机电一体化第4章 控制系统及接口设计(4.9显示器和键盘)

4.9数字显示器及键盘1.人机接口人机接口实现人与机电一体化系统的信息交流、信息反馈，保证对机电一体化系统的实时监测、有效控制；由于机械与电子系统工作形式、速率等存在极大的差异，机电接口还起着调整、匹配、缓冲的作用。人机接口又包括输入接口与输出接口两类。通过输入接口，操作者向系统输入各种命令及控制参数，对系统运行进行控制；通过输出接口，操作者对系统的运行状态、各种参数进行监测。

一、接口的分类和特点2.机电接口

按照信息和能量的传递方向，机电接口又可分为信息采集接口（传感器接口）与控制输出接口。信息处理系统通过信息采集接口接受传感器输出的信号，检测机械系统运行参数，经过运算处理后，发出有关控制信号，经过控制输出接口的匹配、转换、功率放大，驱动执行元件，以调节机械系统的运行状态，使其按要求动作。

总体来讲，机电一体化系统对接口的要求是：能够输入有关的状态信息，并能够可靠地传送相应的控制信息；能够进行信息转换，以满足系统对输入与输出的要求；具有较强的阻断干扰信号的能力，以提高系统工作的可靠性。一、数字显示器的结构及其工作原理发光二极管（LED）显示器结构与原理图4-32七段显示块管脚与结构图

单片机系统中通常使用8段LED数码显示器，8段LED显示器由8个发光二极管组成。其中7个长条形的发光二极管排列成“日”字形，另一个圆点形的发光二极管作为显示小数点用，通过不同的组合可用来显示各种数字，包括A～F在内的部分英文字母和小数点等字样。

七段LED的段选码表显示字符共阴极段选码共阳极段选码显示字符共阴极段选码共阳极段选码03FHC0HC39HC6H106HF9HD5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82HΓ31HCEH707HF8Hy6EH91H87FH80H8.FFH00H96FH90H“灭”00HFFHA77H88HB7CH83H

LED显示器与显示方式：静态和动态1．LED静态显示方式

LED工作在静态显示方式下，共阴极接地或共阳极接+5V；每一位的段选线(a~g、dp)与一个8位并行I/O口相连，如图4-33所示。该图表示了一个4位静态LED显示器电路，显示器的每一位可独立显示，只要在该位的段选线上保持段选码电平，该位就能保持相应的显示字符。由于每一位由一个8位输出口控制段选码，故在同一时刻各位可以显示不同的字符。

N位静态显示器要求有N×8根I/O口线，占用I/O口线较多。故在位数较多时往往采用动态显示方式。图4-33N位LED显示器2．LED动态显示方式静态LED显示法有着显示亮度大，软件较为简单的优点，但硬件上使用芯片多，每个LED显示器需要一个驱动电路。动态扫描是指采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个显示器轮流点亮。基本做法在于分时轮流选通数码管的公共端，使得各数码管轮流导通，在选通相应LED后，即在显示字段上得到显示字形码。这种方式不但能提高数码管的发光效率，而且由于各个数码管的字段线是并联使用的，从而大大简化了硬件线路。在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约1ms），但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。图4-34通过扩展8155I/O口控制的LED动态显示接口图二、键盘、显示器组合接口

(1)可同时进行键盘扫描及文字显示；

(2)键盘扫描模式(ScannedKeyboardMode)；

(3)传感器扫描模式(ScannedSensorMode)；

(4)激发输入模式(StrobeInputEntryMode)；

(5)8乘8键盘FIFO(先进先出)；

(6)具有接点消除抖动，2键锁定及N键依此读出模式；

(7)双排8位数或双排16位数的显示器；

(8)右边进入或左边进入。16位字节显示存储器。

行列式键盘行列式键盘又叫矩阵式键盘。用I/O口线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上。例如4×4的行列结构可组成16个键的键盘。因此，在按键数量较多时，可以节省I/O口线。

1．行列式键盘的接口行列式键盘的接口方法有许多，例如直接接口于单片机的I/O口上；利用扩展的并行I/O接口；用串行口扩展并行I/O口接口；利用一种可编程的键盘、显示接口芯片8279进行接口等。其中，利用扩展的并行I/O接口方法方便灵活，在单片机应用系统中比较常用。2．键编码及键值(1)用键盘连接的I/O线的二进制组合表示键码。例如用4行、4列线构成的16个键的键盘，可使用一个8位I/O口线的高、低4位口线的二进制数的组合表示16个键的编码，如图(a)所示。各键相应的键值为88H、84H、82H、81H、48H、44H、42H、41H、28H、24H、22H、21H、18H、14H、12H、11H。这种键值编码软件较为简单直观，但离散性大，不便安排散转程序的入口地址。

(2)顺序排列键编码。如图(b)所示。这种方法，键值的形成要根据I/O线的状态作相应处理。键码可按下式形成：键码=行首键码+列号行列式键盘的编码与键值图(a)二进制组合编码；(b)顺序排列编码

3．键盘工作原理按键设置在行、列线的交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接+5V，被箝位在高电平状态。对键盘的工作过程可分两步：第一步是CPU首先检测键盘上是否有键按下；第二步是再识别是哪一个键按下。检测键盘上有无键按下可采用查询工作方式、定时扫描工作方式和中断工作方式。

4、键盘工作方式（1）键盘中有无键按下是由列线送入全扫描字，读入行线状态来判别的。其方法是：PA口输出00H，即所有列线置成低电平，然后将行线电平状态读入累加器A中。如果有键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平，从而使行输入状态不全为“1”。（2）通常在键数较少时，可用硬件方法消除键抖动。RS触发器为常用的硬件去抖电路。单片机系统中常用软件延时法。（3）键盘中哪一个键按下是由列线逐列置低电平后，检查行输入状态，称为逐列扫描。为求取键码，在逐列扫描时，可用计数器记录下当前扫描列的列号，然后用行线值为“0”的行首