微機(jī)原理與接口技術(shù)-第10章人機(jī)交互設(shè)備交口技術(shù)

1、+5V+5V+5V最簡(jiǎn)單的線性構(gòu)造鍵盤每一個(gè)引腳銜接一個(gè)鍵輸入0/1反映健能否高低第10章 人機(jī)交互設(shè)備接口技術(shù) 10.1 鍵盤及其接口+5V+5V控制線檢測(cè)線常用的矩陣構(gòu)造鍵盤每行銜接一個(gè)引腳每列銜接一個(gè)引腳利用控制線為低、讀取檢測(cè)線來識(shí)別閉合鍵10.1 鍵盤及其接口1. 掃描法先使第0行接低電平，其他行為高電平，然后看第0行能否有鍵閉合經(jīng)過檢查列線電位實(shí)現(xiàn)以后，再將第1行接地，然后檢測(cè)列線能否有變?yōu)榈碗娢坏木€。如此往下一行一行地掃描，直到最后一行在掃描過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一行有鍵閉合時(shí)，便在掃描中途退出經(jīng)過組合行線和列線可識(shí)別此刻按下的是哪一鍵10.1 鍵盤及其接口2. 抖動(dòng)和重健問題機(jī)械按鍵

2、存在抖動(dòng)景象當(dāng)按下或釋放一個(gè)鍵時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)按鍵在閉合位置和斷開位置之間跳幾下才穩(wěn)定到閉合形狀抖動(dòng)的繼續(xù)時(shí)間通常不大于10ms采用硬件消抖電路或軟件延時(shí)方法處理重鍵指兩個(gè)或多個(gè)鍵同時(shí)閉合出現(xiàn)重鍵時(shí)，讀取的鍵值必然出現(xiàn)有一個(gè)以上的0能否給予識(shí)別和識(shí)別哪一個(gè)鍵重健問題的處置簡(jiǎn)單情況：不予識(shí)別，以為是錯(cuò)誤的按鍵通常情況：只成認(rèn)先識(shí)別出來的鍵正常的組合鍵：都識(shí)別出來DBPB6PB7PAIRQ1T1P10P21P11P22P204 GND1 CLOCK2 DATA5 +5V3 RESETPC機(jī)鍵盤系統(tǒng)板80488255A8259ALS322串并轉(zhuǎn)換器鍵盤陣列按鍵選通PC機(jī)鍵盤的任務(wù)原理PC機(jī)鍵盤的任務(wù)過

3、程鍵盤電路正常任務(wù)時(shí)不斷地掃描鍵盤矩陣有按鍵，那么確定按鍵位置之后以串行數(shù)據(jù)方式發(fā)送給系統(tǒng)板鍵盤接口電路鍵按下時(shí)，發(fā)送該鍵的接通掃描碼鍵松開時(shí)，發(fā)送該鍵的斷開掃描碼假設(shè)不斷按住某鍵，那么以拍發(fā)速率每秒230次延續(xù)發(fā)送該鍵的接通掃描碼接通掃描碼反映該鍵在鍵盤上的位置斷開掃描碼接通掃描碼最高位置1=接通掃描碼80H 模擬量D/A傳感器執(zhí)行元件A/D數(shù)字量數(shù)字量模擬量模擬量輸入(數(shù)據(jù)采集)模擬量輸出(過程控制)計(jì)算機(jī)10.2 D/A 轉(zhuǎn)換器模擬量I/O通道的組成模擬接口電路的義務(wù)模擬電路的義務(wù)0010110110101100工業(yè)生產(chǎn)過程傳感器放大濾波多路轉(zhuǎn)換&采樣堅(jiān)持A/D轉(zhuǎn)換放大驅(qū)動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換輸出

4、接口微型計(jì)算機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入接口物理量變換信號(hào)處置信號(hào)變換I/O接口輸入通道輸出通道10.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器概述D/A變換器的根本任務(wù)原理組成：模擬開關(guān)、電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器 兩種電阻網(wǎng)絡(luò)：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)根本構(gòu)造如圖：VrefRf 模擬開關(guān)電阻網(wǎng)絡(luò)VO數(shù)字量D/A變換原理 運(yùn)放的放大倍數(shù)足夠大時(shí)，輸出電壓Vo與輸入電壓Vin的關(guān)系為：式中：Rf 為反響電阻 R 為輸入電阻 VinRf VoR 假設(shè)輸入端有n個(gè)支路, 那么輸出電壓VO與輸入電壓Vi的關(guān)系為：VinRf VOR1式中：Ri 為第i支路的輸入電阻Rn令每個(gè)支路的輸入電阻為2iRf , 并令Vin為一基準(zhǔn)電壓Vref

5、，那么有假設(shè)每個(gè)支路由一個(gè)開關(guān)Si控制，Si=1表示Si合上，Si=0表示Si斷開，那么上式變換為 假設(shè)Si=1,該項(xiàng)對(duì)VO有奉獻(xiàn)假設(shè)Si=0,該項(xiàng)對(duì)VO無奉獻(xiàn)2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRf VOS1S2S3S4S5S6S7S8與上式相對(duì)應(yīng)的電路如下(圖中n=8) 圖中的電阻網(wǎng)絡(luò)就稱為權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)10.2.2 典型D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832特性：8位電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器T型電阻網(wǎng)絡(luò)差動(dòng)輸出DAC0832內(nèi)部構(gòu)造.引腳功能D7D0：輸入數(shù)據(jù)線ILE：輸入鎖存允許CS#：片選信號(hào) 用于把數(shù)據(jù)寫入到輸入鎖存器WR1#：寫輸入鎖存器 WR2#：寫DAC存

6、放器XFER#：允許輸入鎖存器的數(shù)據(jù)傳送到DAC存放器 上述二個(gè)信號(hào)用于啟動(dòng)轉(zhuǎn)換VREF：參考電壓，-10V+10V，普通為+5V或+10VIOUT1、IOUT2：D/A轉(zhuǎn)換差動(dòng)電流輸出，接運(yùn)放的輸入Rfb：內(nèi)部反響電阻引腳，接運(yùn)放輸出AGND、DGND：模擬地和數(shù)字地 .任務(wù)時(shí)序D/A轉(zhuǎn)換可分為兩個(gè)階段：CS#=0、WR1#=0、ILE=1，使輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入存放器WR2#=0、XFER#=0，數(shù)據(jù)送到DAC存放器，并開場(chǎng)轉(zhuǎn)換寫輸入存放器寫DAC存放器.任務(wù)方式單緩沖方式雙緩沖方式DAC0832的接口設(shè)計(jì)-單緩沖方式1. 使數(shù)據(jù)輸入存放器任務(wù)在鎖存形狀，DAC存放器任務(wù)在不鎖存形狀LE2一

7、直有效，DAC存放器直通。只運(yùn)用一級(jí)緩沖。適用于大多數(shù)情況.單緩沖方式使輸入鎖存器或DAC存放器二者之一處于直通，即芯片只占用一個(gè)端口地址。CPU只需一次寫入即開場(chǎng)轉(zhuǎn)換。寫入數(shù)據(jù)的程序?yàn)椋?MOV DX，PORT MOV AL，DATA OUT DX，AL雙緩沖方式規(guī)范方式對(duì)輸入存放器和DAC存放器均需控制；當(dāng)輸入存放器控制信號(hào)有效時(shí)，數(shù)據(jù)寫入輸入存放器中；再在DAC存放器控制信號(hào)有效時(shí)，數(shù)據(jù)才寫入DAC存放器，并啟動(dòng)變換；此時(shí)芯片占用兩個(gè)端口地址；優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)接納與D/A轉(zhuǎn)換可異步進(jìn)展； 可實(shí)現(xiàn)多個(gè)DAC同步轉(zhuǎn)換輸出特點(diǎn)：分時(shí)寫入、同步轉(zhuǎn)換雙緩沖方式同步轉(zhuǎn)換舉例A10-A0譯碼器0832-10

8、832-2port1port2port3.雙緩沖方式的數(shù)據(jù)寫入程序MOV AL，data MOV DX，port1 0832-1的輸入存放器地址OUT DX，ALMOV DX，port2 0832-2的輸入存放器地址OUT DX，AL MOV DX，port3 DAC存放器地址OUT DX，AL HLT.D/A轉(zhuǎn)換器的運(yùn)用函數(shù)發(fā)生器只需往D/A轉(zhuǎn)換器寫入按規(guī)律變化的數(shù)據(jù)，即可在輸出端獲得正弦波、三角波、鋸齒波、方波、階梯波、梯形波等函數(shù)波形。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制用不同的數(shù)值產(chǎn)生不同的電壓，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速其他需求用電壓/電流來進(jìn)展控制的場(chǎng)所 10.3 模/數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器用途將延續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換

9、為數(shù)字信號(hào)，以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)展處置。常用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或數(shù)字化聲音。采樣：把時(shí)間延續(xù)變化的信號(hào)變換為時(shí)間離散的信號(hào)。堅(jiān)持：堅(jiān)持采樣信號(hào)，使有充分時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。量化：把采樣堅(jiān)持電路的輸出信號(hào)用單位量化電壓的 整數(shù)倍表示。編碼：把量化的結(jié)果用二進(jìn)制代碼表示。A /D 轉(zhuǎn)換的普通步驟 uI(t)C量化編碼電路Dn-1D1D0uI(t)S采樣堅(jiān)持電路輸入模擬量輸出數(shù)字量1) 采樣和堅(jiān)持采樣將一個(gè)時(shí)間上延續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)為時(shí)間上斷續(xù)變化的離散的模擬量?；颍喊岩粋€(gè)時(shí)間上延續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為一個(gè)脈沖串，脈沖的幅度取決于輸入模擬量。堅(jiān)持將采樣得到的模擬量值堅(jiān)持下來，使之等于采樣控制脈沖存在的最后瞬間的采

10、樣值。目的： A/D轉(zhuǎn)換期間堅(jiān)持采樣值恒定不變。對(duì)于慢速變化的信號(hào)，可省略采樣堅(jiān)持電路采樣堅(jiān)持電路S/H由MOS管采樣開關(guān)T、堅(jiān)持電容Ch和運(yùn)放構(gòu)成的跟隨器三部分組成。采樣控制信號(hào)S(t)=1時(shí)，T導(dǎo)通，Vin向Ch充電，Vc和Vout跟蹤Vin變化，即對(duì)Vin采樣。S(t)=0時(shí)，T截止，Vout將堅(jiān)持前一瞬間采樣的數(shù)值不變。ChTVoutVin采樣控制S(t)采樣堅(jiān)持電路的波形VinS(t)Vout進(jìn)展A/D轉(zhuǎn)換時(shí)所用的輸入電壓，就是對(duì)堅(jiān)持下來的采樣電壓每次采樣終了時(shí)的輸入電壓進(jìn)展轉(zhuǎn)換。采樣周期確實(shí)定采樣通常采用等時(shí)間間隔采樣。采樣頻率fs不能低于2fimaxfimax為輸入信號(hào)Vin的最

11、高次諧波分量的頻率；fs的上限受計(jì)算機(jī)的速度、存儲(chǔ)容量、器件速度的限制。實(shí)踐中普通取fs為fimax的4-5倍。2) 量化和編碼量化就是用根本的量化電平的個(gè)數(shù)來表示采樣到模擬電壓值。即把時(shí)間上離散而數(shù)值上延續(xù)的模擬量以一定的準(zhǔn)確度變換為時(shí)間上、數(shù)值上都離散的具有規(guī)范量化級(jí)的等效數(shù)字值。量化電平的大小取決于A/D變換器的字長(zhǎng)編碼是把曾經(jīng)量化的模擬數(shù)值(它一定是量化電平的整數(shù)倍)用二進(jìn)制碼、BCD碼或其它碼來表示。10.3.1 任務(wù)原理及技術(shù)目的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器原理：類似天平稱分量時(shí)的嘗試法，逐漸用砝碼的累積分量去逼近被稱物主要技術(shù)目的精度 量化間隔(分辨率) = Vmax/電平數(shù)(即滿量程

12、值) 例：某8位ADC的滿量程電壓為5V，那么其分辨率為 5V/255=19.6mV 量化誤差: 用數(shù)字離散量表示延續(xù)量時(shí)，由于數(shù)字量字長(zhǎng)有限而無法準(zhǔn)確地表示延續(xù)量所呵斥的誤差。(字長(zhǎng)越長(zhǎng)，精度越高)絕對(duì)量化誤差 = 量化間隔/2 = (滿量程電壓/(2n-1)/2相對(duì)量化誤差 = 1/2 * 1/量化電平數(shù)目 * 100%例：滿量程電壓=10V，A/D變換器位數(shù)=10位，那么 絕對(duì)量化誤差 10/211 = 4.88mV 相對(duì)量化誤差 1/211 *100% = 0.049%主要技術(shù)目的續(xù)轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換一次需求的時(shí)間。精度越高字長(zhǎng)越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換速度越慢。輸入動(dòng)態(tài)范圍允許轉(zhuǎn)換的電壓的范圍。如05V、

13、-5V+5V、 010V等。典型的A/D轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介ADC08098通道8路輸入8位字長(zhǎng) 逐位逼近型轉(zhuǎn)換時(shí)間100s 內(nèi)置三態(tài)輸出緩沖器引腳功能 D7D0：輸出數(shù)據(jù)線三態(tài)IN0IN7：8通道路模擬輸入ADDA、ADDB、ADDC：通道地址通道選擇ALE：通道地址鎖存START：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換EOC：轉(zhuǎn)換終了，可用于查詢或作為中斷懇求OE：輸出允許翻開輸出三態(tài)門CLK：時(shí)鐘輸入10KHz1.2MHzVREF(+)、VREF(-)：基準(zhǔn)參考電壓ADC0809內(nèi)部構(gòu)造START EOC CLK OED7D0VREF(+) VREF(-)ADDCADDBADDAALEIN0IN7比較器8路模擬開關(guān)樹狀開關(guān)電阻

14、網(wǎng)絡(luò)三態(tài)輸出鎖存器時(shí)序與控制地址鎖存及譯碼D/A8個(gè)模擬輸入通道8選1逐位逼近存放器SAR.任務(wù)時(shí)序 ADC0809的任務(wù)過程送通道地址，以選擇要轉(zhuǎn)換的模擬輸入；鎖存通道地址到內(nèi)部地址鎖存器；啟動(dòng)A/D變換；判別轉(zhuǎn)換能否終了；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果ADC0809與系統(tǒng)的銜接 模擬輸入端INi單路輸入模擬信號(hào)可銜接到任何一個(gè)輸入端；地址線可根據(jù)輸入固定銜接；也可以由CPU給一個(gè)固定地址。 多路輸入模擬信號(hào)按順序分別銜接到輸入端；要轉(zhuǎn)換哪一路輸入，就將其編號(hào)送到地址線上(動(dòng)態(tài)選擇)。單路輸入時(shí)ADDCADDBADDAIN4ADC0809輸入多路輸入時(shí)ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC

15、0809輸入0輸入1輸入2輸入3輸入4CPU指定通道號(hào)+5V地址線ADDA-ADDC多路輸入時(shí)，地址線不能固定銜接到5V或地線，而是要經(jīng)過一個(gè)接口芯片與數(shù)據(jù)總線銜接。接口芯片可以選用：鎖存器74LS273，74LS373等要占用一個(gè)I/O地址可編程并行接口8255要占用四個(gè)I/O地址CPU用一條OUT指令把通道地址經(jīng)過接口芯片送給ADC0809ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809輸入DB74LS273Q2Q1Q0CP來自I/O譯碼D0-D7ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809DB8255PB2PB1PB0CS#來自I/O譯碼D0-

16、D7A1A0A1A0用鎖存器作為ADC0809的接口用8255作為ADC0809的接口分別銜接：用兩個(gè)信號(hào)分別進(jìn)展控制需占用兩個(gè)I/O端口或兩個(gè)I/O線(用8255時(shí))；一致銜接：用一個(gè)脈沖信號(hào)的上升沿進(jìn)展地址鎖存，下降沿實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換只需占用一個(gè)I/O端口或一個(gè)I/O線(用8255時(shí))。 ADC0809ALESTART獨(dú)立銜接來自I/O譯碼1來自I/O譯碼2ADC0809ALESTART一致銜接來自I/O譯碼ALE和START端的銜接 軟件延時(shí)等待(比如延時(shí)1ms)不用EOC信號(hào)CPU效率最低，只能按最大轉(zhuǎn)換時(shí)間延時(shí)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)軟件查詢EOC形狀EOC經(jīng)過一個(gè)三態(tài)門連到數(shù)據(jù)總線的D0(或D1、D2等)三態(tài)門要占用一個(gè)I/O端口地址CPU效率低把EOC作為中斷懇求信號(hào)，向CPU懇求中斷在中斷效力程序中讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果，效率高判別轉(zhuǎn)換終了的方法軟件查詢方法判別EOC形狀將EOC信號(hào)經(jīng)過一個(gè)三態(tài)門銜接到數(shù)據(jù)總線；三態(tài)門占用一個(gè)I/O端口地址；CPU經(jīng)過不斷讀取該三態(tài)門端口的輸入數(shù)據(jù)，來確定能否轉(zhuǎn)換終了。D0IN0A15-A0IOR#IOW#D7-D0D7-D0EOCOESTARTALEADDCADDBADDA譯碼器ADC0809模擬信號(hào)輸入ADC0809與系統(tǒng)的銜接