智能儀器的人機(jī)接口技術(shù)

1、智能儀器第五章 智能儀器的人機(jī)接口技術(shù)學(xué)習(xí)提綱1 鍵盤處理與接口設(shè)計(jì)2 LED顯示處理及接口設(shè)計(jì)3 LCD顯示處理及接口設(shè)計(jì)4 觸摸屏處理及接口設(shè)計(jì) 1 鍵盤處理與接口設(shè)計(jì)l鍵抖動(dòng)、鍵連擊及串鍵的處理l鍵抖動(dòng)l鍵按下或松開(kāi)會(huì)產(chǎn)生短暫的抖動(dòng)，一般510msl硬件去抖 1 鍵盤處理與接口設(shè)計(jì)l軟件去抖l鍵連擊l消除連擊l合理利用l串鍵lN鍵鎖定技術(shù)lN鍵有效技術(shù)l鍵盤處理步驟l監(jiān)視有無(wú)鍵按下l判斷哪個(gè)鍵按下l實(shí)現(xiàn)按鍵的功能l鍵盤的組織形式l非編碼式和編碼式兩種l鍵盤的工作方式l編程掃描方式l定時(shí)掃描方式l中斷掃描方式 1 鍵盤處理與接口設(shè)計(jì) 1 鍵盤處理與接口設(shè)計(jì)l非編碼鍵盤的處理l獨(dú)立式鍵盤l特

2、點(diǎn)：一鍵一線l優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，鍵易識(shí)別l缺點(diǎn)：占用資源l鍵盤結(jié)構(gòu)及處理方法 1 鍵盤處理與接口設(shè)計(jì)l矩陣式鍵盤 1 鍵盤處理與接口設(shè)計(jì)l鍵盤掃描方式l掃描法l鍵監(jiān)視l掃描識(shí)別l鍵處理 1 鍵盤處理與接口設(shè)計(jì)l線反轉(zhuǎn)法l行列均為雙向口l均上拉l中斷方式l兩步掃描l鍵碼轉(zhuǎn)換按鍵S9特征碼 11011011順序碼 09H 1 鍵盤處理與接口設(shè)計(jì)l程序設(shè)計(jì)（僅獲取特征碼和順序碼）KEYIN: MOV P1，#0F0H MOV A, P1 ANL A, #0F0H MOV B, A MOV P1，#0FH MOV A, P1 ANL A, #0FH ORL A, B CJNE A, #0FFH, KEYIN

3、1 RETKEYIN1: MOV B, A MOV DPTR, #KEYCOD MOV R3，#00HKEYIN2: MOV A，R3 MOVC A, A+DPTR CJNE A, B, KEYIN3 MOV A, R3 RETKEYIN3: INC R3 CJNE A, #0FFH, KEYIN2 RETKEYCODE: DB 0EEH, 0DEH, 0BEH, 7EH DB 0EDH, 0DDH, 0BDH, 7DH DB 0EBH, 0DBH, 0BBH, 7BH DB 0E7H, 0D7H, 0B7H, 77H DB 63H, 0FFH 1 鍵盤處理與接口設(shè)計(jì) 1 鍵盤處理與接口設(shè)計(jì)l

4、編碼鍵盤的處理l硬件自動(dòng)完成鍵監(jiān)視、鍵識(shí)別操作l自動(dòng)產(chǎn)生選通脈沖與CPU聯(lián)絡(luò)l具有自動(dòng)去抖、處理串鍵等功能 2 LED顯示處理及接口設(shè)計(jì)lLED顯示器的特點(diǎn)l工作電壓低：正向壓降1.22.6Vl功耗?。喊l(fā)光電流520mAl溫度范圍寬（30+85）l響應(yīng)速度快（小于1s）l成本低、可靠性高、壽命長(zhǎng)、顏色豐富 2 LED顯示處理及接口設(shè)計(jì)l分類l單個(gè)LEDlLED數(shù)碼管l點(diǎn)陣式LED顯示器 2 LED顯示處理及接口設(shè)計(jì)lLED數(shù)碼管l以發(fā)光二極管（LED）為組成單元的顯示器件l常用七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管l多位一體數(shù)碼管 2 LED顯示處理及接口設(shè)計(jì)l內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2 LED顯示處理及接口設(shè)計(jì)l譯碼 待

5、顯示數(shù)字和字符必須先轉(zhuǎn)換為字形段碼才能控制數(shù)碼管進(jìn)行顯示，該轉(zhuǎn)換過(guò)程稱為譯碼l硬件譯碼l一般為BCD型，將BCD碼譯為7段字形段碼l常用的譯碼器：74LS47，MC14495，74LS248l優(yōu)缺點(diǎn)：節(jié)省CPU時(shí)間，成本和體積有所上升l軟件譯碼lCPU查表，找出要顯示數(shù)字或字符對(duì)應(yīng)的字形段碼l優(yōu)缺點(diǎn)：與硬件譯碼相反 2 LED顯示處理及接口設(shè)計(jì)l顯示與驅(qū)動(dòng)l靜態(tài)顯示及接口l每位數(shù)碼管需要一個(gè)鎖存器鎖存段碼信號(hào)l驅(qū)動(dòng)：515mA，可借助鎖存器l接口：根據(jù)CPU的引腳資源，串行或并行l(wèi)譯碼方式l軟件譯碼，直接輸出字形段碼l硬件譯碼，一般輸出BCD碼硬件譯碼并行輸入靜態(tài)顯示 2 LED顯示處理及接口

6、設(shè)計(jì) 2 LED顯示處理及接口設(shè)計(jì)l動(dòng)態(tài)顯示及接口l所有數(shù)碼管共用一個(gè)段碼驅(qū)動(dòng)器，每位的位控制端（公共端）需分別控制l任何時(shí)刻僅一位數(shù)碼管選通顯示l每位顯示要保持一定時(shí)間，最長(zhǎng)不超過(guò)20msl所有數(shù)碼管必須輪流刷新顯示l由于是交替顯示，點(diǎn)亮電流比靜態(tài)顯示要大一些l每位數(shù)碼管的顯示時(shí)間、交替時(shí)間由CPU控制 2 LED顯示處理及接口設(shè)計(jì)軟件譯碼串行輸入動(dòng)態(tài)顯示 2 LED顯示處理及接口設(shè)計(jì)l動(dòng)態(tài)顯示編程l專門設(shè)置動(dòng)態(tài)顯示子程序，應(yīng)具通用性lLED位數(shù)較多時(shí)，CPU負(fù)擔(dān)較重 3 LCD顯示處理及接口設(shè)計(jì)lLCD顯示器l本身不發(fā)光，是一種被動(dòng)顯示器件l較之本身發(fā)光的顯示器件，具有如下特點(diǎn)：l體積小、

7、重量輕、外形薄l低電壓、微功耗l特別適合袖珍式、便攜式智能儀器 3 LCD顯示處理及接口設(shè)計(jì)lLCD分類l段碼式：類似于數(shù)碼管l點(diǎn)陣式：類似于點(diǎn)陣式LEDl字符點(diǎn)陣式 可顯示字母、數(shù)字和特定符號(hào)l圖形點(diǎn)陣式 可顯示漢字、圖形、圖像 3 LCD顯示處理及接口設(shè)計(jì)lTFT液晶顯示屏（Thin Film Transistor）“真彩”l每個(gè)像素點(diǎn)都由集成在像素點(diǎn)背后的薄膜晶體管驅(qū)動(dòng)l亮度好、對(duì)比度高、層次感強(qiáng)、顏色鮮艷、耗電、成本高l目前最好的LCD顯示設(shè)備，效果接近CRT顯示器，是主流 3 LCD顯示處理及接口設(shè)計(jì)lLCD驅(qū)動(dòng)方式l必須采用交流驅(qū)動(dòng)方式，直流在100mV以下l交流電壓頻率：3020

8、0Hz；幅值：45V像素點(diǎn)基本驅(qū)動(dòng)回路驅(qū)動(dòng)波形 3 LCD顯示處理及接口設(shè)計(jì)l靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式l每個(gè)像素的像素電極單獨(dú)引出，公共電極接在一起。電極配置靜態(tài)顯示（BCD譯碼兼驅(qū)動(dòng)） 3 LCD顯示處理及接口設(shè)計(jì)l動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式l將顯示器的所有電極制成矩陣結(jié)構(gòu)l行電極：水平一組像素的背電極連在一起l列電極：縱向一組像素的像素電極連在一起l驅(qū)動(dòng)方法：循環(huán)地給每行電極施加選擇脈沖，同時(shí)所有列電極給出該行像素的選擇或非選擇驅(qū)動(dòng)脈沖段碼式LCD動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的行列電極劃分 3 LCD顯示處理及接口設(shè)計(jì)l段碼式LCD接口設(shè)計(jì)l與LED數(shù)碼管的靜動(dòng)態(tài)顯示類似l字符點(diǎn)陣式LCD接口設(shè)計(jì)l一般將LCD顯示器與控制電路組裝為顯

9、示模塊lEDM2004-03模塊 3 LCD顯示處理及接口設(shè)計(jì)l控制器讀寫時(shí)序lRS：寄存器選擇信號(hào)；0-指令寄存器，1-數(shù)據(jù)寄存器lR/W：讀/寫信號(hào)；1-讀操作，0-寫操作lE：使能信號(hào)；讀操作，下降沿；寫操作，高電平 3 LCD顯示處理及接口設(shè)計(jì)l寄存器與存儲(chǔ)器l指令寄存器（IR）l存儲(chǔ)指令代碼l數(shù)據(jù)寄存器（DR）無(wú)相應(yīng)操作指令l暫存CPU與控制器內(nèi)部DDRAM和CGRAM之間傳送的數(shù)據(jù)l忙標(biāo)志位（BF）lBF=1，內(nèi)部忙，不接受任何外部指令和數(shù)據(jù)lRS=0，R/W=1，E=1時(shí)，BF輸出到DB7l每次操作前都應(yīng)檢測(cè)BF的狀態(tài)l地址計(jì)數(shù)器（AC）l設(shè)置地址指令寫入指令寄存器后，地址信息自

10、動(dòng)存入AClDR與DDRAM或CGRAM完成一次數(shù)據(jù)傳輸，AC自動(dòng)加減l當(dāng)RS=0，R/W=1，E=1時(shí)，AC內(nèi)容輸出至DB6DB0 3 LCD顯示處理及接口設(shè)計(jì)l顯示數(shù)據(jù)寄存器（DDRAM）l存儲(chǔ)欲顯示字符的字符代碼l容量為80個(gè)，因此地址也有80個(gè)，分4行，行內(nèi)連續(xù)，但行之間有跳躍，見(jiàn)P118表5-14。l字符代碼與字符的關(guān)系見(jiàn)P119表5-15。l字符發(fā)生器ROM（CGROM）l固化有208個(gè)57點(diǎn)陣的字符字模l0007H字符代碼對(duì)應(yīng)CGRAM中生成的自定義字符l字符發(fā)生器RAM（CGRAM）l由用戶生成自定義字符l可存放8個(gè)5 8點(diǎn)陣字模 3 LCD顯示處理及接口設(shè)計(jì)l指令l清顯示指令

11、l歸位指令l輸入方式設(shè)置指令l顯示開(kāi)/關(guān)控制指令l光標(biāo)或顯示移動(dòng)指令l功能設(shè)置指令lCGRAM地址設(shè)置指令lDDRAM地址設(shè)置指令l讀取忙標(biāo)志BF和地址計(jì)數(shù)器AC指令lCGRAM或DDRAM寫數(shù)據(jù)指令lCGRAM或DDRAM讀數(shù)據(jù)指令 3 LCD顯示處理及接口設(shè)計(jì)l接口設(shè)計(jì) 3 LCD顯示處理及接口設(shè)計(jì)l程序設(shè)計(jì)l檢測(cè)忙標(biāo)志BF子程序BF: CLR A CLR RS SETB R/W MOVX A, R0 JB ACC.7，BF RET 3 LCD顯示處理及接口設(shè)計(jì)l寫數(shù)據(jù)到指令寄存器IR子程序，R1暫存指令WI: CLR R/W CLR RS MOV A, R1 MOVX R0，A RETl

12、寫數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)寄存器DR子程序，R2暫存字符代碼WD: SETB RS CLR R/W MOV A, R2 MOVX R0，A RET 3 LCD顯示處理及接口設(shè)計(jì)l初始化INI: MOV R1，#38H ;功能設(shè)置 LCALL BF LCALL WI MOV R1，#01H ;清顯示 LCALL BF LCALL WI MOV R1，#06H ;輸入方式設(shè)置 LCALL BF LCALL WI MOV R1，#0CH ;顯示開(kāi)/關(guān)控制設(shè)置 LCALL BF LCALL WI 3 LCD顯示處理及接口設(shè)計(jì)l寫欲顯示字符的字符代碼到DDRAM，字符代碼存放在0300H起始的程序存儲(chǔ)器中，共40個(gè)字

13、符WDD: MOV DPTR, #0300H MOV R5，#20 ;每行顯示20個(gè)字符 MOV R1，#80H ;屏幕第一行 LCALL BF LCALL WILOOP1： CLR A MOVC A, A+DPTR MOV R2，A LCALL BF LCALL WD INC DPTR DJNZ R5，LOOP1 3 LCD顯示處理及接口設(shè)計(jì) MOV R5，#20 ;顯示數(shù)量 MOV R1，#0C0H ;屏幕第二行 LCALL RF LCALL WILOOP3： CLR A MOVC A, A+DPTR MOV R2，A LCALL BF LCALL WD INC DPTR DJNZ R5，

14、LOOP3 END 4 觸摸屏處理及接口設(shè)計(jì)l觸摸屏概述l基本原理l操作者用手指或其他工具觸摸屏，系統(tǒng)根據(jù)觸摸的圖標(biāo)或菜單定位選擇信息輸入l基本組成l檢測(cè)部件l安裝在顯示器前面，檢測(cè)觸摸位置，轉(zhuǎn) 換為觸摸信號(hào)l控制器l將觸摸信號(hào)再轉(zhuǎn)換成觸摸坐標(biāo)送給CPU，同時(shí)能接收CPU指令并加以執(zhí)行 4 觸摸屏處理及接口設(shè)計(jì)l幾個(gè)問(wèn)題l透明性能l觸摸屏由多層復(fù)合薄膜構(gòu)成，透明性能直接影響視覺(jué)效果，衡量指標(biāo)：透明度、色彩失真度、反光性、清晰度l絕對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)l每次觸摸產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過(guò)校準(zhǔn)轉(zhuǎn)為屏幕上的坐標(biāo)，同一位置點(diǎn)的輸出數(shù)據(jù)是固定的l漂移問(wèn)題l不能保證同一觸摸點(diǎn)每一次采樣數(shù)據(jù)相同l檢測(cè)與定位l觸摸屏的絕對(duì)定位是依

15、靠傳感器來(lái)完成的，不同的定位原理和傳感器決定了觸摸屏的反應(yīng)速度、可靠性、穩(wěn)定性等。 4 觸摸屏處理及接口設(shè)計(jì)l觸摸屏的分類、原理、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)l電阻式l兩導(dǎo)體層中間襯隔離層，觸摸時(shí)，兩導(dǎo)體層在觸摸點(diǎn)接觸。 4 觸摸屏處理及接口設(shè)計(jì)l由于導(dǎo)體層是阻性的，導(dǎo)體層兩邊加電壓后，整個(gè)導(dǎo)體層存在電壓梯度，故不同觸點(diǎn)的電壓不同，據(jù)此計(jì)算接觸點(diǎn)坐標(biāo)。lX和Y方向分開(kāi)計(jì)算坐標(biāo)，一個(gè)方向加電壓VREF和0V，另一個(gè)方向的負(fù)電極懸空，從正極獲取分壓，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并與VREF比較，得到坐標(biāo)。 4 觸摸屏處理及接口設(shè)計(jì)l優(yōu)點(diǎn)：不怕油污、灰塵、水，經(jīng)濟(jì)，占90%市場(chǎng)l缺點(diǎn)：復(fù)合薄膜的外層采用塑料材料，易劃傷報(bào)廢l電容

16、式l在玻璃屏幕上鍍一層透明的阻性導(dǎo)體層，上面加一層保護(hù)玻璃。導(dǎo)體層作為工作面，四周鍍電極，從四個(gè)角引線，加入高頻信號(hào)。 4 觸摸屏處理及接口設(shè)計(jì)l當(dāng)手指觸摸外層玻璃時(shí)，由于人體電場(chǎng)的存在，手指與導(dǎo)體層形成一個(gè)耦合電容，高頻電流會(huì)被電容分流，分去的電流與觸摸位置到電極的距離成反比，據(jù)此計(jì)算出觸點(diǎn)坐標(biāo)。l優(yōu)點(diǎn)l最可靠l最精確l缺點(diǎn)l最貴l反光嚴(yán)重l色彩失真l易隨溫度和濕度變化漂移，導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確l絕緣碰觸沒(méi)反應(yīng) 4 觸摸屏處理及接口設(shè)計(jì)l紅外線式l基于光束阻斷技術(shù)，顯示器表面不需覆蓋任何材料。僅在四周安放光點(diǎn)距架框，排放紅外發(fā)射管和接收管，在屏幕表面形成紅外線柵格。 4 觸摸屏處理及接口設(shè)計(jì)l當(dāng)觸

17、摸屏幕時(shí)，會(huì)擋住紅外線，接收管信號(hào)發(fā)生變化，控制器根據(jù)X、Y兩個(gè)方向接收管信號(hào)的變化確定觸點(diǎn)坐標(biāo)。l優(yōu)點(diǎn)l價(jià)格低l完全透光，不影響顯示器清晰度l響應(yīng)速度比電容式快l缺點(diǎn)l分辨率不高l壽命短l易受外界光干擾l不防水防塵 4 觸摸屏處理及接口設(shè)計(jì)l表面聲波觸摸屏l顯示器前面安裝玻璃屏，左上角和右下角各固定垂直和水平方向的超聲波發(fā)射換能器，右上角在兩個(gè)方向固定相應(yīng)的接收換能器，玻璃的四邊刻有45由疏到密的反射條紋。 4 觸摸屏處理及接口設(shè)計(jì)l發(fā)射器發(fā)出的超聲波經(jīng)反射形成均勻波面，再經(jīng)反射被接收器接收，接收器將聲波能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。發(fā)射器發(fā)出一個(gè)窄脈沖，就有不同路徑的能量到達(dá)接收器，對(duì)應(yīng)輸出的電信號(hào)在時(shí)間上有先后。l觸摸屏?xí)r，某條路徑上的聲波能量被部分吸收，接收器輸出的電信號(hào)在某一時(shí)間產(chǎn)生衰減，根據(jù)衰減時(shí)間確定觸點(diǎn)坐標(biāo)。l優(yōu)點(diǎn)l低輻射、不怕震、抗刮性能好l透光率高，能保證圖像質(zhì)量l沒(méi)有漂移，有第三軸（壓力）效應(yīng)l缺點(diǎn)l導(dǎo)波槽易被阻塞，需經(jīng)常維護(hù)；容易受噪聲干擾 4 觸摸屏處理及接口設(shè)計(jì)l控制器ADS7843l內(nèi)部組成l模擬開(kāi)關(guān)l12位逐次逼近ADCl同步串行接口l引腳配置l2/3：觸摸屏正極l4/5：觸摸屏負(fù)極l11：觸摸中斷l(xiāng)12/14/16：串行口l13：忙指示l15：片選l控制字lS：數(shù)據(jù)傳輸起始標(biāo)