人机交互接口.ppt

1、0，机械专业必修课，2012年10月，主讲人：王红星，专业：机械制造及自动化，1，教学内容，0，课程准备，1，微机基础，3，中断，定时与串行通信，2，微机系统结构与编程，4，人机交互界面，5，信号转换界面。在单片机应用系统中，经常需要向单片机输入一些指令或参数，有时需要通过外部显示器或打印机输出单片机的运行结果，以便操作人员及时了解和掌握单片机的运行状态。这构成了一个人机交互界面。由于其自身的特点，单片机不能拥有键盘、显示器、打印机等人机交互组件，只能通过其输入输出端口扩展这些功能。3.第四讲：人机交互界面；1.键盘分类：编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别是通过专用硬件编码器实现的，键码

2、数或键值称为编码键盘，如计算机键盘，非编码键盘由软件编程调用；在由单片机组成的各种系统中，最常用的是无编码键盘。非编码键盘分为独立键盘和决定键盘。4。第四讲：人机交互界面；2.键盘抖动；当按键闭合和断开时，触点会抖动；5。第四讲：人机交互界面；3.独立的键盘接口，这意味着每个按键都独立连接到一个输入输出端口，并且每个按键的输入状态互不影响。单片机可以通过检测相应输入输出端口的电平来判断哪个键被按下。由于每个按键占用一个输入输出端口，当按键数量较大时，独立键盘占用更多的输入输出端口，因此该键盘仅适用于按键数量较少时设置控制键和功能键。其优点是硬件和软件结构简单，按键判断速度快，使用方便。缺点是它

3、占用了更多的输入/输出端口。6、第4讲，人机交互界面，独立键盘当没有按键时，所有数据输入线都处于高电平；当按下任何键时，与之相连的数据输入线将变为低电平；通过检测相应的端口，可以判断是否有按键被按下。第7讲，第4讲，人机交互界面，第4讲，矩阵键盘界面，说明：在单片机应用系统中，如果需要大量的按键，不能通过独立的键盘界面来实现，此时通常使用矩阵键盘(也叫行列式键盘)。特点：矩阵键盘接口比独立键盘接口具有更高的硬件资源利用效率，但判断按键的速度稍慢。它主要用于设置数字键，以及按键较多的场合。用途：主要用于设置数字键和有大量按键的场合。第四讲是关于人机交互界面，矩阵键盘的结构和原理，矩阵键盘由行线和

4、列线组成，所以有时也叫行列式键盘。键位于行线和列线的交叉点，它们分别连接到输入/输出端口。其结构如图所示。第四讲：人机交互界面，矩阵键盘的按键识别有三种识别按键的方法：扫描法、线反转法和中断法。其中，最常见的方法是扫描。(1)扫描方法扫描方法判断关键位置的过程主要分两步实现。第一步是判断一个键是否被按下。连接到行线的输入/输出端口被设置为输入状态，连接到列线的输入/输出端口被设置为输出状态。首先，列线03的输出被设置为“0”。如果单片机的所有扫描线端口都为“1”，则表示没有按键；如果某行不是“1 ”,则表示某个键已被按下。第二步是判断钥匙的位置。某一列行，例如，0列行输出为“0”，其他三列行输

5、出为“1”。然后依次扫描行线的状态。如果一行是“0”，这意味着在行和第0列的交叉处的键被按下。如果所有行都是“1”，则不按键。类似地，下一列行可以依次设置为“0”，而另一列行第四讲是人机交互界面。(2)反向扫描法需要逐列扫描，扫描次数根据键的位置而变化。如果按下的键位于最后一列，则只能通过多次扫描查询获得该键的位置。反演规则克服了扫描方法的缺点，无论钥匙位于何处，只需要两步就可以判断钥匙的位置。线反转法示意图，第一步，设置列线为输出线，行线为输入线。如果列行设置为“0”，则行行中带有“0”的行是按键所在的行。如果所有行都是“1”，则不按键。第二步是反转行和列线的输入和输出状态，即将行线设置为输

6、出线，将列线设置为输入线。并将行线设置为“0”，那么列线中带有“0”的列就是按钮被按下的列。因此，键的位置被确定。第四讲：人机交互界面，使用上述键盘扫描方式，虽然能够及时响应按键信息，但无论键盘是否被按下，CPU总是不断扫描键盘，这占用了大量的CPU处理时间。为了进一步提高中央处理器的工作效率，可以使用中断扫描。也就是说，当按下键盘上的一个键时，产生一个中断请求。中央处理器响应中断请求后，转而执行中断服务程序，扫描键盘，获取按键的相关信息。图6-4是中断方法的示意图。(3)中断方法，中断方法示意图，12。第四讲：人机交互界面，4.2发光二极管显示界面。单片机系统中常用的显示器有：发光二极管显示

7、器、液晶显示器、阴极射线管显示器等。发光二极管和液晶显示器有两种显示结构：分段显示(7段，米等)。)和点阵显示(58、88点阵等。)。13，第4讲：人机交互界面，1。发光二极管数码管的结构普通的发光二极管数码管为“8”字形，共有8段。每个片段对应一个发光二极管。有两种常见的阳极和阴极。公共阴极发光二极管的阴极连接在一起，公共阴极通常接地。当阳极极高时，发光二极管会亮起。类似地，公共阳极发光二极管数码管的发光二极管的阳极连接在一起，并且公共阳极连接到正电压。当某个发光二极管的阴极连接到低电平时，该发光二极管点亮并显示相应的段。第四讲：人机交互界面。使用发光二极管显示器时，我们应该注意区分这两种不

8、同的连接方式。为了显示数字或字符，必须对它们进行编码。七个数码管加一个小数点，一共八段。因此，为发光二极管显示器提供的代码正好是一个字节。第四讲人机交互界面为了使数码管显示不同的符号或数字，有必要为发光二极管数码管提供段码(字体码)以开启发光二极管的某些段。总共有8个发光二极管数码管。它正好是一个字节。传统上，“一”段对应于段代码字节的最低位。根据上述格式，显示各种字符的8段发光二极管数码管的段码如表6-5所示。16，第四讲人机交互界面，17，第四讲人机交互界面，普通阴极电子管码表，0x3f，0x06，0x5b，0x4f，0x66，0x6d，0123450x7d，0x07，0x7f，0x6f，

9、0x77，0x7c，6 7 8 9 A0 B0 x 39，0 x 5 E，0 x 79，0 x 71，0 x 00 C D E F无显示，18。第四讲：人机交互界面，其他字形的发光二极管显示，课堂上只列出了一些段码，可以根据工程开发过程中的实际情况进行选择或重新定义。除了“8”LED数码管，市场上还有“1”、“米”和“点阵”LED显示屏。本次讲座的重点是“8”发光二极管数码管。19，第四讲是人机交互界面，2，发光二极管数码管的显示方式，如图所示是发光二极管数码管显示4个字符的结构示意图。n位线选择和8N段代码线。段代码线控制显示字体，而位选择线控制显示位的发光二极管数码管是开还是关。，20，第

10、四讲，人机交互界面，74LS138解码芯片，21，当一个门端(E1)为高电平，另外两个门端(/E2)和/(E3)为低电平时，地址端(A0，A1，A2)的二进制码可以在对应于Y0至Y7的输出端以低电平进行编码。例如，当A2A1A0=110时，Y6输出低电平信号。74LS138解码芯片，22，第四讲人机交互界面，23，第四讲人机交互界面，我们可以从逻辑图或功能表中看到74LS138的八个输出引脚，要么所有的高电平1芯片随时不工作，要么只有一个是低电平0，其余七个输出引脚都是高电平1。24，第四讲是人机交互界面，CD4511BCD锁存器/7段解码器/驱动芯片，CD4511是驱动普通阴极发光二极管显示

11、器的BCD 7段解码器，其特点是具有BCD转换、消隐和锁存控制、7段解码和驱动功能的互补金属氧化物半导体电路，可提供较大的拉电流。发光二极管显示器可以直接驱动。25，第四讲人机交互界面，26，第四讲人机交互界面，2.1，静态显示界面，这意味着每个发光二极管数码管可以稳定地同时显示自己的字符，并保持不变，直到显示下一个字符。并且相应的发光二极管持续开启或关闭。每个数码管都是相互独立的，并且公共端子始终接地(公共阴极)或连接到正电源(公共阳极)。每个数码管的八段分别连接一个8位输入输出端口地址。只要输入/输出端口有一个段代码输出，相应的字符就会显示并保持不变，直到输入/输出端口输出一个新的段代码。

12、27，多位发光二极管显示器，每一位必须有一个8位锁存器，待显示的段码由单片机锁定在8位锁存器中。当显示内容需要更新时，只需将新的段代码发送到8位锁存器进行锁存。采用静态显示方式，可以用较少的电流获得较高的亮度，占用较少的CPU时间，编程简单，易于监控。但是占用线路多，硬件电路复杂，成本高，只适用于显示位数较少的场合。第四讲是关于人机交互界面，28。并行扩展发光二极管显示界面。案例分析：四个CD4511(U1，U2，U3，U4)分别用于驱动四个发光二极管显示(美国，U6，U7，U8)电路。R1R4是P0端口的输出上拉电阻，可以是2K。R5R32是一个限流电阻，为270。74LS138用于确定四个

13、CD4511的不同地址。P0.0P0.6和P2.0P2.2信号来自单片机的P0端口和P2端口。P0.0P0.3要显示的号码以BCD码的形式发送到CD4511，然后由CD4511转换成段码，并发送到相应的发光二极管显示器。第四讲人机交互界面，29，第四讲人机交互界面，30，第四讲人机交互界面，#包括void main()无符号char led=0x00，0x11，0x22，0x33/定义显示的数字和芯片选择代码无符号字符I；P2=0x 04；而(1)表示(I=0；I=3；I)P0=乐迪；为了使四个发光二极管分别显示03，程序如下：31、动态显示是一点一点地打开每个数码管，这种一点一点地点亮显示的

14、方式称为位扫描。通常每个数码管的线段选择是并联的，由一个8位输入输出端口控制；每个位的位线选择(公共阴极或阳极)由另一个输入/输出端口线控制。在动态模式下显示时，每个数码管以分时方式依次门控。为了使其显示稳定，必须采用扫描方式，即一次只选通一个数码管并发出相应的段码，另一次选通另一个数码管并发出相应的段码，这样每个数码管就可以按照这个规则显示要显示的字符。虽然这些字符是在不同的时间显示的，但由于人眼的暂留效应，只要每个字符的显示间隔足够短，就能给人同时显示的感觉。人机交互界面，2.2，动态显示界面，32，人机交互界面，74LS273数字锁存器，74LS273是具有清零功能的8D触发器，1D8D

15、是数据输入端，1Q8Q是数据输出端，被触发D0D7:访问；Q0Q7:输出第一个引脚WR:主清零端子，由低电平触发，即低电平时，芯片清零，所有输出为0(低电平)；CP(CLK):触发端，由上升沿触发，即当CP由低变高时，D0D7的数据被芯片锁存，D0D7的数据保持不变。第四讲人机交互界面，采用动态显示方式节省了I/O端口，硬件电路比静态显示方式简单，但亮度不如静态显示方式，当显示位数较多时，CPU要依次扫描，占用CPU更多的时间。ALE，CP，34，第四讲是人机交互界面，显示动态扫描显示电路，74LS273用于锁存地址，74LS138解码器对8位LED进行分时选通，使任何时候只有一个LED点亮，

16、但只要扫描频率足够高(一般大于25Hz)，就可以实现视觉稳定输出，从而实现LED显示的动态扫描，35，第四讲：人机交互界面。动态扫描的频率有一定的要求。如果频率太低，指示灯会闪烁。如果频率太高，因为每个发光二极管的发光时间太短，而且发光二极管的亮度太低，肉眼看不到，一般建议用几毫秒左右，这就要求在编程时一定的发光二极管应该打开并保持一定的时间，并且在程序中经常使用延时子程序。4.3液晶显示器是一种功耗极低的显示设备，广泛应用于智能仪器和便携式电子产品的显示，可以显示文字、曲线、图形等信息。与数码管相比，其显示界面有了质的提高。它具有低电压、低功耗、无电磁辐射、显示清晰、体积小、抗干扰能力强等特

17、点，已广泛应用于单片机系统中。37，第四讲人机交互界面，38，第四讲人机交互界面，39，液晶显示器被动显示，本身不发光，利用液晶经过处理后可以改变光的通过方向的特性，从而达到在白色背景上显示黑色字符或在黑色背景上显示白色字符的目的。液晶显示器因其省电、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于智能仪器和单片机测控系统中。第四讲是人机交互界面，它构成了液晶显示器件的三个基本组成部分：(1)电极基板(2)液晶材料(3)偏振片，40。第四讲是人机交互界面，液晶显示器的特点。(1)低压微功耗：工作电压只有35V，工作电流只有几A/cm2。(2)平板结构：液晶显示器中由两块平行玻璃组成的夹层盒面积大或小，适合大批量生产，安装时占用体积小，减少了设备体积。(3)无源显示：液晶本身不发光，而是通过调制外部光来显示。因此，它适合人们的视觉习惯，不会使人们的眼睛疲劳。(4)显示信息量大：液晶显示器的像素非常小，可以在同一区域容纳更多的信息。(5)