单片机人机交互接口技术课件

第3章人机交互接口技术本章要点键盘接口技术LED显示接口技术LCD显示接口技术所谓人机交互接口,是指人与计算机之间建立联系、交换信息的输入/输出设备的接口。这些输入输出设备主要有键盘、显示器和打印机等。3.1键盘接口技术3.1.1键盘设计需解决的几个问题编码键盘和非编码键盘编码键盘自动识别按下的键并产生相应代码,以并行或串行方式发送给CPU它使用方便,接口简单,响应速度快,但需要专用的硬件电路第3章人机交互接口技术非编码键盘通过软件来确定按键并计算键值。这种方法虽然没有编码键盘速度快,但它不需要专用的硬件支持,因此得到了广泛的应用。1.按键的确认键盘实际上是一组按键开关的集合,其中每一个按键就是个开关量输入装置。键的闭合与否,取决于机械弹性开关的通、断状态。反应在电压上就是呈现出高电平或低电平,若高电平表示断开,则低电平表明键闭合。所以,通过电平状态(高或低)的检测,便可确定相应按键是否已被按下。第3章人机交互接口技术2.重键与连击的处理实际按键操作中,若无意中同时或先后按下两个以上的键,系统确认哪个键操作是有效的,完全由设计者的意志决定。如视按下时间最长者为有效键,或认为最先按下的键为当前按键,也可以将最后释放的键看成是输入键。不过微型计算机控制系统毕竟资源有限,交互能力不强,通常总是采用单键按下有效,多键同时按下无效的原则(若系统设有复合键,当然应该另当别论)。有时,由于操作人员按键动作不够熟练,会使一次按键产生多次击键的效果,即重键的情形。为排除重键的影响,编制程序时,可以将键的释放作为按键的结束。等键释放电平后再转去执行相应的功能程序,以防止一次击键多次执行的错误发生。第3章人机交互接口技术当我们按下某按键时.对应的功能便会通过键盘分析程序得以执行.如果在操作者释放按键之前,对延时去抖应的功能得以多次执行,如同操作者在连续不断操作该键一样.这种现象就称为连击。连击现象可用执行日(a)所示流程图的软件方法来解决,当某按键被按下时,首先进行软件去抖处理,确认按键被按下键放后,厦执行对应的功能,执行完后不是立即返回而是等待按键释放之后再返回.从而使一次按键只彼响应一次,避免连击现象例如在某些简易仪器中.因设汁的按键很少,没有安排0~9数字按键.这时R能设置一只调整按键,采用加回(或减1)的方法来调整有关参数,但当调整量比较大时就需要按多次按键,使操作很不方便.如果这时允许凋整按键存在连击现象,我们只要按往调整键不放.参数就会不停地加1(或减1),这就给操作者带来根大方便.具体实现软件流程图如图所示,程序中加入的延时环节是为了控制连击的速度例如.延时取250rns。则连击速度为4次/s第3章人机交互接口技术3.按键防抖动技术多数键盘的按键均采用机械弹性开关。一个电信号通过机械触点的断开、闭合过程,完成高、低电平的切换。由于机械触点的弹性作用,一个按键开关在闭合及断开的瞬间必然伴随有一连串的抖动。其波形如图31所示。抖动过程的长短由按键的机械特性决定,一般为10~20ms键被按下沿抖动后沿抖动图3.1按键抖动信号波形第3章人机交互接口技术(1)硬件防抖技术通过硬件电路消除按键过程中抖动的影响是一种广为采用的措施。这种做法,工作可靠,且节省机时。下面介绍两种硬件防抖电路。①滤波防抖电路利用RC积分电路对干扰脉冲的吸收作用,由图可知,当键K未按下时,电容C两端电压均为0,非门输出为1。当K按下时由于℃两端电压不可能产生突变。尽管在触点接触过程中可能出现抖动,只要适当选取R1,R2和C值,即可保证电容C两端的充OUT电电压波动不超过非门的开启电压(TTL为0.8V),非门的输出将维持高电平。同理当触点K断开时,由于电容C经过电阻R2放2.0uF电,C两端的放电电压波动不会超过门的关闭电压,因此,门的输出也不会改变。总之只要R1,R2和C的时间常数选取得当,确保电容C由稳态电压充电到开启电压,或放图3.2滤波防抖电路电到关闭电压的延迟时间等于或大于10ms该电路就能消除抖动的影响第3章人机交互接口技术②双稳态防抖电路用两个与非门构成一个RS触发器,即可构成双稳态防抖电路其原理电路,如图3.3所示。设按键K未按下时,键K与A端(ON)接通无抖动此时,RS触发器的Q端为高电平1,7LS00致使Q反端为低电平0。此信号引至1#与非门的输入端,将其锁住,使其園定输出为1AON出每当开关K被按动时,由于机械开关具有弹性,在A端将形成一连串的抖动波形。而QBOFF端在K到达B端之前始终为0。这时,无论A处出现怎样的电压(0或1),Q端恒为1。只有当K到达B端,使B端为0,RS触发器产生翻转,Q反变为高电平,导致Q降低为0,并锁oFee(+5v)住使其输出恒为1。此时,即使B处出图3.3双稳态防抖电路图现抖动波形,也不会影响Q端的输出,从而保证Q端恒为0。同理,在释放键的过程中只要一接通A,Q端就升至为1。只要开关K不再与B端接触,双稳态电路的输出将维持不变第3章人机交互接口技术(2)软件防抖方法如前所述,若采用硬件防抖电路,则N个键就必须配有N个防抖电路。因此,当键的个数比较多时,硬件防抖将无法胜任。在这种情况下,可以采用软件的方法进行防抖。当第一次检测到有键按下时,先用软件延时(10ms~20ms),而后再确认该键电平是否仍维持闭合状态电平。若保持闭合状态电平,则确认此键确已按下,从而消除了抖动的影响。第3章人机交互接口技术31.2少量功能键的接口技术1独立式按键接口R=10有键拉延时1mP12在上工作方式下,CPU经常处于空扫猫态.为进一步提高CPU效率,可采用中断工读"囗作方式