计算机控制技术教程-第3章人机交互接口技术.ppt

第三章人机交互接口技术,一、键盘接口技术二、接口技术三、接口技术,3.1键盘接口技术,键盘的分类编码键盘非编码键盘键盘设计需要解决的几个问题按键的确认重击和连击的处理按键防抖技术少量功能键的接口技术矩阵键盘的接口技术,3.3.1键盘设计的需解决的几个问题,按键的确认每一个键对应一个开关输入装置键的闭合与否，取决于机械开关的通断状态反映在电压上就是高低电平，如果高电平表示键释放，则低电平表示键按下,3.3.1键盘设计的需解决的几个问题,重键和连击的处理重键：同时按下两个以上的键最先按下为有效最后释放为有效多键无效连击：多次按下同一个键等键释放后再去执行相应的程序,由设计者意愿决定，通过软件做相应处理,3.3.1键盘设计的需解决的几个问题,按键防抖动技术什么是按键的抖动硬件防抖动软件防抖动,3.3.1键盘设计的需解决的几个问题,硬件防抖动滤波防抖动双稳态防抖动软件防抖动：通过软件延时避过抖动时间第一次检测有键按下时，先软件延时（10ms20ms），然后再确定该键电平是否维持闭合状态，若保持闭合状态，则确认此键按下,3.1.2少量功能键的接口技术,独立式按键对于具有少量功能键的系统，多采用相互独立的接口方法，即每个按键对应一个输入线例题：设某个系统有个功能键，采用中断方式的硬件接口电路硬件接口见图3.48155地址：控制字：EF00H;口：EF01H;口：EF02H；口：EF03H程序清单,3.1.2少量功能键的接口技术,程序清单：,ORG0000HAJMPMAIN;ORG0003H;外部中断0入口地址AJMPKEYJMP;ORG0100H;MAIN:SETBIT0;中断0边沿触发方式SETBEX0;允许外部中断0SETBEA;开总中断MOVDPTR,#0EF00H;指向8155命令口MOVA,#02H;设A口为输入口MOVXDPTR,A;控制字写入命令寄存器HERE:AJMPHERE;模拟主程序,3.1.2少量功能键的接口技术,ORG0200H;中断入口KEYJMP:MOVR3,#08H;设置循环次数MOVDPTR,#0EF01H;指向8155A口MOVR4,#00H;计数器寄存器清零MOVXA,DPTR;读入状态字KYAD1:RRCA;带进位循环右移，找出低电平位JNCKYAD2;PA(i)=0，转向KYAD2INCR4;计数器加1DJNZR3,KYAD1;8次移位结束否？为结束继续右移RETI;KYAD2:MOVDPTR,#JMPTABL;功能键入口地址表首址MOVA,R4;RLA;地址偏移量乘2JMPA+DPTR;功能键处理程序入口地址JMPTABL:AJMPSB0;跳转到8个功能键处理程序AJMPSB1;AJMPSB2;AJMPSB3;AJMPSB4;AJMPSB5;AJMPSB6;AJMPSB7;,SB0:RETSB1:RETSB2:RETSB3:RETSB4:RETSB5:RETSB6:RETSB7:RET,3.1.2少量功能键的接口技术,功能开关接口技术又称为静态开关、拨码开关开关的状态在系统上电(或复位)时由CPU读入,并存于RAM单元中,此后CPU不再理会开关的状态功能开关用于提前设置系统功能，输入重要数据等硬件电路接口：见图3.5,3.1.3矩阵键盘接口技术,矩阵键盘的接口,3.1.3矩阵键盘接口技术,程控扫描法判断是否有键按下延时10ms20ms去除键抖动若有键闭合,则求出该键键值等待按键释放,转按键处理程序定时扫描法CPU以固定的间隔对键盘扫描1次,当发现有键按下时求键值,进行按键处理采用单片机内部定时器,定时时间到,产生中断信号,在定时中断服务程序中扫描键盘中断扫描法当没有键按下时,CPU不对键盘进行扫描有键输入时,触发外部中断在中断响应程序中查出键值,转按键处理程序串行接口的非编码键盘利用单片机的串行口进行键盘扫描节省单片机的并行I/O口资源,3.1.3.1程控扫描程序设计,KEYPRO:ACALLDISUP;调用显示子程序ACALLKEXAM;检查是否有键按下JZKEYPRO;无键按下，继续等待ACALLD10ms;有键按下，延时10ms，防止抖动ACALLKEXAM;再次检查是否有键按下JZKEYPRO;无键按下，继续等待KEY1:MOVR2,#0FEH;输出使X0行为低电平MOVR3,#00H;列值寄存器清零MOVR4,#00H;行值寄存器清零KEY2:MOVDPTR,#8200;指向8155C口MOVA,R2;扫描第一行MOVXDPTR,A;MOVDPTR,#8000;指向8155C口MOVXA,DPTR;读入列值CPLA;取反ANLA,#0FFH;JNZKEY3;若有键按下，转求列值MOVA,R4;无键按下，行值寄存器加8ADDA,#08H;MOVR4,A;MOVA,R2;使下一行为低电平RLA;MOVR2,A;JBACC.4,KEY2;4个行扫描完毕？未完继续AJMPKEYPRO;4行扫描完毕，等待下次按键,3.1.3.1程控扫描程序设计,KEYADR:MOVA,BUFF;CJNEA,#0FH,KYARD1;AJMPDIGPRO;键值等于F，转数字键处理KYARD1:JCDIGPRO;键值小于F，转数字键处理KEYTBL:MOVDPTR,#JMPTBL;建立功能键数字地址表指针CLRC;清进位SUBBA,#10H;求相对地址RLA;JMPA+DPTR;JMPTBL:AJMPAAA;AJMPBBB;AJMPCCC;AJMPDDD;AJMPEEE;AJMPFFF;AJMPGGG;AJMPHHH;AJMPIII;AJMPJJJ;AJMPKKK;AJMPLLL;AJMPMMM;AJMPNNN;AJMPOOO;AJMPPPP;,3.1.4键盘特殊功能的处理,键盘锁定技术防止失误按键给系统带来的影响,常常给键盘加锁查询标志位法控制键值锁存器的通断双功能键和多功能键处理为了节省功能键的数量,经常采用多功能键双档键的方法按键计数复合键,3.2LED显示接口技术,LED数码管结构和显示原理LED动态显示接口技术LED静态显示接口技术硬件译码显示电路LED光柱模拟显示器件(了解),3.2.1LED数码管结构和显示原理,LED显示器的结构及原理结构及外形:见图3.14字型:7段显示数码管、米字型数码管驱动方法：共阳极、共阴极显示原理及编码:见表3.1数码管驱动电流:十几几十微安5位LED数码显示管5BS251：见图3.15,3.2.1LED数码管结构和显示原理,LED数码管的显示方法按显示的特点分类动态显示：定时对显示器件进行扫描，利用视觉暂留现象实现持续显示静态显示：计算机一次输出显示模型，利用锁存器保持数据，直到再次更新数据按接口分类并行接口：利用单片机并行口设计显示接口串行接口：利用单片机通用串行口设计显示接口按译码方式分类软件查表法：通过软件查表找出对应的显示码硬件译码：利用带显示译码的LED数码显示芯片，单片机可直接输出BCD码进行显示,3.2.2LED动态显示接口技术,并行动态显示电路及程序设计举例硬件接口：见图3.16流程图地址：8155A口：FD01H(1111,1101,0000,0001)8155B口：FD02H(1111,1101,0000,0010)显示子程序,3.2.2LED动态显示接口技术,动态显示子程序：,DISPLY:MOVR0,#30H;显示缓冲区首地址送R0MOVR2,#20H;位选码指向最左一位(0010,0000)DISPLY1:MOVA,R0;取出要显示的数MOVDPTR,#SEGTBL;指向换码表首址MOVCA,A+DPTR;取出显示码MOVDPTR,#0FD01H;8155A口地址MOVXDPTR,A;从8155A口输出显示码MOVA,R2;取位选码INCDPTR;8155B口地址MOVXDPTR,A;从8155B口输出位选码ACALLDIMS;延时1MSMOVA,R2;JNBACC.0,DISPLY2;6位都显示完了吗？未完继续RETDISPLY2:INCR0;求下一个待显示的数的RAM地址MOVA,R2;求下一个位选码RRCA;MOVR2,A;AJMPDISPLY1;DIMS:MOVR3,#7DH;延时1MS子程序DL1:NOPNOPDJNZR3,DL1;RET,SEGTBL:DB3FH;对应于字符0DB06H;对应于字符1DB5BH;对应于字符2DB4FH;对应于字符3DB66H;对应于字符4DB6DH;对应于字符5DB7DH;对应于字符6DB07H;对应于字符7DB7FH;对应于字符8DB67H;对应于字符9DB77H;对应于字符ADB7CH;对应于字符BDB39H;对应于字符CDB5EH;对应于字符DDB79H;对应于字符EDB71H;对应于字符F,3.2.2LED动态显示接口技术,串行动态显示电路及程序设计举例硬件接口：见图3.18软件设计串口初始化显示子程序,3.2.2LED动态显示接口技术,ORG8000HDISPLY:MOVR0,#50H;指向显示缓冲区MOVR1,#01H;指向最右边一位LOOP:MOVP1,R1;送扫描位选信号MOVA,R0;取被显示数ADDA,#12H;加上字形表的偏移量MOVCA,A+P;取字型码MOVSBUF,A;输出显示码MOVR3,#02H;延时1MSDL0:MOVR4,#0FH;DL1:DJNZR4,DL1;DJNZR3,DL0;INCR0;指向下一个显示缓冲单元MOVA,R1;指下一个位选码RLA;MOVR1,A;JNBACC.6,LOOP;6位都显示完了吗？RET;是，返回,SEGTAB:DB3FH,06H,5BH;0,1,2DB4FH,66H,6DH;3,4,5DB7DH,07H,7FH;6,7,8DB6FH,7DH,7CH;9,A,BDB39H,5EH,79H;c,d,EDB71H,80H,40H;F,.,-DB00H,73H;空,P,3.2.3LED静态显示接口技术,并行接口静态显示电路及程序设计接口电路：见图3.19总线驱动器：74ls244数据锁存器：74ls377地址：4000H4005H(0100,00000100,0101)程序设计：串行接口静态显示电路及程序设计硬件接口电路：见图3.20,3.2.3LED静态显示接口技术,并行接口静态显示程序设计：,ORG8000HSIXDPY:MOVR0,#30H;建立显示缓冲区地址指针MOV33H,#03H;设置循环次数MOVDPTR,#4000H;指向最左边一位LOOP:MOVA,R0;取显示内容ANLA,#0F0H;取BCD码高4位去显示RRA;RRA;RRA;RRA;ADDA,#11H;查表得到显示码MOVCA,A+PC;MOVXDPTR,A;MOVA,R0;取BCD码低4位去显示ANLA,#0FH;INCDPH;求下一个显示位地址ADDA,#08H;查表得到显示码MOVCA,A+PC;MOVXDPTR,A;INCR0;求下一个要显示的BCD码INCDPH;求下一个显示位地址DJNZ33H,LOOP;判断6位显示模型是否已送完RET,SEGTAB:DB3FH,06H,5BH,4FH;0，1，2，3DB66H,6DH,7DH,07H;4，5，6，7，DB7FH,6FH,77H,7CH;8，9，A，bDB39H,5EH,79H,71H;c，d，E，FDB80H,40H,00H,73H;.，-，空，P,3.2.4硬件译码显示电路,由硬件进行显示译码，只需输出BCD码即可静态硬件译码显示电路应用实例：见图3.22锁存、译码、驱动一体的8位LED驱动器ICM7218MODE=1：从ID7ID4写控制字MODE=0：从ID3ID0输入8位16进制码和BCD码在写入8个字后，内部逻辑自动将8个字按顺序存入RAM，8个字将分别按次序在第18位显示。8个数据必须写完，否则LED不亮。,3.3LCD的显示接口技术,LCD为英文LiquidCrystalDisplay的缩写，即液晶显示器，是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图象。,3.3LCD的显示接口技术,从显示形式对LCD分类字段型：即“日”字型的LCD，用于显示数字和字母。通常市面上有售4位、6位、8位等LCD显示模块。点阵字符型：点阵显示字母、图形、特殊用户定义符号。每个字符为5x7、5x8、5x11的象素点阵；显示行数一般有1行、2行、4行三种每行可显示字符有8个、16个、20个、24个等等。点阵图形型可显示完整的图形或者非固定的汉字常有的点阵有：80X32、80 x64、128x128等等，种类非常之多。专用型为某种特殊应用而设计，用于显示少量、固定的汉字或图形。例如钟表上的汉字的定制，微波炉上的商标图形。有专门的厂家可以随意定制LCD的图形形状。,3.3LCD的显示接口技术,按采光方式分类：自然采光方式把液晶器件做成反射式结构，利用自然光进行显示。便宜，低能耗，用于电子手表，计算器，液晶表头背光源采光方式在液晶显示器件背面设计一个平面光源，利用背光源采光。如手机，电脑显示器,3.3.1LCD显示器工作原理,液晶的结构,3.3.1LCD显示器工作原理,早在1888年，人们就发现液晶这一呈液体状的化学物质，象磁场中的金属一样，当受到外界电场影响时，其分子会产生精确的有序排列。如果对分子的排列加以适当的控制，液晶分子将会允许光线穿越。LCD显示屏都是由不同部分组成的分层结构。位于最后面的一层是由荧光物质组成的可以发射光线的背光层。背光层发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。通常，在彩色LCD面板中，每一个像素都是由三个液晶单元格构成，其中每一个单元格前面都分别有红色，绿色，或兰色的过滤器。这样，通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。,3.3.1LCD显示器工作原理,3.3.1LCD显示器工作原理,3.3.1LCD显示器工作原理,3.3.1LCD显示器工作原理,3.3.1LCD显示器工作原理,a,b,3.3.1LCD显示器工作原理,a,b,3.3.1LCD显示器工作原理,3.3.2LCD的驱动方式,液晶的显示是由于在显示像素上施加了电场的缘故，而这个电场则通过在显示像素的上下两电极上施加电压差产生。在显示像素上建立直流电场是非常容易的事，但直流电场将导致液晶材料的化学反应和电极老化，从而迅速降低液晶的显示寿命，因此必须建立交流驱动电场，并且要求这个交流电场中的直流分量越小越好，通常要求直流分量小于50mV。在实际应用中，由于采用了数字电路驱动，所以这种交流电场是通过脉冲电压信号来建立的。像素上交流电场的强弱用交流电压的有效值表示，当有效值大于液晶的阈值电压时，像素呈显示态；当有效值小于阈值电压时，像素不产生电光效应；当有效值在阈值电压附近时，液晶将呈现较弱的电光效应，此时将会影响液晶显示器件的对比度。液晶显示的驱动就是用来调整施加在液晶显示器件电极上的电位信号的相位、峰值、频率等，建立驱动电场，以实现液晶显示器件的显示效果。,3.3.1LCD显示器的驱动方式,静态驱动法(见图3.20)一个独立的背极BP每个字段有独立的引脚动态（多极）驱动法二者相比较：静态驱动响应速度快、耗电少、驱动电压低。但静态驱动驱动电极度数必须与显示笔段数相同，因而只能用于显示字数不多的场合。,动态（多极）驱动法,动态（多极）驱动法,动态（多极）驱动法,3.3.34位LCD静态驱动芯片ICM7211,ICM7211段码型液晶显示控制器是一种4位的驱动器，其内部不含A/D转换，比较适用于数字的信号显示，并且一个芯片可以支持4个液晶段码的显示。常见的ICL7106是属于表头专用的，其输入信号必须是模似值，这就显得应用的不方便，在很多纯数字化系统中，在多位显示的系统中，ICM7211的价值就得以充分体现。应用实例：硬件接口：见图3.24软件设计：在第四位显示BCD码9MOVA,#39H;DS2:DS1=11,B3B0=1001MOVDPTR，#4000H；选中第一片芯片MOVXDPTR，A；送出被显示数,3.3.4点阵式LCD接口技术,MGLS128-64的硬件描述硬件结构见图3.26128(列)*164(行)点阵由两个液晶驱动器HD61202构成,分别负责左右半面,3.3.4点阵式LCD接口技术,HD61202及其兼容控制驱动器的特点：1)内藏6464=4096位显示RAM，RAM中每位数据对应LCD屏上一个点的亮、暗状态；2)HD61202及其兼容控制驱动器是列驱动器具有64路列驱动输出；3)HD61202及其兼容控制驱动器读写操作时序与68系列微处理器相符，因此