第03章 人機(jī)交互接口技術(shù)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)化教研室自動(dòng)化專業(yè)主干課程華北科技學(xué)院電子信息工程學(xué)院第3章人機(jī)交互接口技術(shù)3.1鍵盤接口技術(shù)3.2LED顯示接口技術(shù)3.3LCD顯示接口技術(shù)3.1鍵盤接口技術(shù)鍵盤的種類：鍵盤上閉合鍵的識(shí)別是由專用硬件實(shí)現(xiàn)的，稱為編碼鍵盤，靠軟件實(shí)現(xiàn)的稱為非編碼鍵盤。鍵盤的接口必須解決下列的一些問(wèn)題：（1）決定是否有鍵按下；（2）如有鍵按下，決定是哪一個(gè)鍵被按下；（3）確定被按鍵的讀數(shù)； （4）反彈跳—按鍵抖動(dòng)的消除。（5）處理同時(shí)按鍵既同時(shí)有一個(gè)以上的按鍵。3.1.1非編碼鍵盤1.獨(dú)立連接式非編碼鍵盤μP接口+V10kΩ*42.矩陣式非編碼鍵盤識(shí)別按鍵的方法行掃描法行線x2x1x0y0y1y2y3列線0489512376AB10KΩ*3+5V行碼列碼0鍵：11011101鍵：11011012鍵：11010113鍵：11001114鍵：10111105鍵：1011101A鍵：0111011并行接口11010000+5V+5V并行接口11011011+5V+5VP2.7P2.0WRRDALEP08031CEIO/MWRRDALED0~D7PA7PA0PC0PC1PC2PC3+5V0123456789101112131415161718192021222324252627282930315.1K×4+5V1K20μFRESET8155PA6PA5PA4PA3PA2PA1非編碼鍵盤接口3.1.2鍵盤信號(hào)鍵盤信號(hào)的獲取方法有三種：程序掃描法中斷掃描法定時(shí)中斷法鍵盤監(jiān)控程序設(shè)計(jì)方法有三種：

直接分析法狀態(tài)矩陣法可編程鍵盤/顯示接口如8279

3.1.3編碼鍵盤

編碼鍵盤的基本任務(wù)是識(shí)別按鍵，提供按鍵讀數(shù)，一個(gè)高質(zhì)量的編碼鍵盤還應(yīng)具有反彈跳、處理同時(shí)按鍵等功能.

靜態(tài)編碼器—普通編碼器如74148可編程鍵盤/顯示接口如8279

靜態(tài)式編碼器接口11101234567101112131234897674148EIA0A1A2A2’A1’A0’A0’A1’A2’鍵01234567000011110011001101010101a）接口電路b）真值表D0D1D2D3D4D5D6D7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALEP2.7RDINT18051RL7RL6RL5RL4RL3RL2RL1RL0CLKA0WRRDIRQ74LS373RESETSHIFTCNTL20μF+5V2KSL0SL1SL2827974LS138Y0~Y7VCC+5V1514131211109876543210BIC8708dpBIC8708+5VfgcedbaB0B1B2B3A0A1A2A3CSWR3.1.4非編碼鍵盤的掃描程序設(shè)計(jì)下面以通過(guò)8155擴(kuò)展I/O口組成的4×8非編碼鍵盤為例介紹行列式鍵盤工作原理及掃描程序設(shè)計(jì)。通過(guò)8155擴(kuò)展I/O口組成的4×8非編碼鍵盤如圖所示。圖6-358155擴(kuò)展I/O口組成的4×8非編碼鍵盤1.鍵盤工作原理確定按下的鍵的鍵號(hào)：為了方便鍵處理程序的設(shè)計(jì)，一般采用依次排列鍵值的方法，以保證鍵值和鍵號(hào)一致。比如，根據(jù)行列式鍵盤工作原理，圖中的32個(gè)鍵的鍵值如下（X為任意值）：FEXE FDXE FBXE F7XE EFXE DFXE BFXE 7FXEFEXD FDXD FBXD F7XD EFXD DFXD BFXD 7FXDFEXB FDXB FBXB F7XB EFXB DFXB BFXB 7FXBFEX7 FDX7 FBX7 F7X7 EFX7 DFX7 BFX7 7FX72.鍵盤掃描程序設(shè)計(jì)較常用的鍵盤掃描的工作方式有編程掃描方式和中斷掃描方式兩種。（1）編程掃描方式設(shè)在主程序中已將8155的PA口為基本輸出口，PC口為基本輸入口。鍵盤掃描程序流程框圖如圖所示。圖6-36鍵盤掃描程序流程框圖鍵盤掃描子程序清單：KEY1:ACALLKS1 ；有無(wú)鍵按下子程序 JNZ LK1 ；有鍵按下，轉(zhuǎn)去抖延時(shí) AJMP KEY1 ；無(wú)鍵按下，繼續(xù)掃描LK1: ACALL DELA12 ；12ms延時(shí)程序調(diào)用 ACALL KS1 ；判斷鍵是否真正按下 JNZ LK2 ；有鍵按下，轉(zhuǎn)逐列掃描 AJMP KEY1 ；無(wú)鍵按下，繼續(xù)掃描LK2: MOV R2,#0FEH ；設(shè)置首列掃描字 MOV R4,#00H ；保存首列號(hào)LK4: MOV DPTR,#7F01H ；列掃描字送至PA口MOV A,R2 MOVX @DPTR,A INC DPTR ；指向PC口 INC DPTR MOVX A,@DPTR ；讀入行狀態(tài) JB ACC.0,LONE ；第0行無(wú)鍵按下，轉(zhuǎn)LONE MOV A,#00H ；有鍵按下，設(shè)置行首鍵號(hào) AJMP LKP ；轉(zhuǎn)求鍵號(hào)LONE: JB ACC.1,LTWO ；第1行無(wú)鍵按下，轉(zhuǎn)LTWO MOV A,#08H ；有鍵按下，設(shè)置行首鍵號(hào) AJMP LKP ；轉(zhuǎn)求鍵號(hào)LTWO: JB ACC.2,LTHR ；第2行無(wú)鍵按下，轉(zhuǎn)LTHR MOV A,#10H ；有鍵按下，設(shè)置行首鍵? AJMP LKP ；轉(zhuǎn)求鍵號(hào)LTHR:JB ACC.3,NEXT ；第3行無(wú)鍵按下，查下一列 MOV A,#18H ；有鍵按下，設(shè)置行首鍵LKP: ADD A,R4 ；求鍵號(hào)，鍵號(hào)=行首鍵號(hào)+列號(hào) PUSH ACC ；保護(hù)鍵號(hào)LK3: ACALL KS1 ；等待鍵釋放 JNZ LK3 ；鍵未釋放，繼續(xù)等待 POP ACC ；鍵釋放，鍵號(hào)送A AJMP OVER ；鍵掃描結(jié)束NEXT: INC R4 ；列號(hào)加1，指向下一列 MOV A,R2 ；判斷8列掃描完否 JNB ACC.7,KND ；8列掃描完，繼續(xù) RL A ；掃描字左移一位 MOV R2,A ；送掃描字 AJMP LK4 ；轉(zhuǎn)下一列掃描KND: AJMP KEY1OVER: RET ；鍵掃描結(jié)束KS1: MOV DPTR,#7F01H ；指向PA口 MOV A,#00H ；設(shè)置掃描字 MOVX @DPTR,A ；掃描字送PA口 INC DPTR ；指向PC口 INC DPTR MOVX A,@DPTR ；讀入PC口狀態(tài) CPL ；以高電平表示有鍵按下 ANL A,#0FH ；屏蔽高4位 RET（2）中斷掃描工作方式圖6-37中斷掃描方式鍵盤接口3.1.5編碼鍵盤8276和51系列的單片機(jī)的連接非常簡(jiǎn)單，其接口電路的一般連接方法如圖所示。圖6-38通過(guò)8276擴(kuò)展的鍵盤接口電路當(dāng)有鍵按下時(shí)，8276內(nèi)部由硬件自動(dòng)生成一個(gè)與之相應(yīng)的代碼，編碼的格式如表所示。表編碼格式表8×8鍵盤的鍵值如表所示。表8×8鍵盤鍵值表3.2.1LED顯示器件工作原理LED顯示器件是通過(guò)發(fā)光二極管顯示字段的器件。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中常用的是由7段LED數(shù)碼管，它的顯示塊中有8個(gè)發(fā)光二極管，7個(gè)發(fā)光二極管組成字符“8”，1個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)，因此有人稱7段LED數(shù)碼管為8段顯示器。LED數(shù)碼管有共陰極和共陽(yáng)極兩類。共陰極LED數(shù)碼管的發(fā)光二極管的陰極共地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極電壓為高電平時(shí)，二極管發(fā)光；而共陽(yáng)極LED數(shù)碼管是發(fā)光二極管的陽(yáng)極共接，當(dāng)某個(gè)二極管的陰極電壓為低電平時(shí)，二極管發(fā)光。3.2LED顯示接口技術(shù)圖LED數(shù)碼管管腳配置圖（a）共陰極（b）共陽(yáng)極圖兩類LED數(shù)碼管表7段LED段選碼3.2.2LED顯示方式在微機(jī)控制系統(tǒng)中，一般利用N塊LED顯示器件構(gòu)成N位LED顯示器。構(gòu)成原理圖如圖所示。圖N位LED顯示器原理圖1.LED靜態(tài)顯示方式一個(gè)四位靜態(tài)LED顯示電路。圖四位靜態(tài)LED顯示電路2.LED動(dòng)態(tài)顯示方式LED動(dòng)態(tài)顯示就是將所有顯示位的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，而位選線則由其他的I/O口控制。一個(gè)8位動(dòng)態(tài)LED顯示電路。圖8位動(dòng)態(tài)LED顯示電路3.2.3LED顯示程序設(shè)計(jì)1.硬件譯碼顯示程序設(shè)計(jì)MC14465是CMOSBCD——七段十六進(jìn)制鎖存、譯碼驅(qū)動(dòng)芯片。MC14465能完成BCD碼至十六進(jìn)制數(shù)的鎖存和譯碼，并具有驅(qū)動(dòng)能力。利用MC14465實(shí)現(xiàn)的8位靜態(tài)LED顯示接口電路如圖所示。圖利用MC14465實(shí)現(xiàn)的8位靜態(tài)LED顯示接口電路圖設(shè)要顯示的BCD碼放在以DATA為首址的RAM單元中。顯示程序設(shè)計(jì)如下：… … MOV R0,DATA ；設(shè)置數(shù)據(jù)區(qū)首址 MOV A,@R0 ；讀要顯示的BCD碼 ADD A,#80H MOV P1,A ；顯示第一位 INC R0 MOV A,@R0 ADD A,#60H MOV P1,A ；顯示第二位 INC R0 … …. INC R0 MOV A,@R0 ADD A,#F0H MOV P1,A ；顯示第八位2.軟件譯碼顯示程序設(shè)計(jì)（1）軟件譯碼靜態(tài)顯示電路（2）軟件譯碼動(dòng)態(tài)顯示電路（1）軟件譯碼靜態(tài)顯示電路采用8位串行輸入/串、并輸出移位寄存器74LS565的兩位軟件譯碼靜態(tài)顯示電路。該電路采用串行輸入控制方案實(shí)現(xiàn)字符的顯示，大大減少了I/O口線的占用。如果需要顯示更多的位數(shù)時(shí)，只需級(jí)連多片74LS565即可，且不必占用其他的I/O口線。圖通過(guò)74LS565實(shí)現(xiàn)的軟件譯碼靜態(tài)顯示電路顯示程序流程框圖如圖所示。（a）顯示主程序（b）串行輸出程序顯示程序清單：DAT BIT P1.7 TRAN BIT P1.6 PUL BIT P1.5SHOW: CLR C MOV DPTR,#3000H ；設(shè)定段選碼的初始地址START: MOV A,DATA ；讀要顯示的數(shù)據(jù) ANL A,#0F0H ；屏蔽低4位 SWAP A ；高4位和低4位互換 ACALL SET8WEI ；串行輸出子程序調(diào)用 MOV A,DATA ANL A,#0FH ；屏蔽高4位ACALL SET8WEI ；串行輸出子程序調(diào)用 NOP NOP SETB TRAN ；鎖存并顯示輸出數(shù)據(jù) NOP NOP CLR TRAN NOP NOP RETSET8WEI: MOVC A,@A+DPTR ；讀顯示字符的段選碼 MOV R7,#08H ；設(shè)置循環(huán)次數(shù)SET81: RRC A ；段選碼的最低位移入進(jìn)位標(biāo)志位中 JC SETH ；CY=1,轉(zhuǎn)至SETHCLR DAT ；P1.7為低電平 NOP CLR PUL ；送移位脈沖 NOP SETB PUL NOP AJMP SET82SETH: SETB DAT ；P1.7為高電平NOP CLR PUL NOP SETB PUL NOPSET82: DJNZ R7,SET81 ；段選碼輸出未完成，繼續(xù) RET ORG 3000H ；共陰極LED顯示段選碼 DB 3FH,06H,5BH,4FH,06H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,36H,5EH,76H,71H（2）軟件譯碼動(dòng)態(tài)顯示電路通過(guò)8155擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)的8位LED動(dòng)態(tài)顯示接口。圖中利用PA口輸出段選碼，PB口輸出位選碼。利用8155擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)顯示程序流程如圖所示。利用8155擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)顯示程序清單：DISP: MOV A,#03H ；8155初始化數(shù)據(jù) MOV DPTR,#7F00H ；8155命令/狀態(tài)寄存器地址 MOVX @DPTR,A ；設(shè)置顯示數(shù)據(jù)首址 MOV R7,#7FH ；設(shè)置位選字 MOV A,R7DS1: MOV DPTR,#7F02H ；指向PB口 MOVX @DPTR,A ；送位選字 DEC DPTR ；指向PA口 MOV A,@R0 ；讀顯示數(shù)據(jù) ADD A,#0DH ；#0DH為從查表指令到段選碼的首址MOVC A,@A+PC ；查段選碼 MOVX @DPTR,A ；送段選碼至PA口 ACALL DELAY1 ；延時(shí)1毫秒 INC R0 ；指向下一顯示數(shù)據(jù) MOV A,R7 JNB ACC.0,OVER ；判斷是否顯示完8位數(shù)據(jù) RR A ；未顯示完，改變位選字 MOV R7,A AJMP DS1 ；繼續(xù)顯示下一位OVER: RET DB 3FH,06H,5BH,4FH,06H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,36H,5EH,76H,71H3.3LCD顯示接口技術(shù)液晶顯示是一種功耗極低的被動(dòng)式顯示器件。其優(yōu)點(diǎn)為：工作電流比LED小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，尺寸小，厚度約為L(zhǎng)ED的1/3等。LCD的驅(qū)動(dòng)方式:驅(qū)動(dòng)方式由電極引線的選擇確定。既LCD選定后，其驅(qū)動(dòng)方式也就隨之確定了。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)迭加驅(qū)動(dòng)(時(shí)分驅(qū)動(dòng))3.3.1LCD數(shù)碼顯示3.2.1、七段LCD顯示器靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式

VA1=1LCDABC不顯示顯示VBVCVA-VC迭加驅(qū)動(dòng)方式:迭加驅(qū)動(dòng)方式通常采用電壓平均法。其占空比有1/2、1/8、1/12、1/16、1/32、1/64等，偏比有1/2、1/3、1/5、1/7、1/9等。

硬件譯碼的LCD驅(qū)動(dòng)接口ICM7211

七位寬驅(qū)動(dòng)器七位寬鎖存器可編程4/7譯碼器七位寬驅(qū)動(dòng)器七位寬鎖存器可編程4/7譯碼器七位寬驅(qū)動(dòng)器七位寬鎖存器可編程4/7譯碼器七位寬驅(qū)動(dòng)器七位寬鎖存器可編程4/7譯碼器4位鎖存使能2位鎖存使能2/4譯碼器≥1oneshot振蕩器÷128使能檢測(cè)器背光板驅(qū)動(dòng)器BP輸入/輸出輸入數(shù)據(jù)DS1DS2振蕩器輸入CS1CS2第4位段輸出第3位段輸出第2位段輸出第1位段輸出ICM7211AM與8031單片機(jī)的接口

BPICM7211D0D1D2D3DS1DS2CS1CS2=1=1=1=1P1.1P1.2P1.3P1.4P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P2.7WR單片機(jī)3.3.2字符式LCD顯示器

LCM-512-01A點(diǎn)陣字符式液晶顯示模塊:自帶驅(qū)動(dòng)IC和液晶顯示控制IC。該模塊上的控制器是HD44780內(nèi)部有字符發(fā)生器和顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可顯示96個(gè)ASCII字符和92個(gè)特殊字符。

控制器LCD顯示屏驅(qū)動(dòng)器ER/WRSDB0DB7VDDVOVSS二.模塊各管腳的功能為：①Vss：地線輸入端。②VDD：+5V電源輸入端。③Vo：液晶顯示面板亮度調(diào)節(jié)，通過(guò)10~20K的電阻接到+5V和地之間起調(diào)節(jié)亮度的作用。圖3-13所示為Vo的接法。④RS：寄存器選擇信號(hào)輸入線。當(dāng)其為低電平時(shí)，選通指令寄存器；為高電平時(shí)選通數(shù)據(jù)寄存器。⑤R/W：讀/寫信號(hào)輸入線。低電平為寫入，高電平為讀出。⑥E：使能信號(hào)輸入線。讀狀態(tài)下，高電平有效；寫狀態(tài)下，下降沿有效。⑦~(14)D0~D7：

數(shù)據(jù)總線。可以選擇4位總線或8位總線操作，選擇4位總線操作時(shí)使用D4~D7。

三、HD44780指令集1.清顯示命令:

00000001(執(zhí)行時(shí)間1.64ms)2.光標(biāo)返回命令:0000001*(執(zhí)行時(shí)間1.64ms)

3:輸入方式:

000001I/DS(執(zhí)行時(shí)間40μs)設(shè)置光標(biāo)、顯示畫面移動(dòng)的方向。I/D=1，AC自動(dòng)加1，光標(biāo)右移一個(gè)字符位。S=0無(wú)效，S=1有效。4.顯示開(kāi)關(guān)控制:00001DCB

。其中:D=1時(shí)開(kāi)顯示;D=0時(shí)關(guān)顯示C=1時(shí)光標(biāo)顯示;C=0時(shí)光標(biāo)消失B=1為閃爍啟用;B=0時(shí)閃爍關(guān)閉5.光標(biāo)、顯示畫面移動(dòng)：0001S/CR/L**

其中：S/C=1為顯示畫面位移；S/C=0為光標(biāo)位移R/L=1為右移；R/L=0為左移6.功能設(shè)置:001DLNF**。其中:DL=1表示數(shù)據(jù)總線有效位長(zhǎng)為8位;DL=0表總線為4位.N=1表示字符行為兩行;N=0表示字符行為一行.F=1表示字體為5×10點(diǎn)陣;F=0為5×7點(diǎn)陣.(高4有效)7.CGRAM地址設(shè)置:01A5A4A3A2A1A08.DDRAM地址設(shè)置:1A6A5A4A3A2A1A09.讀BF及AC值:BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC010.寫數(shù)據(jù)。11.讀數(shù)據(jù)。

P0.0~0.780C31373138+DB7~0R/WRSERDWR3.3.3圖形式LCD顯示器一、MGLS-19264模塊的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)61203A

192×64點(diǎn)

6120261202

61202VccGNDVo/CSADB0~7/CSBD/IR/WE64646464二、引出線的功能1．

VCC：模塊+5V電源輸入端。2．

GND：地線輸入端。3．

VO：顯示亮度調(diào)節(jié)。4．CSA、CSB：芯片選擇控制。其值為00時(shí)選通HD61202（1），即選擇左屏有效；值為01時(shí)選通HD61202（2），即選擇中屏有效；值為10時(shí)選通HD61202（3），對(duì)應(yīng)的選擇右屏有效。5．D/I：數(shù)據(jù)、指令選擇。D/I=1時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)操作；D/I=0時(shí)寫指令或讀狀態(tài)。6．R/W：讀寫選擇信號(hào)。R/W=1為讀選通；R/W=0為寫選通。7．E：讀寫使能信號(hào)。在E的下降沿，數(shù)據(jù)被寫入HD61202；在E高電平期間，數(shù)據(jù)被讀出。8．DB0~DB7：數(shù)據(jù)總線。三、HD61202顯示RAM的地址結(jié)構(gòu)

PAGE0DB0

DB7

PAGE1DB0

DB7

PAGE7DB0

DB7

PAGE6DB0

DB7X=0X=1X=6X=7ROW1

ROW8ROW9

ROW16ROW49

ROW56ROW57

ROW64Yaddress0123616263四.HD61202的指令系統(tǒng)1.顯示開(kāi)/關(guān)指令DB0=1時(shí)顯示RAM內(nèi)容2.顯示起始行設(shè)置3.頁(yè)設(shè)置指令4.列地址設(shè)置指令5.讀狀態(tài)指令BUSY=1表忙;ON/OFF=1顯示關(guān)閉;RESET=1復(fù)位狀態(tài).6.寫數(shù)據(jù)指令7.讀數(shù)據(jù)指令R/WD/IB7B6B5B4B3B2B1B00000111111/00011顯示起始行(0-63)0010111頁(yè)號(hào)0001顯示列地址11BUSY0ON/OFFRESET000001寫數(shù)據(jù)11顯示數(shù)據(jù)讀五、直接訪問(wèn)方式接口電路80C3137310KΩP0.0~P0.7DB0~DB7

RDWRP2.7P2.6-5VD/IR/WVCCV0E/CSA/CSBA0A13.4觸摸屏簡(jiǎn)介一、觸摸屏的類型1.按觸摸屏的結(jié)構(gòu)進(jìn)