數(shù)字化醫(yī)學儀器人機接口

數(shù)字化醫(yī)療儀器

第三章數(shù)字化醫(yī)學儀器人機接口第三章數(shù)字化醫(yī)學儀器人機接口3.1 鍵盤與接口 鍵盤與微機的接口包括硬件和軟件二部分。

硬件：鍵盤結構及與主機的連接方式。

軟件：鍵盤管理程序。3.1.1 鍵盤輸入基礎知識一.鍵盤的組織1.編碼式鍵盤 鍵和專用鍵盤編碼器構成.有鍵按下,自動生成鍵值。 例如:MM5740AA芯片;INTEL8279等。2.非編碼式鍵盤(本章介紹)

不含編碼器,鍵盤只送出一個簡單的閉合信號,對應的鍵值需有軟件來譯出。 1)獨立式鍵盤圖3-1(a)

特點:

一鍵一線.

優(yōu)點:

結構簡單,鍵容易識別.

缺點:

占用較多檢測線,不便組成大型鍵盤.2)矩陣式鍵盤圖3-1(b)

特點:

把檢測線分成二組,一組為行線,另一組為列線,按鍵放在行線和列線的交叉點上.

優(yōu)點:

鍵盤規(guī)?？蓴U大.

缺點:

鍵盤分析程序較復雜.鍵盤的工作方式

a)編程掃描方式(查詢方式)b)中斷工作方式

c)定時掃描方式三.鍵抖動及消除

鍵抖動可能導致計算機將按鍵操作識別為多次操作.

可采取以下措施:(1)硬件電路消除法

(2)軟件延時法

當判定按鍵按下時,用軟件延時10ms~20ms,等待鍵穩(wěn)定后重新再判一次,以躲過觸點抖動期。四.鍵連擊的處理圖3-43.1.2獨立式鍵盤接口方法1.查詢方式圖3-5硬件接口;圖3-6軟件流程圖中斷方式

用中斷方式處理8只按鍵電路3.1.3矩陣式鍵盤接口方法行掃描法步驟:1.判是否有鍵按下(沒有鍵按下，讀入值為FFH)。2.若有鍵按下,消除鍵抖動(延時10ms),再判是否有鍵按下。3.若確定有鍵按下,則求出按下鍵的鍵值。

鍵值=行值+列值4.為保證按鍵每閉合一次,CPU只作一次處理,程序需等閉合的鍵釋放后再對其處理。RAM/IO擴展器8155結構:1.256BITS的靜態(tài)RAM;2.二個可編程的8位并行I/O口PA,PB;3.一個可編程的6位并行I/O口PC;4.一個可編程的14位減法計數(shù)器TC.二.線路反轉法圖3-9線路反轉法的原理

（1）先從P1的高四位輸出“0”電平，從P1的低四位讀鍵盤狀態(tài)，設圖中E鍵被按下，從P1的低四位輸入為1101，“0”對應按鍵代表的列。（2）線路反轉，P1的低四位輸出“0”電平，從P1高四位讀鍵盤狀態(tài)，從P1高四位輸入0111，“0”對應按鍵代表的行位置。（3）數(shù)據(jù)合成特征碼0111、1101，完全確定按鍵位置。（4）通過查鍵碼轉換表找到對應的鍵值(順序碼)。

3.2鍵盤分析程序單義鍵:一鍵一義多義鍵:一鍵多義

鍵盤分析程序的任務是對鍵盤的操作做出識別并調用相應的功能模塊完成預定的任務。3.2.1直接分析法(單一鍵構成的鍵盤)

根據(jù)當前按鍵的鍵值,把控制直接分支到相應處理程序的入口,而無須知道再此之前的按鍵情況。圖3-103-11優(yōu)點:

簡明直觀。缺點:

命令的識別和處理程序的執(zhí)行交錯在一起,層次不清楚。

簡單多義鍵的分析程序仍可用直接分析法來進行設計,不過要用多張轉換表。圖3-123.2.2狀態(tài)分析法將鍵盤分析程序作為時序系統(tǒng)，當條件改變后，它的狀態(tài)可以發(fā)生變遷。當一個按鍵按下時，分析程序將根據(jù)它的現(xiàn)行狀態(tài)和輸入條件，決定產生何種相應動作以及變遷到哪一個新狀態(tài)。在不同的狀態(tài)下，同一按鍵會具有不同的含義。引入狀態(tài)概念后，只需在存儲器內開辟存儲單元“記憶”當前狀態(tài)，就能對當前按鍵的含義作出正確的解釋，簡化程序設計。

3.2.3觸摸屏一、概述一些醫(yī)療場所不便安裝鍵盤、鼠標等輸入設備，同時也要讓任何人都能操作，觸摸屏就是一種理想的輸入設備。二、分類及原理

觸摸屏需收集以下信息：觸摸物進入觸摸屏的坐標、觸摸物在觸摸屏上移動的新坐標、觸摸物離開觸摸屏的坐標、是否有東西觸摸等1.紅外線觸摸屏（以紅外線檢測技術為基礎）原理：物體進入檢測區(qū)，遮擋住若干條紅外光柵，紅外接收管輸出的信號就會發(fā)生變化，從而檢測出觸摸點的坐標和觸摸屏的狀態(tài)。優(yōu)點：對觸摸的物體沒有太嚴格的要求；

觸摸物只要進入紅外檢測區(qū)域即可；觸摸屏不易損壞，壽命較長，成本也較低。缺點：外界光線變化會影響其準確度；不防水，不防污穢，易導致誤差。2．電阻式觸摸屏（壓力感應式）原理：外層OTI作導電體，二層OTI附上電壓場，層間以細小的透明隔離點隔開。平時這些隔離點的電阻近似相同，當手指接觸屏幕，兩層導電層出現(xiàn)一個接觸點，該點電阻發(fā)生變化，便可以計算出觸摸的位置。優(yōu)點：不受塵埃、水、污穢影響缺點：觸摸屏的壽命不長久3．電容式觸摸屏4．聲表面波式觸摸屏3.3LED顯示及接口3.3.1LED顯示原理

LED----發(fā)光二極管. LED的正向壓降:

1.2V~2.6V。

工作電流:

5mA~20mA。

適合于脈沖工作狀態(tài),電路須串聯(lián)適當?shù)南蘖麟娮? LED顯示器的類型:

單個、七段和點陣式。一.單個LED顯示器 常用于儀器的狀態(tài)顯示之用.圖3-16二.七段LED顯示器

將數(shù)個LED組成一個陣列,并封裝于一個標準的外殼中.

七段LED顯示器有共陽極和共陰極兩種結構.圖3-17

可用于顯示0~9數(shù)字和多種字母。為了顯示某個數(shù)或字母,須點亮對應的段,則需要譯碼.1.硬件譯碼(由七段譯碼/驅動器完成)

圖3-18計算機時間的開銷較小,但硬件開支大。2.軟件譯碼 圖3-19表3-4

省略了硬件,其BCD碼轉換為對應的段碼由軟件來完成。三.點陣式LED顯示器

以點陣格式進行顯示,顯示的字符較逼真,但接口電路和控制程序較復雜.常用57點陣。圖3-203.3.2 七段LED顯示及接口按顯示方式分：靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示之分。靜態(tài)顯示及其接口特點:

每位顯示器都有自己的鎖存器,譯碼器(若采用軟件譯碼可省略)和驅動器。優(yōu)點:

在每一位顯示輸出后能夠保持顯示不變。缺點:

當顯示位數(shù)較多時,占用的I/O口較多 圖3-21動態(tài)掃描顯示及其接口特點:

微機應定時對各個顯示器進行掃描,顯示器件分時輪流工作,每次只使一個器件顯示。優(yōu)點:

使用硬件少,占用I/O口少。缺點:

占用機時長,只要不執(zhí)行顯示程序,就立刻停止顯示。 圖3-233.3.3 點陣LED顯示器3.4 CRT顯示及接口主要用于顯示圖形和表格3.4.1 光柵掃描CRT字符顯示系統(tǒng) 光柵掃描CRT字符顯示原理掃描過程系統(tǒng)組成:

顯示RAM,字符發(fā)生器,并/串移位器,混合電路和邏輯定時電路等組成。 圖3-26二. 雙行緩沖器工作方式作用:為了保證系統(tǒng)能連續(xù)工作. 圖3-28三. 系統(tǒng)的定時CRT中各個字符顯示的位置應與顯示RAM中字符ASCII碼的地址嚴格一一對應,這需系統(tǒng)的定時電路給予保證。 圖3-29四. CRT顯示電路的組成典型的CRT控制器有Intel8275CRTC,Motorola6845CRTC。

圖3-30 3-313.4.2 光柵掃描CRT圖形顯示系統(tǒng)顯示RAM中存放的是由軟件形成的圖形點陣,顯示RAM中的每個存儲單元中的每個數(shù)位都與顯示屏上的某一像素點一一對應.圖3-32圖形光柵顯示系統(tǒng)中不再需要字符發(fā)生器.原理框圖 圖3-33CGA邏輯框圖 圖3-343.4.3 隨機掃描CRT圖形顯示系統(tǒng)采用示波器的X-Y顯示原理,即分別向CRT水平和垂直輸入端加以連續(xù)變化的電壓信號,通過控制電子束的偏轉便可形成連續(xù)的各種形狀的光跡.如果在柵極上加入適當?shù)南[脈沖,則可構成不連續(xù)線條,形成各種字符和圖形.用于顯示波形的,智能示波器采用的CRT顯示系統(tǒng) 圖3-353.5LCD數(shù)碼顯示技術LCD優(yōu)點：耗電低，驅動電壓低，結構空間小，有效顯示面積大、體薄物輕。3.5.1LCD數(shù)碼顯示采用交流驅動，直流分量在100mv以下，頻率50～100Hz，取方波效果最好。交流驅動LCD顯示原理圖如右圖所示。圖3-34LCD交流驅動LCD硬件譯碼驅動靜態(tài)顯示電路為了在4N07顯示器上顯示48.5數(shù)字，執(zhí)行如下程序：

MOV A，#85HMOV DPTR，#8000HMOVX @DPTR，AMOV A，#0F4HINC DPTRMOVX @DPTR，AMOV A，#20HMOV DPTR，#8007HMOVX @DPTR，A自動消隱0前綴子程序：

OTF： MOV R0，#4DH MOV R1，#02HOTL： MOV A，@R0 ANL A，#0F0H JNZ OT2 MOV A，@R0 ORL A，#0F0H MOV @R0，A ANL A，#0FH JNZ OT2 MOV @R0，#0FFH DEC R0 DJNZ R1，OTL MOV 4CH，#0F0HOT2： RET三線LCD顯示電路圖3-36三線LCD顯示電路圖3-37三線LCD顯示電路結構原理3.5.2點陣式LCD顯示有專用指令集，受CPU控制，產生驅動LCD的時序脈沖，控制LCD工作狀態(tài)，管理LCD顯示存儲區(qū)。原理示意圖如下：（1）E-1330特點：可以管理64KRAM；功能很強的I／O緩沖器；指令豐富；發(fā)送的數(shù)據(jù)以4位并行方式傳輸。（2）E-1330引腳：與CPU接口部分；控制部分；顯示驅動部分。下表為緩沖器地址表（3）E-1330指令集(4)E-1330的應用(a)初始化設置：其一是控制器工作參數(shù)的設置；其二是顯示窗口設置。(b)顯示存儲空間的分配：把顯示RAM分成四個區(qū)域。第一、二顯示存儲區(qū)為主，三、四區(qū)域為一、二區(qū)之補充。第二區(qū)僅為圖形顯示方式。(c)顯示功能設置：關顯示、開顯示無閃爍、開顯示2Hz閃爍或開顯示1Hz閃爍。(d)顯示數(shù)據(jù)的輸入步驟：①設置光標地址指針。②設置光標地址指針的移向。③數(shù)據(jù)寫入。3.6 打印機接口3.6.1TPuP-40B/C微型打印機及其接口它是由單片機控制的超小型智能點陣打印機。每行可打印40個57點陣字符，可打印240種代碼字符，并有繪圖功能。一.TPuP-40B/C微型打印機接口信號

DB0~DB7:單向數(shù)據(jù)傳輸線.STB:數(shù)據(jù)選通信號,上升沿將8位數(shù)據(jù)輸入打印機并被保存.BUSY:“忙”信號.有效時,主機不得使用STB向打印機送數(shù).ACK:“應答”信號.有效時,表示打印機已經取走數(shù)據(jù).二.TPuP-40B/C與MCS-51單片機接口(圖3-37)P2.7與WR相或后,作為選通信號,故打印機的地址為7FFFH.

MOVDPTR,#7FFFHLOOP: MOVXA,@DPTR JB ACC.7,LOOP MOVA,