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智能仪器电子教案 盐城工学院自动化专业张春富 第三章 人机接口技术 键盘及接口技术LED LCD显示技术触摸屏及接口技术人机接口实例 本章内容 智能仪器通过人机接口接收操作命令及数据 并给出测量或处理结果 是操作者与智能仪器之间进行联系的纽带 第1节人机接口技术之键盘 键盘 一组开关 按键 的集合 键盘的分类1 机械按键 导电橡胶按键 薄膜按键 键盘的分类2 编码键盘 有固定编码输出 非编码键盘 依靠软件识别 键盘接口需解决的问题 1 是否有键按下 2 如有键按下 是哪个键 3 确定被按键的输出值 4 反弹跳 按键抖动消除 5 同时按键的处理 一 非编码键盘 1 独立连接式非编码键盘 MCU 5V 5 1K 4 P1 3 P1 2 P1 1 P1 0 1234 2 矩阵式非编码键盘 扫描法 P1 6 P1 5 P1 4 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 输入端口列线 0 4 8 9 5 1 2 3 7 6 A B 5 1K 4 5V 输出端口行线 3 矩阵式非编码键盘 线反转法 1 P2 7 P2 0 WR RD ALE P0 8031 CE IO M WR RD ALE AD0 AD7 PA7 PA0 PC0 PC3 5V 5 1K 4 5V 1K 20 F RESET 8155 4 矩阵式非编码键盘接口设计 8 4矩阵键盘 4 矩阵式非编码键盘接口设计 8155概述 地址 数据复用 PA扩展口 PB扩展口 PC扩展口 IO或RAM 256B 选择 芯片使能 14位减法定时 计数器 地址锁存使能 4 矩阵式非编码键盘接口设计 8155端口地址 4 矩阵式非编码键盘接口设计 8155命令字 定时器控制 中断控制 P2 7 P2 0 WR RD ALE P0 8031 CE IO M WR RD ALE AD0 AD7 PA7 PA0 PC0 PC3 8155 4 矩阵式非编码键盘接口设计 8155实例 输出 输入 命令字地址 PA端口地址 PC端口地址 01H 7F01H 7F03H 命令字 7F00H PA扫描控制 课后补充习题 以教材63页图3 5为硬件电路 用汇编语言编写键盘扫描子程序 5 非编码键盘的程序控制方式 程序控制扫描 单片机主循环程序空闲时 执行键盘扫描程序 实时性较差 定时扫描 由单片机的内部定时器产生等间隔定时中断 中断处理程序进行键盘扫描 效率较低 中断扫描 键盘有键闭合时产生中断请求 效率和实时性较高 二 编码键盘 0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 1 2 3 4 8 9 7 6 74148 EI A0 A1 A2 A2 A1 A0 a 接口电路 b 真值表 1 静态式编码器键盘接口 2 专用键盘接口芯片 8279 D0D1D2D3D4D5D6D7 P0 0P0 1P0 2P0 3P0 4P0 5P0 6P0 7 ALE P2 7 RD INT1 8031 RL7RL6RL5RL4RL3RL2RL1RL0 CLK A0 WR RD IRQ 74LS373 RESET SHIFT CNTL 20 F 5V 2K SL0SL1SL2 8279 74LS138 5V CS WR Y0 Y7 最多支持8 8键盘矩阵 三 键盘去抖技术 1 键盘抖动 由于复位用弹性元件的影响 按键变化时会存在数毫秒的非稳定状态的抖动 该抖动可引起同一次按键多次读数 因此必须消除抖动 2 硬件去抖 RS触发器 MCU 5V 5 1K I O1 I O2 I O3 I O4 5V 5 1K 3 硬件去抖 RC滤波器 MCU 5V 5 1K I O1 I O2 I O3 I O4 KEY1 低通滤波 R C 4 硬件去抖 单稳态触发器 MCU 5V 5 1K I O1 I O2 I O3 I O4 5V 5V 74121 4 硬件去抖 74121键盘去抖电路原理 Rx Cx 5 软件去抖 延时判断 延时时长 约10毫秒按键弹起判断流程 第2节显示技术 发光二极管LED用途 Bit位状态指示 电源指示 报警 特点 响应快 寿命长 易维护 LED数码管用途 可显示特定的字符用法 静态显示动态扫描 液晶显示器LCD 重点 原理 调制环境光 旋光效应特点 低电流 微功耗 外形薄 弱光环境下需增加背光灯 一 段码式LCD 1 1 LCD A B C 不显示 显示对应段 VB VC VA VC VA 1 静态驱动方式 1 段码式LCD驱动方式 段极S1 VD 段极S0 VD 背极B1 VD 背极B0 VD 2 迭加驱动方式 时分割驱动 以占空比1 2 偏比1 2的情况为例 参考PCF8576 S0 B0 S0 B1 Rms S0 B0 0 79VD Rms S0 B1 0 35VD Rms S1 B0 Rms S1 B1 2 硬件译码的LCD驱动接口 ICM7211AM 1 特性 内置字符 0 9 BLANK H E L P 单片可以驱动4位数码液晶片 2 管脚图 3 控制逻辑真值表 硬件译码的LCD驱动接口 ICM7211AM 4 输入与显示对应关系表 5 ICM7211AM原理框图 BPICM7211AMB0B1B2B3DS1DS2CS1CS2 1 1 1 1 P1 1P1 2P1 3P1 4P0 0P0 1P0 2P0 3P0 4P0 5P2 7WR 8031 6 ICM7211AM与MCU的接口设计 地址分布 WR控制CS2时序是否合适 单片机WR与地址 数据总线的时序关系 二 字符式LCD 1 典型模块 LCM 512 01A 特性 自带显示控制IC自带显示驱动IC自带字符发生器自带显示数据存储器可显示96个ASCII字符 92个特殊字符可扩展编程显示8个自定义字符单 5V供电 背光可调 2 LCM 512 01A结构框图 3 LCM 512 01A引脚电气图 Vss 5V电源VDD 5V电源Vo 面板亮度调节RS 寄存器选择信号输入线 0 选通指令寄存器 1 选通数据寄存器 R W 读 写信号输入线 0 写入 1 读出 E 使能信号输入线 读状态下 高电平有效 写状态下 下降沿有效 D0 D7 数据总线 可以选择4位总线或8位总线操作 选择4位总线操作时使用D4 D7 LCM 512 01A引脚定义 4 控制逻辑定义 5 控制逻辑时序 DDRAM DisplayDataRAM 显示数据存储器地址范围 80H 97H CGRAM CustomGraphRAM 自定义字符数据存储器地址范围 00H 3FH 6 内部RAM定义 控制逻辑及数据位显示数据清空 光标返回命令 输入方式设置 显示开关控制 光标 显示画面移动 功能设置 CGRAM地址设置 DDRAM地址设置 读标志及地址 RAM数据读写 7 指令集 8 LCM 512 01A与MCU的接口设计一 8 LCM 512 01A与MCU的接口设计二 课堂作业 试分析该LCD的指令读写接口地址和数据读写接口地址 汇编语言编程实现显示清空 附注 74138真值表 三 图形式LCD 自学 第3节触摸屏技术 一种结合输入和显示的新型人机接口简化了操作界面 简单直观点触显示屏上的图形或文字实现人机交互节省硬件键盘体积空间 一 触摸屏的分类 电阻式触摸屏红外线式触摸屏电容式触摸屏表面声波式触摸屏 二 电阻式触摸屏 1 电阻式触摸屏概述利用压力感应进行坐标定位和控制 多层复合薄膜 1 玻璃或硬塑料 透明氧化金属导电涂层 2 透明隔离点 尺寸小于1 Inch 3 硬化塑胶耐磨层 透明氧化金属导电涂层 两层导电层接触 构成电阻分压 电位发生变化 X和Y两个方向均产生信号 送触摸屏控制器 控制器侦测到这一接触并计算出 X Y 的位置 2 电阻式触摸屏结构及工作原理 玻璃或硬塑料 导电涂层 透明隔离点 导电涂层 耐磨层 Vx Vy 3 电阻式触摸屏控制器ADS7843 1 特性 2 封装 3 管脚定义 4 控制字 5 结构框图及控制逻辑 6 时序图 7 应用实例 8 Y方向定位A2A1A0 001过程框图 9 Y方向定位A2A1A0 001等效电路 课堂作业 根据教材P85页表3 7 试确定X轴定位时所对应的命令字 并简单绘制出等效电路图 三 红外线式触摸屏 1 红外线式触摸屏概述利用X Y方向上的红外线矩阵来检测并定位触摸 红外发射管 红外接收管 红外线矩阵 遮挡经过某点的横竖两条红外线 可以判断出该点的位置 任何触摸物体都可实现触摸屏操作 2 红外线式触摸屏定位原理 四 电容式触摸屏 1 电容式触摸屏概述利用人体的电流感应进行工作 结构 玻璃基材 透明电极ITO 粘合层 防护层 触摸触摸屏时 由于人体电场的存在 手指和触摸屏表面形成以一个耦合电容 对于高频电流来说 电容是直接导体 于是手指从接触点吸走一个很小的电流 这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出 并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离理论成正比 控制器通过对这四个电流比例的精确计算 得出触摸点的位置 2 电容式触摸屏示意图