第十章人机对话接口

§10-1人机接口概述一、PC机中的人机输入接口二、PC机中的人机输出接口一、PC机中的人机输入接口（1）1、键盘

PC系列计算机中使用的键盘通常有83键、84键、101键、102键、104键这五种。83键、84键的键盘使用在早期生产的PC/XT、PC/AT中，后来生产的386、486为CPU的PC机使用101键、102键的键盘，现在的PC机大多使用104键的键盘。

PC系列计算机键盘具有ASCII码编码键盘的特征，键盘内部使用的单片机和接口芯片单片机能够自动识别键的按下与释放。一、PC机中的人机输入接口（2）2、鼠标接口鼠标用以取代键盘中的光标键，使光标的移动更为方便和快捷，所以鼠标是一种快速定位器，图形化操作使鼠标超越了键盘，成为PC机中使用率最高的输入设备。当在平面上移动鼠标时，通过机械或光学的办法把鼠标移动的距离和方向转换成两串脉冲信号传送给主机，主机上的鼠标驱动程序将脉冲个数转换成鼠标在水平、垂直方向上的位移量，从而达到光标迅速移动的目的。常用鼠标按结构划分可有机械式、光电式、光机式三种。二、PC机中的人机输出接口（1）1、显示器显示器用来显示字符、数据、图形、图像，是PC系列计算机的最常用输出设备。按结构形式的不同，可将他分成阴极射线管显示器（CRT）和平板显示器两大类。阴极射线管显示器（CRT）技术成熟、价格低、寿命长，是最常用输出显示设备。平板显示器按显示原理不同可以有液晶（LCD）显示器、场致发光（EL）显示器、等离子体（PDP）显示器、真空荧光（VFD）显示器等几种。以LCD显示器最为常见。二、PC机中的人机输出接口（2）

显示器必须通过显示卡与PC机的主机打交道，显示卡是插在PC机主板上的扩展卡，现在通常将显示卡集成在主板上。显示卡是显示器与主机的接口，人对计算机的显示屏幕的操作都必须通过显示卡来完成，显示卡的输出信号控制显示器屏幕显示各种数据、字符和图形。显示卡的另一个名称叫图形适配器，其主要作用是对要显示的图形按规定的视频显示标准进行函数变换和加速。不同的视频显示标准需要不同硬件形式的支持，也要求有不同的软件操作规范。这种硬件支持和软件操作规范都必须体现在显示卡上。不同视频显示标准就要有不同的显示卡。二、PC机中的人机输出接口（3）PC系列计算机外设显示系统的发展过程中，制订过许多个视频显示标准，从最初的MDA、经过CGA、EGA、VGA、SVGA，直到现在的XGA。符合不同视频显示标准的显示卡也就分别称为MDA卡、CGA卡、EGA卡、VGA卡、SVGA卡和XGA卡等。目前用得最多的是VGA卡及SVGA卡。二、PC机中的人机输出接口（4）2、打印机打印机按打印的原理来分常用的有三种：针式打印机、喷墨打印机、激光打印机。§10-2单片机常用输入设备接口一、单片机常用输入设备与特点二、扳动开关与MCS-51接口技术三、拨盘开关与MCS-51接口技术四、按钮开关与MCS-51接口技术五、非编码键盘与MCS-51接口技术六、触摸屏输入技术一、单片机常用输入设备与特点1、扳动开关：特点是两种状态，以手的扳动来转换；

2、拨盘开关：特点是8、4、2、1BCD编码，拨动后半个字节内容改变；

3、按钮开关：特点是两种状态，手动按下为暂态，手放开后恢复常态（常开、常闭）；

4、非编码键盘：特点是多个按钮构成矩阵式结构。共同特点：若CPU是通过P0口的数据总线来读入输入设备的开关状态，则接口电路中须解决“隔离”问题。二、扳动开关与MCS-51接口技术（1）1、设备作用：常用于设备操作分档、内部处理分类、程序分支等需人-机对话之时。二、扳动开关与MCS-51接口技术（2）

74LS244A7Y7A6Y6A5Y5A4Y4A3Y3A2Y2A1Y1A0Y0CSP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0+5V扳动开关接口原理图GND地址译码

RD二、扳动开关与MCS-51接口技术（3）

如上图所示硬件描述：扳动开关动端接地，定端接至74LS244的输入；

74LS244的输入端A0～A7通过电阻R接至电源+5V；电阻R通常在10K～47K范围中选取；

74LS244的输出端Q0～Q7与系统的数据总线P0.0～P0.7相连接；

74LS244的三态缓冲器的控制端CS1、CS2由系统“读”信号及“地址译码”信号选通。二、扳动开关与MCS-51接口技术（4）

若地址译码采用线性译码，如下图所示电路：

则74LS244的选通地址可重复为CXH、DXH、EXH或FXH。 若该硬件用作程序分支，则相关程序段为：地址译码A7A6二、扳动开关与MCS-51接口技术（5） MOV R0，#0C0H ；取输入接口地址LP0： MOVX A，＠R0 ；读入扳动开关的状态

JB ACC.0，LP1 ；开关S0未闭合时转移

LJMP KS0 ；S0已闭合则转移到KS0LP1： JB ACC.1，LP2 ；开关S1未闭合时转移

LJMP KS1 ；S1已闭合则转移到KS1LP2： JB ACC.2，LP3 ；开关S2未闭合时转移

LJMP KS2 ；S2已闭合则转移到KS2LP3： JB ACC.3，LP4 ；开关S3未闭合时转移

LJMP KS3 ；S3已闭合则转移到KS3LP4： JB ACC.4，LP5 ；开关S4未闭合时转移

LJMP KS4 ；S4已闭合则转移到KS4LP5： JB ACC.5，LP6 ；开关S5未闭合时转移

LJMP KS5 ；S5已闭合则转移到KS5LP6： JB ACC.6，LP7 ；开关S6未闭合时转移

LJMP KS6 ；S6已闭合则转移到KS6LP7： JB ACC.7，LP0 ；开关S7未闭合时重新扫描

LJMP KS7 ；S7已闭合则转移到KS7三、拨盘开关与MCS-51接口技术(1)1、设备作用：常用于系统参数的设置。

2、硬件接口：拨盘开关的公共端A接高电平，通过74LS244读入拨盘开关8、4、2、1线构成的BCD码与拨盘开关指示的字符相等；拨盘开关的公共端A接低电平时，则通过74LS244读入拨盘开关8、4、2、1线构成的BCD码与拨盘开关指示的字符成反码关系；三态缓冲器74LS244的硬件连接处理方法与前面扳动开关时相同。三、拨盘开关与MCS-51接口技术(2)硬件原理图：74LS244A7Y7A6Y6A5Y5A4Y4A3Y3A2Y2A1Y1A0Y0CS84A2184A21+5VR三、拨盘开关与MCS-51接口技术(3)3、软件接口：例：由个位、十位两位拨码开关构成的参数设置设备经地址为80H的三态缓冲器74LS244输入，要求编写其输入2位参数以非压缩BCD码形式存放在片内RAM的41H（高位）、40H（低位）单元中的相关程序。三、拨盘开关与MCS-51接口技术(4)解：相关程序为：

MOV R0，#80H ；地址指针指向输入三态缓冲器

MOVX A，＠R0 ；读入2位拨码构成的压缩BCD码

ANL A，#0FH ；先获取个位BCD码

MOV 40H，A ；存放个位非压缩BCD码

MOVX A，＠R0 ；重新读入2位拨码开关；构成的压缩BCD码

SWAP A ；压缩BCD码个位与十位位置交换

ANL A，#0FH ；再获取十位BCD码

MOV 41H，A ；存放十位非压缩BCD码四、按钮开关与MCS-51接口技术（1）1、设备作用：常用于人-机对话中的各种命令。

2、硬件接口：可以经过74LS244与MCS-51系列单片机连接，处理方法同前；也可以直接连接P1口等口线或中断输入线等。在按钮开关的按下与放开之时，常产生如右图所示的抖动。为了防止错误读入，经常用与非门等构成RS触发器实行硬件去抖动，如图所示。四、按钮开关与MCS-51接口技术（2）硬件去抖动电路原理图：+5V四、按钮开关与MCS-51接口技术（3）3、软件接口：例：按钮开关经RS触发器去抖动后直接连接到P1口的P1.1上，则直接可用一句位测试指令实现程序的分支：

JNB P1.1，LOOP五、非编码键盘与MCS-51接口技术（1）1、设备作用：键盘是实现人-机对话的最常用的输入设备，根据按键识别方法来区分可分为全编码键盘与非编码键盘两大类。非编码键盘以其结构灵活、成本低廉而成为微机应用系统的主要输入工具。用MCS-51系列芯片为核心构成小系统时也经常采用非编码键盘作为数据、程序、命令、参数等的输入工具。五、非编码键盘与MCS-51接口技术（2）2、硬件接口：非编码键盘根据系统所需键的多少排列成X×Y的行列式矩阵，分别连接到系统的I/O接口上，再配合软件的扫描方式或反转法进行工作。五、非编码键盘与MCS-51接口技术（3）3、软件接口：非编码键盘使用过程中必须解决以下三方面的问题：⑴清除按键抖动：机械按键在按动闭合与断开的瞬间总是要产生弹跳，即在经过反复多次的闭合、断开之后才能达到稳定的闭合或断开状态，其输出波形如按钮开关中图所示。这种“抖动”现象若不设法消除，则计算机有可能会将一次按键误认为是键的多次操作。消除键抖动的方法可以有硬件、软件二种：硬件去抖动是在每一个按键上加上RS触发器，如前面按钮开关中所述，这种方法硬件成本较高，常用在键的数目很少时；软件去抖动的方法建立在对前、后沿抖动的分析上，这种抖动通常维持在10MS左右，为了避开抖动，在程序查到按键按下的前沿调用20MS的软件延时子程序来解决。这种方法开消小，常用在键的数目较多时。五、非编码键盘与MCS-51接口技术（4）⑵防止串键错误：正常情况下，按下一个按键是希望CPU执行某个命令或者输入一个数据，同时有两个以上的按键被按下则认为是操作上的串键错误。防止串键错误的办法也有硬件、软件两种类：硬件方法为在第一个按下的按键释放以前，任何其它键的按下均不产生任何代码（即第一个被按下的键优先有效），一般用于硬件编码式键盘中；软件方法为不停地检测按键闭合情况，若有2个以上键的闭合作无效处理，当检测到只有一个按键闭合时才读取键的代码，并进行处理，一般用于非编码键盘的软件扫描工作方式之中。五、非编码键盘与MCS-51接口技术（5）4×4矩阵式键盘的电路原理如下图所示：+5VX3X2X1X0Y3Y2Y1Y0K33K32K31K30K23K22K21K20K13K12K11K10K03K02K01K00返回五、非编码键盘与MCS-51接口技术（6）

按键识别处理可以采用两种不同方法处理：①

扫描法按键识别：扫描法按键识别的基本方法为：首先对键盘进行粗扫描，以判别是否有键按下，若有键按下再进行细扫描，以确定是哪一个键被按下，确定了被按下的键后，再由其“键值”来识别是什么键。粗扫描：即对所有的“行”输出低电平“0”，再由“列”读入称之为“列值”，若无键按下，列值为全“1”，若某一“列”有键按下，则该列的列值为“0”。例如1、5、9、D中的某个键被按下，则读得的“列值”为1101B。图例五、非编码键盘与MCS-51接口技术（7）

细扫描：即CPU逐行扫描，对某一行输出低电平“0”，其他行输出高电平“1”，然后读入“列值”，全部行扫描过后即能找出被按下的键所处的行与列的位置。例如行扫描输出值为1101B时，读得的列值为1110B，则可判别被按下的键所处的位置为行1、列0，即是图中的“4”键。图例五、非编码键盘与MCS-51接口技术（8）

键确定：将键盘各个按键所处的行、列位置及其所代表的“键值”以“识别码”的形式存放在表格中，称之为“键值表”上图构成的4×4键盘矩阵中若以输出的行值为高位，读入的列值为低位组成的16键的键值表如下表：

K33K32K31K30K23K22K21K20011101110111101101111101011111101011011110111011101111011011111077H7BH7DH7EHB7HBBHBDHBEHK13K12K11K10K03K02K01K001101011111011011110111011101111011100111111010111110110111101110D7HDBHDDHDEHE7HEBHEDHEEH

经粗、细扫描后得到被按下的键的行、列值，按行高、列低为原则组成一个字节的识别码，通过软件查表方法即可从键值表中找到按键的键值。图例五、非编码键盘与MCS-51接口技术（9）②反转法按键识别：该方法需用可编程接口来控制键盘矩阵的行与列，具体可分二步执行：第一步先对全部行输出为低电平“0”，读入列值，若有一个列为“0”则表明有键按下，例如读得列值为1011B；第二步将所得的列值再从列输出，即输出列值为1011B，然后读取行值，例如此时读得的行值是1101B，则被按下的键的识别码为11011011B，查表可得被按下的键是“6”。反转法按键识别的优点是软件处理速度快、编程简单，其代价是需用可编程接口作为键盘矩阵的控制。图例六、触摸屏输入技术（1）1、触摸屏输入系统的优点触摸屏输入系统及LCD显示器（或CRT显示器）输出系统一起与迅猛发展的计算机网络和多媒体技术相结合，使用者只须以手指触摸屏幕，就能进行信息检索、数据分析，甚至可以得到身临其境、栩栩如生的效果；较键盘输入更为简单、直观、快捷，具有丰富多彩的表现能力，比以往任何传媒更具亲和力。六、触摸屏输入技术（2）2、触摸屏的种类触摸屏按其技术原理可分为五类：⑴矢量压力传感式；⑵电阻式；⑶电容式；⑷红外线式；⑸表面声波式。其中在小体积的嵌入式系统中电阻式触摸屏用得较多。六、触摸屏输入技术（3）3、电阻式触摸屏的原理触摸导电层表层基层隔离点六、触摸屏输入技术（4）4、触摸屏输入系统的构成触摸屏控制器MCS-51X电极Y电极触摸屏§10-3单片机常用输出设备接口一、单片机常用输出设备与特点二、LED与MCS-51的接口三、LED七段数码管与MCS-51接口四、LED列阵与MCS-51的接口五、LCD显示器与MCS-51的接口一、单片机常用输出设备与特点（1）1、发光二极管LED：本质上是一个PN结，当PN结上流过一定的电流时就能发出光来。构成PN结的材料不同，发光的波长不同，也就可以得到红外或者不同颜色的可见光。特征：电流型器件，流过mA级电流（几个到几百个mA）时根据PN结的材料不同能够发出红、黄、绿、兰等各种可见光。ILED一、单片机常用输出设备与特点（2）2、LED七段数码管：特征：八个LED按一定规律构成的数码显示管。

3、LED矩阵显示器：特征：多个LED按行列式矩阵规律构成的显示器，如5×7、8×8、16×16等。

4、LCD显示器：特征：电压型器件，功耗极小。为防止液晶失效，需用交流驱动。二、LED与MCS-51的接口（1）1、硬件接口：

LED发光二极管的发光控制硬件在连接上可以有如下图所示的两种接法：+5VGND控制端控制端RRLEDLED图①图②返回二、LED与MCS-51的接口（2）⑴高电平控制发光：高电平控制发光即LED的阳极通过电阻R接控制端，LED的阴极接地，当控制端为“1”时LED流过电流而发光，如上图①；⑵低电平控制发光：即将LED的阳极通过电阻R接到电源+5V上，LED的阴极作为控制极，当控制端加逻辑“0”时LED流过电流而发光，如上图②。图例二、LED与MCS-51的接口（3）LED发光强度与流过PN结的正向电流大小有关，电流越大，发光强度越强，但有一定的限止，电流太大会烧毁PN结（一般直径为3mm的管子电流小于20mA，直径为5mm的管子电流小于50mA）。对于可见光LED，通常3～5mA即能见到明显发光。图中流过的电流大小用限流电阻R调节，以图①为例，流过LED发光二极管的电流为：

ILED=（V控制—VLED）/RLED发光二极管须流过mA级电流才能明显发光，因此与MCS-51芯片接口时须考虑驱动能力问题。硬件接口中主要考虑“锁存”与“驱动”这两方面问题，对于直径为3mm、5mm的小管芯LED通常可用TTL电路采用图②方式直接驱动。二、LED与MCS-51的接口（4）2、软件接口：只须按硬件控制方式给出“0”或“1”。三、LED七段数码管与MCS-51接口（1）1、作用：是用得最多的数字输出显示器件。

2、构成：

LED七段数码管通常由构成数字显示的a、b、c、d、e、f、g七段发光线段及一个表示小数点的园点i组成。

LED七段数码管可用于显示0～9的数字和部分英文字母。三、LED七段数码管与MCS-51接口（2）LED七段数码管的笔划排列结构：

常用的LED七段数码管为按右图规律排列的8只LED二极管的集合封装，封装时为了减少引线，每一段只引出一根引线，八根阴极或阳极连接在一起作公共端引出。afbgecdi三、LED七段数码管与MCS-51接口（3）8只LED发光二极管按封装形式不同分为共阴、共阳两种，如下图所示。与系统接口的形式分别相当于单只二极管时的图①、图②方式。

8只LED发光二极管中一部分控制端上加上适当电压使之发光形成所需的字形，所以由此构成一个字节的数码称之为字形码。图三、LED七段数码管与MCS-51接口（4）

AKabcdefgIabcdefgi返回三、LED七段数码管与MCS-51接口（5）LED七段数码管可以有两种显示工作方式：⑴静态工作方式：共阳极的公共端A接+5V或是共阴极的公共端K则接GND，每只显示管子的控制端各用一只锁存器单独锁存即用于静态显示；⑵动态显示方式：动态显示方式中所有LED七段数码的控制端对应段连接在一起，用同一个锁存器锁存；共阳封装时的公共端A、共阴封装时的公共端K常用作动态显示时的字位控制，多位LED七段数码管的字位控制端也可构成以字节为单位的控制字，称之为字位码。三、LED七段数码管与MCS-51接口（6）3、软件接口：采用LED七段数码管显示数据，显然不能直接将要显示的内容送往输出锁存器，而要将其转换成“七段显示码”才能送出。对于显示内容转换成显示码虽然也有硬件可以实现，但从成本、体积、可靠性等诸方面考虑却很少采用，通常采用查表法软件译码。若8位LED数码管动态显示硬件连接原理图如下：三、LED七段数码管与MCS-51接口（7）

字形锁存字位锁存8位8位WRA7A6数据总线数据总线返回三、LED七段数码管与MCS-51接口（8）则相应的软件可编程如下：DISP： MOV R0，#28H ；R0指向显示缓冲区首地址

MOV R7，#01H ；选择最右边一位开始显示DISP0： MOV A，＠R0 ；取显示内容

MOV DPTR，#LEDTAB ；DPTR指向七段显示码 ；转换表首地址

MOVC A，＠A+DPTR ；获取七段显示码

MOV R1，#0C0H ；R1指向字形锁存器地址

MOVX ＠R1，A ；送出字形码

MOV R1，#80H ；R1指向字位锁存器地址

MOV A，R7 ；获取字位码

MOVX ＠R1，A ；送出字位码

LCALL D1MS ；显示1mS延时

CJNE R7，#80H，DISP1 ；8位未显示完时转移

RET ；8位显示完则返回DISP1： RL A ；字位码修正显示位左移一位

MOV R7，A ；保存字位码

INC R0 ；修正显示缓冲指针

SJMP DISP0 ；转去显示下一位图三、LED七段数码管与MCS-51接口（9）4、相关器件：

LED米字管、

LED符号管、

LED条