智能儀器-3-人機(jī)接口

智能儀器-3-人機(jī)接口第一頁(yè)，共68頁(yè)。鍵盤及接口技術(shù)LED/LCD顯示技術(shù)觸摸屏及接口技術(shù)人機(jī)接口實(shí)例本章內(nèi)容智能儀器通過(guò)人機(jī)接口接收操作命令及數(shù)據(jù)，并給出測(cè)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。第二頁(yè)，共68頁(yè)。第1節(jié)人機(jī)接口技術(shù)之鍵盤鍵盤：一組開關(guān)（按鍵）的集合鍵盤的分類1：機(jī)械按鍵導(dǎo)電橡膠按鍵薄膜按鍵第三頁(yè)，共68頁(yè)。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(shí)別；鍵盤接口需解決的問(wèn)題：1、是否有鍵按下？2、如有鍵按下，是哪個(gè)鍵？3、確定被按鍵的輸出值？4、反彈跳—按鍵抖動(dòng)消除；5、同時(shí)按鍵的處理；第四頁(yè)，共68頁(yè)。一、非編碼鍵盤1.獨(dú)立連接式非編碼鍵盤MCU+5V5.1K×4P1.3P1.2P1.1P1.01234第五頁(yè)，共68頁(yè)。2.矩陣式非編碼鍵盤——掃描法P1.6P1.5P1.4P1.0P1.1P1.2P1.3輸入端口列線0489512376AB5.1K×4+5V輸出端口行線行碼列碼0鍵：11011101鍵：11011012鍵：11010113鍵：11001114鍵：10111105鍵：1011101A鍵：0111011第六頁(yè)，共68頁(yè)。3.矩陣式非編碼鍵盤——線反轉(zhuǎn)法P1.0P1.711010000+5V+5V&5.1K×45.1K×4中斷11011011+5V+5V&5.1K×45.1K×4P1.0P1.7中斷1第七頁(yè)，共68頁(yè)。P2.7P2.0WRRDALEP08031CEIO/MWRRDALEAD0~AD7PA7PA0PC0PC3+5V5.1K×4+5V1K20μFRESET81554.矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計(jì)8×4矩陣鍵盤第八頁(yè)，共68頁(yè)。4.矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計(jì)-8155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RAM(256B)選擇芯片使能14位減法定時(shí)/計(jì)數(shù)器地址鎖存使能第九頁(yè)，共68頁(yè)。4.矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計(jì)-8155端口地址CEIO/MA7A6A5A4A3A2A1A0端口01000命令/狀態(tài)01001PA口01010PB口01011PC口01100計(jì)數(shù)器低8位01101計(jì)數(shù)器高6位00RAM第十頁(yè)，共68頁(yè)。4.矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計(jì)-8155命令字D7D6D5D4D3D2D1D0TM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA定時(shí)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輸入11：PC輸出第十一頁(yè)，共68頁(yè)。P2.7P2.0WRRDALEP08031CEIO/MWRRDALEAD0~AD7PA7PA0PC0PC381554.矩陣式非編碼鍵盤接口設(shè)計(jì)-8155實(shí)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：？？？第十二頁(yè)，共68頁(yè)。課后補(bǔ)充習(xí)題：以教材63頁(yè)圖3-5為硬件電路，用匯編語(yǔ)言編寫鍵盤掃描子程序。第十三頁(yè)，共68頁(yè)。5.非編碼鍵盤的程序控制方式程序控制掃描：?jiǎn)纹瑱C(jī)主循環(huán)程序空閑時(shí)，執(zhí)行鍵盤掃描程序，實(shí)時(shí)性較差；定時(shí)掃描：由單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生等間隔定時(shí)中斷，中斷處理程序進(jìn)行鍵盤掃描，效率較低；中斷掃描：鍵盤有鍵閉合時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，效率和實(shí)時(shí)性較高；第十四頁(yè)，共68頁(yè)。二、編碼鍵盤01234567101112131234897674148EIA0A1A2A2’A1’A0’A0’A1’A2’鍵01234567000011110011001101010101a）接口電路b）真值表1.靜態(tài)式編碼器鍵盤接口111第十五頁(yè)，共68頁(yè)。2.專用鍵盤接口芯片——8279D0D1D2D3D4D5D6D7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALEP2.7RDINT18031RL7RL6RL5RL4RL3RL2RL1RL0CLKA0WRRDIRQ74LS373RESETSHIFTCNTL20μF+5V2KSL0SL1SL2827974LS138+5VCSWR1Y0Y7最多支持8×8鍵盤矩陣第十六頁(yè)，共68頁(yè)。三、鍵盤去抖技術(shù)1.鍵盤抖動(dòng)由于復(fù)位用彈性元件的影響，按鍵變化時(shí)會(huì)存在數(shù)毫秒的非穩(wěn)定狀態(tài)的抖動(dòng)，該抖動(dòng)可引起同一次按鍵多次讀數(shù)，因此必須消除抖動(dòng)。第十七頁(yè)，共68頁(yè)。2.硬件去抖——RS觸發(fā)器MCU+5V5.1KI/O1I/O2I/O3I/O4&&+5V5.1K序號(hào)開關(guān)I/O41向上02向下13懸空原態(tài)第十八頁(yè)，共68頁(yè)。3.硬件去抖——RC濾波器MCU+5V5.1KI/O1I/O2I/O3I/O4KEY1低通濾波RC第十九頁(yè)，共68頁(yè)。4.硬件去抖——單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第二十頁(yè)，共68頁(yè)。MCU+5V5.1KI/O1I/O2I/O3I/O4+5V+5V741214.硬件去抖——74121鍵盤去抖電路原理RxCx第二十一頁(yè)，共68頁(yè)。5.軟件去抖——延時(shí)判斷延時(shí)時(shí)長(zhǎng)：約10毫秒按鍵彈起判斷流程？第二十二頁(yè)，共68頁(yè)。第2節(jié)顯示技術(shù)發(fā)光二極管LED用途：Bit位狀態(tài)指示、電源指示、報(bào)警；特點(diǎn)：響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)、易維護(hù)；第二十三頁(yè)，共68頁(yè)。LED數(shù)碼管用途：可顯示特定的字符用法：靜態(tài)顯示動(dòng)態(tài)掃描第二十四頁(yè)，共68頁(yè)。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、外形薄；弱光環(huán)境下需增加背光燈；第二十五頁(yè)，共68頁(yè)。一、段碼式LCD第二十六頁(yè)，共68頁(yè)。1=1LCDABC不顯示顯示對(duì)應(yīng)段VBVCVA-VCVA（1）靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式1、段碼式LCD驅(qū)動(dòng)方式第二十七頁(yè)，共68頁(yè)。第二十八頁(yè)，共68頁(yè)。段極S1VD段極S0VD背極B1VD背極B0VD（2）迭加驅(qū)動(dòng)方式（時(shí)分割驅(qū)動(dòng)）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|)=0.35VD第二十九頁(yè)，共68頁(yè)。VD-VDS1-B0VD-VDS1-B1Rms(|S1-B0|)=Rms(|S1-B1|)=第三十頁(yè)，共68頁(yè)。2、硬件譯碼的LCD驅(qū)動(dòng)接口——ICM7211AM（1）特性：內(nèi)置字符：0~9、BLANK、H、E、L、P、—單片可以驅(qū)動(dòng)4位數(shù)碼液晶片（2）管腳圖（3）控制邏輯真值表第三十一頁(yè)，共68頁(yè)。硬件譯碼的LCD驅(qū)動(dòng)接口——ICM7211AM（4）輸入與顯示對(duì)應(yīng)關(guān)系表第三十二頁(yè)，共68頁(yè)。七位寬驅(qū)動(dòng)器七位寬鎖存器可編程4/7譯碼器七位寬驅(qū)動(dòng)器七位寬鎖存器可編程4/7譯碼器七位寬驅(qū)動(dòng)器七位寬鎖存器可編程4/7譯碼器七位寬驅(qū)動(dòng)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(cè)器背光板驅(qū)動(dòng)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原理框圖第三十三頁(yè)，共68頁(yè)。BPICM7211AMB0B1B2B3DS1DS2CS1CS2=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(jì)地址分布？WR控制CS2時(shí)序是否合適？第三十四頁(yè)，共68頁(yè)。單片機(jī)WR與地址/數(shù)據(jù)總線的時(shí)序關(guān)系第三十五頁(yè)，共68頁(yè)。二、字符式LCD1、典型模塊：LCM-512-01A——特性自帶顯示控制IC自帶顯示驅(qū)動(dòng)IC自帶字符發(fā)生器自帶顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可顯示96個(gè)ASCII字符+92個(gè)特殊字符可擴(kuò)展編程顯示8個(gè)自定義字符單+5V供電，背光可調(diào)第三十六頁(yè)，共68頁(yè)?？刂破鱄D44780LCD顯示屏驅(qū)動(dòng)器2、LCM-512-01A結(jié)構(gòu)框圖3、LCM-512-01A引腳電氣圖第三十七頁(yè)，共68頁(yè)。Vss：-5V電源VDD：+5V電源Vo：面板亮度調(diào)節(jié)RS：寄存器選擇信號(hào)輸入線。0-選通指令寄存器；1-選通數(shù)據(jù)寄存器。R/W：讀/寫信號(hào)輸入線。0-寫入，1-讀出。E：使能信號(hào)輸入線。讀狀態(tài)下，高電平有效；寫狀態(tài)下，下降沿有效。D0~D7：數(shù)據(jù)總線?？梢赃x擇4位總線或8位總線操作，選擇4位總線操作時(shí)使用D4~D7。

LCM-512-01A引腳定義第三十八頁(yè)，共68頁(yè)。RSR/WE功能00寫入指令代碼01讀出忙標(biāo)志BF、地址計(jì)數(shù)器AC值10寫入數(shù)據(jù)11讀出數(shù)據(jù)4、控制邏輯定義5、控制邏輯時(shí)序第三十九頁(yè)，共68頁(yè)。DDRAM(DisplayDataRAM)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址范圍：80H~97H？CGRAM(CustomGraphRAM)自定義字符數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址范圍：00H~3FH！6、內(nèi)部RAM定義第四十頁(yè)，共68頁(yè)。控制邏輯及數(shù)據(jù)位顯示數(shù)據(jù)清空；光標(biāo)返回命令；輸入方式設(shè)置；顯示開關(guān)控制；光標(biāo)、顯示畫面移動(dòng)；功能設(shè)置；CGRAM地址設(shè)置；DDRAM地址設(shè)置；讀標(biāo)志及地址；RAM數(shù)據(jù)讀寫；RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0000000000100000000100000001I/DS0000001DCB000001S/CR/L00001DLNF0001A5A4A3A2A1A0001A6A5A4A3A2A1A001BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC07、指令集11/0DDDDDDDD第四十一頁(yè)，共68頁(yè)。8、LCM-512-01A與MCU的接口設(shè)計(jì)一第四十二頁(yè)，共68頁(yè)。8、LCM-512-01A與MCU的接口設(shè)計(jì)二第四十三頁(yè)，共68頁(yè)。課堂作業(yè)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；匯編語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)顯示清空；第四十四頁(yè)，共68頁(yè)。附注:74138真值表第四十五頁(yè)，共68頁(yè)。三、圖形式LCD（自學(xué)）第四十六頁(yè)，共68頁(yè)。第3節(jié)觸摸屏技術(shù)一種結(jié)合輸入和顯示的新型人機(jī)接口簡(jiǎn)化了操作界面，簡(jiǎn)單直觀點(diǎn)觸顯示屏上的圖形或文字實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互節(jié)省硬件鍵盤體積空間第四十七頁(yè)，共68頁(yè)。一、觸摸屏的分類電阻式觸摸屏紅外線式觸摸屏電容式觸摸屏表面聲波式觸摸屏第四十八頁(yè)，共68頁(yè)。二、電阻式觸摸屏1、電阻式觸摸屏概述利用壓力感應(yīng)進(jìn)行坐標(biāo)定位和控制；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1‰Inch）；3：硬化塑膠耐磨層+透明氧化金屬導(dǎo)電涂層；兩層導(dǎo)電層接觸，構(gòu)成電阻分壓，電位發(fā)生變化；X和Y兩個(gè)方向均產(chǎn)生信號(hào)，送觸摸屏控制器；控制器偵測(cè)到這一接觸并計(jì)算出（X，Y）的位置；第四十九頁(yè)，共68頁(yè)。2、電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)及工作原理玻璃或硬塑料導(dǎo)電涂層透明隔離點(diǎn)導(dǎo)電涂層耐磨層第五十頁(yè)，共68頁(yè)。VxVy第五十一頁(yè)，共68頁(yè)。3、電阻式觸摸屏控制器ADS7843(1)特性(2)封裝(3)管腳定義第五十二頁(yè)，共68頁(yè)。(4)控制字第五十三頁(yè)，共68頁(yè)。(5)結(jié)構(gòu)框圖及控制邏輯第五十四頁(yè)，共68頁(yè)。(6)時(shí)序圖第五十五頁(yè)，共68頁(yè)。(7)應(yīng)用實(shí)例第五十六頁(yè)，共68頁(yè)。(8)Y方向定位A2A1A0=001過(guò)程框圖第五十七頁(yè)，共68頁(yè)。(9)Y方向定位A2A1A0=001等效電路第五十八頁(yè)，共68頁(yè)。課堂作業(yè)：根據(jù)教材P85頁(yè)表3-7，試確定X軸定位時(shí)所對(duì)應(yīng)的命令字！并簡(jiǎn)單繪制出等效電路圖。第五十九頁(yè)，共68頁(yè)。三、紅外線式觸摸屏1、紅外線式觸摸屏概述利用X、Y方向上的紅外線矩陣來(lái)檢測(cè)并定位觸摸；紅外發(fā)射管+紅外接收管紅外線矩陣；遮擋經(jīng)過(guò)某點(diǎn)的橫豎兩條紅外線，可以判斷出該點(diǎn)的位置；任何觸摸物體都可實(shí)現(xiàn)觸摸屏操作；第六十頁(yè)，共68頁(yè)。2、紅外線式觸摸屏定位原理第六十一頁(yè)，共68頁(yè)。四、電容式觸摸屏1、電容式觸摸屏概述利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行工作；結(jié)構(gòu)：玻璃基材+透明電極ITO+粘