智能仪器人机接口技术.ppt

智能仪器,第五章智能仪器的人机接口技术,学习提纲,1键盘处理与接口设计2LED显示处理及接口设计3LCD显示处理及接口设计4触摸屏处理及接口设计,1键盘处理与接口设计,键抖动、键连击及串键的处理键抖动键按下或松开会产生短暂的抖动，一般510ms硬件去抖,1键盘处理与接口设计,软件去抖键连击消除连击合理利用串键N键锁定技术N键有效技术,键盘处理步骤监视有无键按下判断哪个键按下实现按键的功能键盘的组织形式非编码式和编码式两种键盘的工作方式编程扫描方式定时扫描方式中断扫描方式,1键盘处理与接口设计,1键盘处理与接口设计,非编码键盘的处理独立式键盘特点：一键一线优点：简单，键易识别缺点：占用资源键盘结构及处理方法,1键盘处理与接口设计,矩阵式键盘,1键盘处理与接口设计,键盘扫描方式扫描法键监视扫描识别键处理,1键盘处理与接口设计,线反转法行列均为双向口均上拉中断方式两步扫描键码转换,按键S9特征码11011011顺序码09H,1键盘处理与接口设计,程序设计（仅获取特征码和顺序码）KEYIN:MOVP1，#0F0HMOVA,P1ANLA,#0F0HMOVB,AMOVP1，#0FHMOVA,P1ANLA,#0FHORLA,BCJNEA,#0FFH,KEYIN1RETKEYIN1:MOVB,AMOVDPTR,#KEYCODMOVR3，#00H,KEYIN2:MOVA，R3MOVCA,A+DPTRCJNEA,B,KEYIN3MOVA,R3RETKEYIN3:INCR3CJNEA,#0FFH,KEYIN2RETKEYCODE:DB0EEH,0DEH,0BEH,7EHDB0EDH,0DDH,0BDH,7DHDB0EBH,0DBH,0BBH,7BHDB0E7H,0D7H,0B7H,77HDB63H,0FFH,1键盘处理与接口设计,1键盘处理与接口设计,编码键盘的处理硬件自动完成键监视、键识别操作自动产生选通脉冲与CPU联络具有自动去抖、处理串键等功能,2LED显示处理及接口设计,LED显示器的特点工作电压低：正向压降1.22.6V功耗小：发光电流520mA温度范围宽（30+85）响应速度快（小于1s）成本低、可靠性高、寿命长、颜色丰富,2LED显示处理及接口设计,分类单个LEDLED数码管点阵式LED显示器,2LED显示处理及接口设计,LED数码管以发光二极管（LED）为组成单元的显示器件常用七段数码管和八段数码管多位一体数码管,2LED显示处理及接口设计,内部结构,2LED显示处理及接口设计,译码待显示数字和字符必须先转换为字形段码才能控制数码管进行显示，该转换过程称为译码硬件译码一般为BCD型，将BCD码译为7段字形段码常用的译码器：74LS47，MC14495，74LS248优缺点：节省CPU时间，成本和体积有所上升软件译码CPU查表，找出要显示数字或字符对应的字形段码优缺点：与硬件译码相反,2LED显示处理及接口设计,显示与驱动静态显示及接口每位数码管需要一个锁存器锁存段码信号驱动：515mA，可借助锁存器接口：根据CPU的引脚资源，串行或并行译码方式软件译码，直接输出字形段码硬件译码，一般输出BCD码,硬件译码并行输入静态显示,2LED显示处理及接口设计,2LED显示处理及接口设计,动态显示及接口所有数码管共用一个段码驱动器，每位的位控制端（公共端）需分别控制任何时刻仅一位数码管选通显示每位显示要保持一定时间，最长不超过20ms所有数码管必须轮流刷新显示由于是交替显示，点亮电流比静态显示要大一些每位数码管的显示时间、交替时间由CPU控制,2LED显示处理及接口设计,软件译码串行输入动态显示,2LED显示处理及接口设计,动态显示编程专门设置动态显示子程序，应具通用性LED位数较多时，CPU负担较重,3LCD显示处理及接口设计,LCD显示器本身不发光，是一种被动显示器件较之本身发光的显示器件，具有如下特点：体积小、重量轻、外形薄低电压、微功耗特别适合袖珍式、便携式智能仪器,3LCD显示处理及接口设计,LCD分类段码式：类似于数码管点阵式：类似于点阵式LED字符点阵式可显示字母、数字和特定符号图形点阵式可显示汉字、图形、图像,3LCD显示处理及接口设计,TFT液晶显示屏（ThinFilmTransistor）“真彩”每个像素点都由集成在像素点背后的薄膜晶体管驱动亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳、耗电、成本高目前最好的LCD显示设备，效果接近CRT显示器，是主流,3LCD显示处理及接口设计,LCD驱动方式必须采用交流驱动方式，直流在100mV以下交流电压频率：30200Hz；幅值：45V,像素点基本驱动回路,驱动波形,3LCD显示处理及接口设计,静态驱动方式每个像素的像素电极单独引出，公共电极接在一起。,电极配置,静态显示（BCD译码兼驱动）,3LCD显示处理及接口设计,动态驱动方式将显示器的所有电极制成矩阵结构行电极：水平一组像素的背电极连在一起列电极：纵向一组像素的像素电极连在一起驱动方法：循环地给每行电极施加选择脉冲，同时所有列电极给出该行像素的选择或非选择驱动脉冲,段码式LCD动态驱动的行列电极划分,3LCD显示处理及接口设计,段码式LCD接口设计与LED数码管的静动态显示类似字符点阵式LCD接口设计一般将LCD显示器与控制电路组装为显示模块EDM2004-03模块,3LCD显示处理及接口设计,控制器读写时序RS：寄存器选择信号；0-指令寄存器，1-数据寄存器R/W：读/写信号；1-读操作，0-写操作E：使能信号；读操作，下降沿；写操作，高电平,3LCD显示处理及接口设计,寄存器与存储器指令寄存器（IR）存储指令代码数据寄存器（DR）无相应操作指令暂存CPU与控制器内部DDRAM和CGRAM之间传送的数据忙标志位（BF）BF=1，内部忙，不接受任何外部指令和数据RS=0，R/W=1，E=1时，BF输出到DB7每次操作前都应检测BF的状态地址计数器（AC）设置地址指令写入指令寄存器后，地址信息自动存入ACDR与DDRAM或CGRAM完成一次数据传输，AC自动加减当RS=0，R/W=1，E=1时，AC内容输出至DB6DB0,3LCD显示处理及接口设计,显示数据寄存器（DDRAM）存储欲显示字符的字符代码容量为80个，因此地址也有80个，分4行，行内连续，但行之间有跳跃，见P118表5-14。字符代码与字符的关系见P119表5-15。字符发生器ROM（CGROM）固化有208个57点阵的字符字模0007H字符代码对应CGRAM中生成的自定义字符字符发生器RAM（CGRAM）由用户生成自定义字符可存放8个58点阵字模,3LCD显示处理及接口设计,指令清显示指令归位指令输入方式设置指令显示开/关控制指令光标或显示移动指令功能设置指令CGRAM地址设置指令DDRAM地址设置指令读取忙标志BF和地址计数器AC指令CGRAM或DDRAM写数据指令CGRAM或DDRAM读数据指令,3LCD显示处理及接口设计,接口设计,3LCD显示处理及接口设计,程序设计检测忙标志BF子程序BF:CLRACLRRSSETBR/WMOVXA,R0JBACC.7，BFRET,3LCD显示处理及接口设计,写数据到指令寄存器IR子程序，R1暂存指令WI:CLRR/WCLRRSMOVA,R1MOVXR0，ARET写数据到数据寄存器DR子程序，R2暂存字符代码WD:SETBRSCLRR/WMOVA,R2MOVXR0，ARET,3LCD显示处理及接口设计,初始化INI:MOVR1，#38H;功能设置LCALLBFLCALLWIMOVR1，#01H;清显示LCALLBFLCALLWIMOVR1，#06H;输入方式设置LCALLBFLCALLWIMOVR1，#0CH;显示开/关控制设置LCALLBFLCALLWI,3LCD显示处理及接口设计,写欲显示字符的字符代码到DDRAM，字符代码存放在0300H起始的程序存储器中，共40个字符WDD:MOVDPTR,#0300HMOVR5，#20;每行显示20个字符MOVR1，#80H;屏幕第一行LCALLBFLCALLWILOOP1：CLRAMOVCA,A+DPTRMOVR2，ALCALLBFLCALLWDINCDPTRDJNZR5，LOOP1,3LCD显示处理及接口设计,MOVR5，#20;显示数量MOVR1，#0C0H;屏幕第二行LCALLRFLCALLWILOOP3：CLRAMOVCA,A+DPTRMOVR2，ALCALLBFLCALLWDINCDPTRDJNZR5，LOOP3END,4触摸屏处理及接口设计,触摸屏概述基本原理操作者用手指或其他工具触摸屏，系统根据触摸的图标或菜单定位选择信息输入基本组成检测部件安装在显示器前面，检测触摸位置，转换为触摸信号控制器将触摸信号再转换成触摸坐标送给CPU，同时能接收CPU指令并加以执行,4触摸屏处理及接口设计,几个问题透明性能触摸屏由多层复合薄膜构成，透明性能直接影响视觉效果，衡量指标：透明度、色彩失真度、反光性、清晰度绝对坐标系统每次触摸产生的数据通过校准转为屏幕上的坐标，同一位置点的输出数据是固定的漂移问题不能保证同一触摸点每一次采样数据相同检测与定位触摸屏的绝对定位是依靠传感器来完成的，不同的定位原理和传感器决定了触摸屏的反应速度、可靠性、稳定性等。,4触摸屏处理及接口设计,触摸屏的分类、原理、结构和特点电阻式两导体层中间衬隔离层，触摸时，两导体层在触摸点接触。,4触摸屏处理及接口设计,由于导体层是阻性的，导体层两边加电压后，整个导体层存在电压梯度，故不同触点的电压不同，据此计算接触点坐标。X和Y方向分开计算坐标，一个方向加电压VREF和0V，另一个方向的负电极悬空，从正极获取分压，进行A/D转换，并与VREF比较，得到坐标。,4触摸屏处理及接口设计,优点：不怕油污、灰尘、水，经济，占90%市场缺点：复合薄膜的外层采用塑料材料，易划伤报废电容式在玻璃屏幕上镀一层透明的阻性导体层，上面加一层保护玻璃。导体层作为工作面，四周镀电极，从四个角引线，加入高频信号。,4触摸屏处理及接口设计,当手指触摸外层玻璃时，由于人体电场的存在，手指与导体层形成一个耦合电容，高频电流会被电容分流，分去的电流与触摸位置到电极的距离成反比，据此计算出触点坐标。优点最可靠最精确缺点最贵反光严重色彩失真易随温度和湿度变化漂移，导致定位不准确绝缘碰触没反应,4触摸屏处理及接口设计,红外线式基于光束阻断技术，显示器表面不需覆盖任何材料。仅在四周安放光点距架框，排放红外发射管和接收管，在屏幕表面形成红外线栅格。,4触摸屏处理及接口设计,当触摸屏幕时，会挡住红外线，接收管信号发生变化，控制器根据X、Y两个方向接收管信号的变化确定触点坐标。优点价格低完全透光，不影响显示器清晰度响应速度比电容式快缺点分辨率不高寿命短易受外界光干扰不防水防尘,4触摸屏处理及接口设计,表面声波触摸屏显示器前面安装玻璃屏，左上角和右下角各固定垂直和水平方向的超声波发射换能器，右上角在两个方向固定相应的接收换能器，玻璃的四边刻有45由疏到密的反射条纹。,4触摸屏处理及接口设计,发射器发出的超声波经反射形成均匀波面，再经反射被接收器接收，接收器将声波能量转换为电信号。发射器发出一个窄脉冲，就有不同路径的能量到达接收器，对应输出的电信号在时间上有先后。触摸屏时，某条路径上的声波能量被部分吸收，接收器输出的电信号在某一时间产生衰减，根据衰减时间确定触点坐标。优点低辐射、不怕震、抗刮性能好透光率高，能保证图像质量没有漂移，有第三轴（压力）效应缺点导波槽易被阻塞，需经常维护；容易受噪声干扰,4触摸屏处理及接口设计,控制器ADS7843内部组成模拟开关12位逐次逼近ADC同步串行接口引脚配置2/3：触摸屏正极4/5：触摸屏负极11：触摸中断12/14/16：串