數(shù)字化醫(yī)學(xué)儀器人機接口

數(shù)字化醫(yī)療儀器

第三章數(shù)字化醫(yī)學(xué)儀器人機接口第三章數(shù)字化醫(yī)學(xué)儀器人機接口3.1 鍵盤與接口 鍵盤與微機的接口包括硬件和軟件二部分。

硬件：鍵盤結(jié)構(gòu)及與主機的連接方式。

軟件：鍵盤管理程序。3.1.1 鍵盤輸入基礎(chǔ)知識一.鍵盤的組織1.編碼式鍵盤 鍵和專用鍵盤編碼器構(gòu)成.有鍵按下,自動生成鍵值。 例如:MM5740AA芯片;INTEL8279等。2.非編碼式鍵盤(本章介紹)

不含編碼器,鍵盤只送出一個簡單的閉合信號,對應(yīng)的鍵值需有軟件來譯出。 1)獨立式鍵盤圖3-1(a)

特點:

一鍵一線.

優(yōu)點:

結(jié)構(gòu)簡單,鍵容易識別.

缺點:

占用較多檢測線,不便組成大型鍵盤.2)矩陣式鍵盤圖3-1(b)

特點:

把檢測線分成二組,一組為行線,另一組為列線,按鍵放在行線和列線的交叉點上.

優(yōu)點:

鍵盤規(guī)模可擴大.

缺點:

鍵盤分析程序較復(fù)雜.鍵盤的工作方式

a)編程掃描方式(查詢方式)b)中斷工作方式

c)定時掃描方式三.鍵抖動及消除

鍵抖動可能導(dǎo)致計算機將按鍵操作識別為多次操作.

可采取以下措施:(1)硬件電路消除法

(2)軟件延時法

當(dāng)判定按鍵按下時,用軟件延時10ms~20ms,等待鍵穩(wěn)定后重新再判一次,以躲過觸點抖動期。四.鍵連擊的處理圖3-43.1.2獨立式鍵盤接口方法1.查詢方式圖3-5硬件接口;圖3-6軟件流程圖中斷方式

用中斷方式處理8只按鍵電路3.1.3矩陣式鍵盤接口方法行掃描法步驟:1.判是否有鍵按下(沒有鍵按下，讀入值為FFH)。2.若有鍵按下,消除鍵抖動(延時10ms),再判是否有鍵按下。3.若確定有鍵按下,則求出按下鍵的鍵值。

鍵值=行值+列值4.為保證按鍵每閉合一次,CPU只作一次處理,程序需等閉合的鍵釋放后再對其處理。RAM/IO擴展器8155結(jié)構(gòu):1.256BITS的靜態(tài)RAM;2.二個可編程的8位并行I/O口PA,PB;3.一個可編程的6位并行I/O口PC;4.一個可編程的14位減法計數(shù)器TC.二.線路反轉(zhuǎn)法圖3-9線路反轉(zhuǎn)法的原理

（1）先從P1的高四位輸出“0”電平，從P1的低四位讀鍵盤狀態(tài)，設(shè)圖中E鍵被按下，從P1的低四位輸入為1101，“0”對應(yīng)按鍵代表的列。（2）線路反轉(zhuǎn)，P1的低四位輸出“0”電平，從P1高四位讀鍵盤狀態(tài)，從P1高四位輸入0111，“0”對應(yīng)按鍵代表的行位置。（3）數(shù)據(jù)合成特征碼0111、1101，完全確定按鍵位置。（4）通過查鍵碼轉(zhuǎn)換表找到對應(yīng)的鍵值(順序碼)。

3.2鍵盤分析程序單義鍵:一鍵一義多義鍵:一鍵多義

鍵盤分析程序的任務(wù)是對鍵盤的操作做出識別并調(diào)用相應(yīng)的功能模塊完成預(yù)定的任務(wù)。3.2.1直接分析法(單一鍵構(gòu)成的鍵盤)

根據(jù)當(dāng)前按鍵的鍵值,把控制直接分支到相應(yīng)處理程序的入口,而無須知道再此之前的按鍵情況。圖3-103-11優(yōu)點:

簡明直觀。缺點:

命令的識別和處理程序的執(zhí)行交錯在一起,層次不清楚。

簡單多義鍵的分析程序仍可用直接分析法來進(jìn)行設(shè)計,不過要用多張轉(zhuǎn)換表。圖3-123.2.2狀態(tài)分析法將鍵盤分析程序作為時序系統(tǒng)，當(dāng)條件改變后，它的狀態(tài)可以發(fā)生變遷。當(dāng)一個按鍵按下時，分析程序?qū)⒏鶕?jù)它的現(xiàn)行狀態(tài)和輸入條件，決定產(chǎn)生何種相應(yīng)動作以及變遷到哪一個新狀態(tài)。在不同的狀態(tài)下，同一按鍵會具有不同的含義。引入狀態(tài)概念后，只需在存儲器內(nèi)開辟存儲單元“記憶”當(dāng)前狀態(tài)，就能對當(dāng)前按鍵的含義作出正確的解釋，簡化程序設(shè)計。

3.2.3觸摸屏一、概述一些醫(yī)療場所不便安裝鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，同時也要讓任何人都能操作，觸摸屏就是一種理想的輸入設(shè)備。二、分類及原理

觸摸屏需收集以下信息：觸摸物進(jìn)入觸摸屏的坐標(biāo)、觸摸物在觸摸屏上移動的新坐標(biāo)、觸摸物離開觸摸屏的坐標(biāo)、是否有東西觸摸等1.紅外線觸摸屏（以紅外線檢測技術(shù)為基礎(chǔ)）原理：物體進(jìn)入檢測區(qū)，遮擋住若干條紅外光柵，紅外接收管輸出的信號就會發(fā)生變化，從而檢測出觸摸點的坐標(biāo)和觸摸屏的狀態(tài)。優(yōu)點：對觸摸的物體沒有太嚴(yán)格的要求；

觸摸物只要進(jìn)入紅外檢測區(qū)域即可；觸摸屏不易損壞，壽命較長，成本也較低。缺點：外界光線變化會影響其準(zhǔn)確度；不防水，不防污穢，易導(dǎo)致誤差。2．電阻式觸摸屏（壓力感應(yīng)式）原理：外層OTI作導(dǎo)電體，二層OTI附上電壓場，層間以細(xì)小的透明隔離點隔開。平時這些隔離點的電阻近似相同，當(dāng)手指接觸屏幕，兩層導(dǎo)電層出現(xiàn)一個接觸點，該點電阻發(fā)生變化，便可以計算出觸摸的位置。優(yōu)點：不受塵埃、水、污穢影響缺點：觸摸屏的壽命不長久3．電容式觸摸屏4．聲表面波式觸摸屏3.3LED顯示及接口3.3.1LED顯示原理

LED----發(fā)光二極管. LED的正向壓降:

1.2V~2.6V。

工作電流:

5mA~20mA。

適合于脈沖工作狀態(tài),電路須串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮? LED顯示器的類型:

單個、七段和點陣式。一.單個LED顯示器 常用于儀器的狀態(tài)顯示之用.圖3-16二.七段LED顯示器

將數(shù)個LED組成一個陣列,并封裝于一個標(biāo)準(zhǔn)的外殼中.

七段LED顯示器有共陽極和共陰極兩種結(jié)構(gòu).圖3-17

可用于顯示0~9數(shù)字和多種字母。為了顯示某個數(shù)或字母,須點亮對應(yīng)的段,則需要譯碼.1.硬件譯碼(由七段譯碼/驅(qū)動器完成)

圖3-18計算機時間的開銷較小,但硬件開支大。2.軟件譯碼 圖3-19表3-4

省略了硬件,其BCD碼轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的段碼由軟件來完成。三.點陣式LED顯示器

以點陣格式進(jìn)行顯示,顯示的字符較逼真,但接口電路和控制程序較復(fù)雜.常用57點陣。圖3-203.3.2 七段LED顯示及接口按顯示方式分：靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示之分。靜態(tài)顯示及其接口特點:

每位顯示器都有自己的鎖存器,譯碼器(若采用軟件譯碼可省略)和驅(qū)動器。優(yōu)點:

在每一位顯示輸出后能夠保持顯示不變。缺點:

當(dāng)顯示位數(shù)較多時,占用的I/O口較多 圖3-21動態(tài)掃描顯示及其接口特點:

微機應(yīng)定時對各個顯示器進(jìn)行掃描,顯示器件分時輪流工作,每次只使一個器件顯示。優(yōu)點:

使用硬件少,占用I/O口少。缺點:

占用機時長,只要不執(zhí)行顯示程序,就立刻停止顯示。 圖3-233.3.3 點陣LED顯示器3.4 CRT顯示及接口主要用于顯示圖形和表格3.4.1 光柵掃描CRT字符顯示系統(tǒng) 光柵掃描CRT字符顯示原理掃描過程系統(tǒng)組成:

顯示RAM,字符發(fā)生器,并/串移位器,混合電路和邏輯定時電路等組成。 圖3-26二. 雙行緩沖器工作方式作用:為了保證系統(tǒng)能連續(xù)工作. 圖3-28三. 系統(tǒng)的定時CRT中各個字符顯示的位置應(yīng)與顯示RAM中字符ASCII碼的地址嚴(yán)格一一對應(yīng),這需系統(tǒng)的定時電路給予保證。 圖3-29四. CRT顯示電路的組成典型的CRT控制器有Intel8275CRTC,Motorola6845CRTC。

圖3-30 3-313.4.2 光柵掃描CRT圖形顯示系統(tǒng)顯示RAM中存放的是由軟件形成的圖形點陣,顯示RAM中的每個存儲單元中的每個數(shù)位都與顯示屏上的某一像素點一一對應(yīng).圖3-32圖形光柵顯示系統(tǒng)中不再需要字符發(fā)生器.原理框圖 圖3-33CGA邏輯框圖 圖3-343.4.3 隨機掃描CRT圖形顯示系統(tǒng)采用示波器的X-Y顯示原理,即分別向CRT水平和垂直輸入端加以連續(xù)變化的電壓信號,通過控制電子束的偏轉(zhuǎn)便可形成連續(xù)的各種形狀的光跡.如果在柵極上加入適當(dāng)?shù)南[脈沖,則可構(gòu)成不連續(xù)線條,形成各種字符和圖形.用于顯示波形的,智能示波器采用的CRT顯示系統(tǒng) 圖3-353.5LCD數(shù)碼顯示技術(shù)LCD優(yōu)點：耗電低，驅(qū)動電壓低，結(jié)構(gòu)空間小，有效顯示面積大、體薄物輕。3.5.1LCD數(shù)碼顯示采用交流驅(qū)動，直流分量在100mv以下，頻率50～100Hz，取方波效果最好。交流驅(qū)動LCD顯示原理圖如右圖所示。圖3-34LCD交流驅(qū)動LCD硬件譯碼驅(qū)動靜態(tài)顯示電路為了在4N07顯示器上顯示48.5數(shù)字，執(zhí)行如下程序：

MOV A，#85HMOV DPTR，#8000HMOVX @DPTR，AMOV A，#0F4HINC DPTRMOVX @DPTR，AMOV A，#20HMOV DPTR，#8007HMOVX @DPTR，A自動消隱0前綴子程序：

OTF： MOV R0，#4DH MOV R1，#02HOTL： MOV A，@R0 ANL A，#0F0H JNZ OT2 MOV A，@R0 ORL A，#0F0H MOV @R0，A ANL A，#0FH JNZ OT2 MOV @R0，#0FFH DEC R0 DJNZ R1，OTL MOV 4CH，#0F0HOT2： RET三線LCD顯示電路圖3-36三線LCD顯示電路圖3-37三線LCD顯示電路結(jié)構(gòu)原理3.5.2點陣式LCD顯示有專用指令集，受CPU控制，產(chǎn)生驅(qū)動LCD的時序脈沖，控制LCD工作狀態(tài)，管理LCD顯示存儲區(qū)。原理示意圖如下：（1）E-1330特點：可以管理64KRAM；功能很強的I／O緩沖器；指令豐富；發(fā)送的數(shù)據(jù)以4位并行方式傳輸。（2）E-1330引腳：與CPU接口部分；控制部分；顯示驅(qū)動部分。下表為緩沖器地址表（3）E-1330指令集(4)E-1330的應(yīng)用(a)初始化設(shè)置：其一是控制器工作參數(shù)的設(shè)置；其二是顯示窗口設(shè)置。(b)顯示存儲空間的分配：把顯示RAM分成四個區(qū)域。第一、二顯示存儲區(qū)為主，三、四區(qū)域為一、二區(qū)之補充。第二區(qū)僅為圖形顯示方式。(c)顯示功能設(shè)置：關(guān)顯示、開顯示無閃爍、開顯示2Hz閃爍或開顯示1Hz閃爍。(d)顯示數(shù)據(jù)的輸入步驟：①設(shè)置光標(biāo)地址指針。②設(shè)置光標(biāo)地址指針的移向。③數(shù)據(jù)寫入。3.6 打印機接口3.6.1TPuP-40B/C微型打印機及其接口它是由單片機控制的超小型智能點陣打印機。每行可打印40個57點陣字符，可打印240種代碼字符，并有繪圖功能。一.TPuP-40B/C微型打印機接口信號

DB0~DB7:單向數(shù)據(jù)傳輸線.STB:數(shù)據(jù)選通信號,上升沿將8位數(shù)據(jù)輸入打印機并被保存.BUSY:“忙”信號.有效時,主機不得使用STB向打印機送數(shù).ACK:“應(yīng)答”信號.有效時,表示打印機已經(jīng)取走數(shù)據(jù).二.TPuP-40B/C與MCS-51單片機接口(圖3-37)P2.7與WR相或后,作為選通信號,故打印機的地址為7FFFH.

MOVDPTR,#7FFFHLOOP: MOVXA,@DPTR JB ACC.7,LOOP MOVA,