《智能仪器设计 》课件-3（人机接口）

智能仪器设计起止时间：第3~12周授课人：宋凯12020年春季学期智能仪器：带有微处理器兼有检测和信息处理功能的仪器2智能仪器概念及基本组成结构内容回顾●内嵌式

●扩展式8051内核单片机PIC、AVR系列单片机MSP-430单片机ARM、DSPCPLD、FPGA3任务需求性能片内硬件资源成本

*微处理器芯片的选择精度字长寻址空间开发难易度速度内容回顾4作业？浮点数x=0.6，定标Q=15，则其定点数为？2.一个用Q=15表示的定点数19660，其浮点数为？196600.59998课后作业区别：定点数xq：Q表示法定标，由符号位、整数和小数位组成浮点数x：由阶码和尾数两部分组成，float转换公式xq=[x*2Q]向下取整比较：定点DSP结构简单，因而在速度、成本、功耗上强于浮点DSP浮点DSP精度高、处理数据范围大、编程简单、函数运算效率高（FFT、除法、平方根等）定点机参与运算的是16位整形数用Q表示法定标转化成浮点数浮点机浮点数直接参与运算5作业：定点和浮点的区别？课后作业6微处理器技术7智能仪器基本组成结构人机接口人机接口技术第5章人机接口技术5.1键盘处理技术5.2数码显示技术5.3触摸屏技术人机接口技术85.1键盘处理技术键盘的种类：键盘上按键的识别是由专用硬件实现的，称为编码键盘，靠软件实现的称为非编码键盘。键盘的接口必须解决下列的一些问题：（1）判断是否有键按下；—识键（2）判断是哪一个键被按下，并确定键值；—译键（3）根据按键编码执行相应程序；—键义分析（4）按键抖动的消除；—防抖（5）处理同时按键，键连击处理。—串键人机接口技术95.1.1非编码键盘独立连接式非编码键盘µP接口+5V10kΩ×4人机接口技术10矩阵式非编码键盘识别按键的方法行扫描法线反转法行线x2x1x0y0y1y2y3列线0489512376AB10kΩ*4+5V行码列码0键：11011101键：11011012键：11010113键：11001114键：10111105键：1011101A键：0111011人机接口技术11线反转法并行接口11010000+5V+5V并行接口11011011+5V+5V人机接口技术12按RESET键（软复位）初始化并启动测量初始化后按A键---测频率（F）B键---测周期（T）C键---测时间间隔（TA-B）D键---测电压（U）按GATE键后，再按A、B、C、D键，则规定相应的闸门时间或电压量程按SET键后，再按A、B、C、D键，则送入四个不同的偏移量按奇数次OFS键，进入偏移工作方式，把测量结果加上偏移值后进行显示；按偶数次（包括0）OFS键，为正常工作方式，测量结果直接显示ABSETGATECOFSRESETDFUTTA-B实验二状态矩阵法程序设计13人机接口技术人机接口技术14实验二状态矩阵法程序设计矩阵键盘电路15人机接口技术5.1.2键抖动及串键的处理

思考：如何消除按键的抖动？如何处理多个按键同时按下？串键按键抖动现象由于触点弹性作用产生，抖动时间一般约为5~10ms抖动过程引起电平信号的波动，可能令CPU误解为多次按键操作而引起误处理一次按键操作（按下、松开）时间为秒级人机接口技术16去抖程序流程串键处理一键锁定技术只处理一个按键将第一个按键视为正确按键人机接口技术17按键抖动实测波形人机接口技术18串键处理实例19人机接口技术5.1.4编码键盘可编程通用键盘/显示接口芯片，如8279、HD7279。有三种：程序扫描法

中断扫描法

定时中断法5.1.3键盘信号的获取方法D0D1D2D3D4D5D6D7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALEP2.7RDINT18051RL7RL6RL5RL4RL3RL2RL1RL0CLKA0WRRDIRQ74LS373RESETSHIFTCNTL20µF+5V2KSL0SL1SL2827974LS138Y0~Y7VCC+5V1514131211109876543210BIC8708dpBIC8708+5VfgcedbaB0B1B2B3A0A1A2A3CSWR人机接口技术20人机接口技术HD7279A典型键盘/显示器管理应用电路2122人机接口技术5.1.5键值分析程序简明直观，程序处理方便单义键根据当前按键键值，把控制程序转到相应处理程序入口，而无需知道此前的按键情况。优点单义键键值分析流程图23人机接口技术多义键一个按键有多个含义，在组成一个命令的按键序列中，除了取决于当前按了什么键，还取决于之前按了什么键。双义键键值分析流程图人机接口技术5.2数码显示技术5.2.1LED数码显示24静态显示方式动态显示方式功耗大，当显示位数较多时，占用I/O口较多优点亮度高，控制程序简单，显示稳定可靠缺点所有LED的段码线并联，位选线轮流选通，使每个LED显示1ms～5ms，在最长20ms内，所有LED必须都分别刷新一次。优缺点*？25人机接口技术LED动态显示电路26人机接口技术利用较少I/O口实现多位数码显示人机接口技术5.2.2LCD数码显示27利用液晶的电光效应，通过电路控制液晶单元的透射率及反射率，从而产生不同灰度层次及多达1670万种色彩的靓丽图像。LCD的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置薄膜晶体管（TFT），上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而控制每个像素点偏振光出射而达到显示目的。28可视面积可视角度点距色彩度对比值亮度值响应时间

LCD技术参数人机接口技术29按显示方式不同分为段码式和点阵式段码式是最早最普通的显示方式，比如计算器，电子表等。点阵式用于如MP3，手机屏，数码相框等。按照控制方式不同分为被动矩阵式和主动矩阵式被动矩阵式在亮度及可视角方面受到较大限制，反应速度也较慢，画面质量差，但成本低廉。主动矩阵式目前应用比较广泛，如TFT液晶显示器，在画面中每个像素内建晶体管，可使亮度更明亮、色彩更丰富及可视面积更宽广。人机接口技术人机接口技术30按驱动方式不同分为静态驱动式和动态驱动式静态驱动方式是指液晶显示器每个像素单独控制的驱动方法，即每个像素对应一个单独的控制信号，适用于像素较少的场合。动态驱动方式（时分驱动），将显示器件的电极制作成矩阵结构，每个像素由其所在的行与列的位置唯一确定。按接口方式不同分为串行LCD和并行LCD

常用并行方式，读写速度较快按点阵（分辨率）不同分为240*128，128*64，320*240等类型如何显示中文？字库查找*31LCD中文字库字模提取（C51格式）人机接口技术人机接口技术液晶显示模块与单片机的接口原理示意图3233液晶显示模块引脚定义人机接口技术5.3触摸屏技术人机接口技术34

触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成，触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，然后将相关信息传送至触摸屏控制器；触摸屏控制器接收到触摸信息，将其转换成触点坐标，再传送给CPU。从技术原理分为四个基本种类电阻触摸屏电容触摸屏红外线触摸屏声表面波触摸屏电阻触摸屏电阻触摸屏主要由一块多层复合电阻薄膜构成。它的优点是不怕油污、灰尘和水。缺点是因为复合薄膜外层采用塑胶材料，怕锐器划伤而导致整个触摸屏报废。常用在PDA等手持设备，需要手写笔操作。人机接口技术35电容屏在原理上把人体当作电容元件的一个电极使用，利用人体的电流感应进行工作。电容式触摸屏是众多触摸屏中最可靠、最精确的，可手指触控操作，但价钱也最贵。缺点是漂移、反光严重。人机接口技术36电容触摸屏

四线电阻屏声波屏五线电阻屏红外屏电容屏价格低中较高高较高寿命3年5年3年3年2年维护免2次/年免1次/年免防暴性一般好一般好好稳定性高较高高高一般透明度一般好好好一般安装形式内置或外挂内置或外挂内置或外挂外挂内置触摸物任何物体手指、软胶任何物体截面尖锐物不可输出分辨率4096×40964096×40964096×4096977×7374096×4096抗强光干扰性好好好差差响应速度<10ms<10ms<15ms<20ms<15ms跟踪速度好第二点速度慢好好好人机接口技术3738人机接口技术

四线电阻屏声波屏五线电阻屏红外屏电容屏误抬笔动作好一般好好好传感器损伤影