHMOV AL,10H;方式命令字OUT DX,ALMOV AL,39H;設置分頻系數OUT DX,ALMOV AL,90H;設置寫顯示RAM地址OUT DX,ALMOV SI,OFFSET BUFMOV CX,5;顯示器顯示字符L:

30、MOV DX,30CHMOV AL,SIOUT DX,ALINC SIDEC CXJNZ LMOV AX,4C00HINT 21HCODE ENDSEND BEGIN13.4 13.4 打印機接口打印機接口13.4.1 13.4.1 并行打印機接口標準并行打印機接口標準(Centronics標準，8位并行)1. 1. 信號線定義信號線定義引腳引腳信號信號功能說明功能說明1STROBESTROBE數據選通數據選通29DATADATA0 07 78 8位數據線位數據線10ACKACK應答信號應答信號11BUSYBUSY打印機忙打印機忙12PE無紙13SLCT聯機請求14AUTOFEEDXT自動走紙16邏輯地17機架地1930地雙絞線的回線31INIT初始化(復位)32ERROR無紙、脫機、出錯指示33地35+5V通過4.7K電阻接+5V36SLCTIN允許打印機工作15，18，34 不用(未定義)13.4 13.4 打印機接口打印機接口13.4.1 13.4.1 并行打印機接口標準并行打印機接口標準2. 2. 工作時序工作時序打印機與打印機與CPUCPU采用查詢方式傳送數據的步驟：采用查詢方式傳送數據的步驟：CPU查詢BUSY，BUSY=1則等待；BUSY=0送數CPU通過并口把