人機(jī)對話與數(shù)據(jù)通信.ppt

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1、人機(jī)接口設(shè)計(jì),智能儀器系統(tǒng)需要與外部的世界通信和聯(lián)系，尤其是與使用者進(jìn)行交流。人機(jī)接口是其重要的交互界面。 常用的人機(jī)交互裝置有：顯示器、鍵盤、打印機(jī)、觸摸屏等。,第三章 人機(jī)對話與數(shù)據(jù)通信,第一節(jié) 顯示器接口設(shè)計(jì),常用的有：LED顯示器和LCD顯示器。,LEDLight Emitting Diode Light Emitting Diode Display Device,LCDLiquid Crystal Display,一、LED顯示器,LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)：共陽極與共陰極,智能儀器系統(tǒng)擴(kuò)展LED數(shù)碼管時(shí)多用共陽LED: 共陽數(shù)碼管每個(gè)段筆畫是用低電平(“0”)點(diǎn)亮的,要求的驅(qū)動(dòng)功率很??；

2、而共陰數(shù)碼管段筆畫是用高電平(“1”)點(diǎn)亮的，要求的驅(qū)動(dòng)功率較大。 通常每個(gè)段筆畫要串一個(gè)限流電阻。,公共陽極,h g f e d c b a,接高電平,LED數(shù)碼管的譯碼：硬件譯碼與軟件譯碼,硬件譯碼特點(diǎn):采用專用的譯碼/驅(qū)動(dòng)器件,驅(qū)動(dòng)功率較大;增加了硬件的開銷;軟件編程簡單;字型固定,74LS48/CD4511是“BCD碼七段共陰譯碼/驅(qū)動(dòng)”IC; 74LS47是“BCD碼七段共陽譯碼/驅(qū)動(dòng)”IC,硬件譯碼,軟件譯碼特點(diǎn): 不用專用的譯碼/驅(qū)動(dòng)器件，驅(qū)動(dòng)功率較小；不增加硬件的開銷；軟件編程較復(fù)雜；字型靈活。,軟件譯碼,LED數(shù)碼管的軟件譯碼,八段LED數(shù)碼管段代碼編碼表(連線不同,可有多

3、種表):,設(shè)：h g f e d c b a D7D6D5D4D3D2D1D0,LED數(shù)碼管的顯示方式：靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示,動(dòng)態(tài)顯示特點(diǎn): 有閃爍，用元器件少，占I/O線少，必須掃描，花費(fèi)CPU時(shí)間，編程復(fù)雜。(有多個(gè)LED時(shí)尤為突出）,靜態(tài)顯示特點(diǎn): 無閃爍，用元器件多，占I/O線多，無須掃描，節(jié)省CPU時(shí)間，編程簡單。,靜態(tài)顯示: 各數(shù)碼管在顯示過程中持續(xù)得到送顯信號，與各數(shù)碼管接口的I/O口線是專用的。,動(dòng)態(tài)顯示: 各數(shù)碼管在顯示過程中輪流得到送顯信號，與各數(shù)碼管接口的I/O口線是共用的。,,,,LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示舉例,工作原理：從P0口送段代碼,P1口送位選信號。段碼雖同時(shí)到達(dá) 6個(gè)

4、LED，但一次僅一個(gè)LED被選中。利用“視覺暫留”，每送一個(gè)字符并選中相應(yīng)位線，延時(shí)一會(huì)兒,再送/選下一個(gè)循環(huán)掃描即可。,要求：此處為共陽數(shù)碼管，P0口送段代碼，P1口送位選信號。 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。 條件：待顯數(shù)據(jù)存放在數(shù)組seg0 seg5 數(shù)字09的段代碼已放在:BUF0 BUF9中。,# include void display( ) unsigned char code BUF10= 0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,ox99,0 x92,0 x82,0 x80,0 x90,0 x88,0 x83; unsigned char seg 6 ; void display(

5、 ) unsigned char i , j, temp; temp =0 x01; for( i=0; i<6; i++) P1 = temp; P0 = BUF seg i ; for( j=0; j<50; j++) _nop_( ); temp=temp*2; ,,,二、LCD接口設(shè)計(jì),,LCD是一種與LED不同的被動(dòng)式的顯示設(shè)備，液晶本身并不發(fā)光，它是利用液晶在電壓的作用下能夠改變光線通過的方向的特性而達(dá)到顯示白底黑字或黑底白字的目的。,,,,液晶：實(shí)質(zhì)上是一種物質(zhì)態(tài)，有人稱之為第四態(tài) 1888年奧地利植物學(xué)家F.REINITZER發(fā)現(xiàn)液晶 當(dāng)時(shí)德國物理學(xué)家將其命名為Flissend

6、e krystalle 英文翻譯為Liquid crystal,中文翻譯為液晶用它制成的顯示器件稱為LCD(Liquid crystal Display) 1961年，美國RCA公司普林斯頓實(shí)驗(yàn)室的年輕電子學(xué)者F. Heimeier把電子學(xué)的知識用于研究化學(xué)。在研究外部電場對晶體內(nèi)部電場的影響時(shí)，他使用了液晶。他將兩片透明導(dǎo)電玻璃之間夾上摻有顏料的液晶，當(dāng)在液晶層的兩面施加以幾伏的電壓時(shí)，液晶層就由紅色變成透明態(tài)。根據(jù)這一現(xiàn)象，進(jìn)而研制出一系列數(shù)字、字符顯示器件。,,,,LCD的特點(diǎn)： 工作電流比LED小幾個(gè)數(shù)量級； 尺寸小，厚度約為LED的1/3； 工作溫度范圍較窄； 響應(yīng)速度低。,,,,應(yīng)

7、用實(shí)例,,,常見的LCD顯示器有：筆畫式和點(diǎn)陣式兩種,筆畫式,筆畫式LCD的字型由硬件直接形成，每種字型對應(yīng)相應(yīng)的字碼。驅(qū)動(dòng)編程簡單。字型固定。,點(diǎn)陣式,點(diǎn)陣式LCD的顯示由一個(gè)一個(gè)的點(diǎn)像素構(gòu)成。字型由軟件控制各個(gè)像素的亮和滅來實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)編程較為復(fù)雜。字型靈活。,字符點(diǎn)陣型 圖形點(diǎn)陣型,,,,,在小規(guī)模點(diǎn)陣液晶顯示模塊上使用液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制器組成液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是非常有益的。這使得液晶顯示模塊的硬件電路簡單化，從而使模塊的成本降低。,2行16列,Hangzhou Dianzi Univ,字符型LCD模塊 LCD1602,1 2 3 4 5 6 7 8 9,10,11,12,13,14,15

8、,16,,1,2,3,4,5,6,7,8,,,,,,,,,,,,,,,,,9,10,11,12,13,14,15,16,VSS,VDD,VO,RS,R/W,E,DB0,DB1,A,DB3,DB2,DB5,DB4,DB7,DB6,K,LCD模塊,,Vss: +5V電源管腳(Vcc) VDD: 地管腳(GND) Vo: 液晶顯示驅(qū)動(dòng)電源(0V5V),,1,2,3,4,5,6,7,8,,,,,,,,,,,,,,,,,9,10,11,12,13,14,15,16,VSS,VDD,VO,RS,R/W,E,DB0,DB1,A,DB3,DB2,DB5,DB4,DB7,DB6,K,LCD模塊,,DB0DB7：

9、數(shù)據(jù)線，可以用8位連接，也可以只用高4位連接，節(jié)約單片機(jī)資源。,,,1,2,3,4,5,6,7,8,,,,,,,,,,,,,,,,,9,10,11,12,13,14,15,16,VSS,VDD,VO,RS,R/W,E,DB0,DB1,A,DB3,DB2,DB5,DB4,DB7,DB6,K,LCD模塊,,A：背光控制正電源 K：背光控制地,,,,1,2,3,4,5,6,7,8,,,,,,,,,,,,,,,,,9,10,11,12,13,14,15,16,VSS,VDD,VO,RS,R/W,E,DB0,DB1,A,DB3,DB2,DB5,DB4,DB7,DB6,K,LCD模塊,,單片機(jī)與LCD模塊

10、之間有4種基本操作： 寫命令 讀狀態(tài) 寫顯示數(shù)據(jù) 讀顯示數(shù)據(jù),,,,,1,2,3,4,5,6,7,8,,,,,,,,,,,,,,,,,9,10,11,12,13,14,15,16,VSS,VDD,VO,RS,R/W,E,DB0,DB1,A,DB3,DB2,DB5,DB4,DB7,DB6,K,LCD模塊,,,,,,1,2,3,4,5,6,7,8,,,,,,,,,,,,,,,,,9,10,11,12,13,14,15,16,VSS,VDD,VO,RS,R/W,E,DB0,DB1,A,DB3,DB2,DB5,DB4,DB7,DB6,K,LCD模塊,,RS：數(shù)據(jù)和指令選擇控制端，RS=

11、0:命令/狀態(tài)；RS=1:數(shù)據(jù) R/W：讀寫控制線，R/W=0:寫操作；R/W=1:讀操作 E：數(shù)據(jù)讀寫操作控制位，E線向LCD模塊發(fā)送一個(gè)脈沖，LCD模塊與單片機(jī)之間將進(jìn)行一次數(shù)據(jù)交換,,,,單片機(jī)與字符型LCD模塊接口,數(shù)據(jù)線：DB7DB0接單片機(jī)的P1.7 P1.0,控制端： RS P3.0 R/W P3.1 E P3.2,LCD顯示程序設(shè)計(jì),main,,LCD初始化,,光標(biāo)定位,,顯示字符,動(dòng)手做,,SJMP $,顯示數(shù)據(jù),對于常用數(shù)字、字母等顯示數(shù)據(jù)為其ASCII碼,查找資料，并整理成文檔。 題目：LCD介紹。 內(nèi)容包括：LCD的分類、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用等。,習(xí)題,第二節(jié)

12、 鍵盤接口設(shè)計(jì),鍵盤是人機(jī)交互中的重要的輸入設(shè)備，價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，在單片機(jī)系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 單片機(jī)與計(jì)算機(jī)在鍵盤規(guī)模/鍵符設(shè)置等方面差別很大。本節(jié)將介紹單片機(jī)系統(tǒng)中常用的鍵盤。,鍵盤的接口必須解決下列的一些問題： （1）確定是否有鍵按下； （2）如有鍵按下，確定是哪一個(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）不管一次按鍵持續(xù)的時(shí)間多長，僅采樣一個(gè)數(shù)據(jù)； （6）處理同時(shí)按鍵，即同時(shí)有一個(gè)以上的按鍵。,,按鍵是一個(gè)機(jī)械開關(guān)，當(dāng)鍵按下時(shí)， 開關(guān)的動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)。抖動(dòng)時(shí)間 約5ms - 10ms； 為了數(shù)據(jù)穩(wěn)定，必須消抖。 濾波

13、 雙穩(wěn)態(tài)硬件消抖 軟件消抖,按鍵抖動(dòng)的消除：,,（1） 濾波 由于電容的濾波作用，鍵按下后，輸出端為低電平，雖然略有抖動(dòng)，但幅值較小，低于0.8V。 （2）雙穩(wěn)態(tài)硬件消抖 雖然動(dòng)觸點(diǎn)在抖動(dòng)，由于兩個(gè)與非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器的作用，使輸出是一個(gè)沒有毛刺的負(fù)脈沖。 （3）軟件消抖 第一次檢測到有鍵按下時(shí)，延時(shí)10ms后，第二次檢測此按鍵，如檢測結(jié)果仍為按下狀態(tài)，CPU便確認(rèn)此按鍵已真正按下，從而消除了抖動(dòng)的影響。,常用軟件來消除按鍵抖動(dòng)。,基本思想：檢測到有鍵按下，鍵對應(yīng)的行線為低，軟 件延時(shí)10ms后，行線如仍為低，則確認(rèn)該行有鍵按下。,當(dāng)鍵松開時(shí)，行線變高，軟件延時(shí)10ms后，

14、行線仍為 高，說明按鍵已松開。,采取以上措施，躲開了兩個(gè)抖動(dòng)期t1和t3的影響。,鍵盤分類,按鍵值編碼方式分,,(硬件)編碼鍵盤,非(硬件)編碼鍵盤,,編碼鍵盤: 采用專用的編碼/譯碼器件,被按下的鍵由該器件譯碼輸出相應(yīng)的鍵碼/鍵值。 特點(diǎn)：增加了硬件開銷，編碼因選用器件而異，編碼固定，但編程簡單。適用于規(guī)模大的鍵盤。,按鍵值編碼方式分:編碼鍵盤與非編碼鍵盤,靜態(tài)編碼器普通編碼器：如8-3編碼器74148 可編程鍵盤/顯示接口芯片：如8279,靜態(tài)式編碼器接口,,,,,,,0,1,2,3,4,5,6,7,10,11,12,13,1,2,3,4,8,9,7,6,74148,EI,A0,A1,A2

15、,A2,A1,A0,a）接口電路,b）真值表,,,D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7,,P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7,ALE,P2.7,RD,INT1,8051,RL7 RL6 RL5 RL4 RL3 RL2 RL1 RL0,CLK,A0,WR,RD,IRQ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,74LS373,,,,,,,,,,,,,,RESET,SHIFT,CNTL,,,,,,,,,,,,,,,,20F,+5V,2K,SL0 SL1 SL2,8279,,,,,,,,,,74LS138 Y0Y7,,,,,,,,,,,,,,,,,

16、VCC,+5V,,,,,15 14 13 12 11 10 9 8,7 6 5 4 3 2 1 0,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,BIC 8708,,,,,,,,,,dp,,,,,,,,,,,BIC 8708,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,+5V,f,g,,c,e,d,b,a,B0 B1 B2 B3 A0 A1 A2 A3,,CS,,WR,,,利用8279的編碼鍵盤/顯示系統(tǒng),,,非編碼鍵盤: 單片機(jī)系統(tǒng)多采用此類鍵盤 采用軟件編碼/譯碼的方式，通過掃描，對每個(gè)被按下的鍵判別輸出相應(yīng)的鍵碼/鍵值。 特點(diǎn)：不增加硬件開銷，編碼靈活，適用于小規(guī)模的鍵盤，特

17、別是單片機(jī)系統(tǒng)。但編程較復(fù)雜,占CPU時(shí)間，還須軟件“消抖”。,按鍵值編碼方式分:編碼鍵盤與非編碼鍵盤,獨(dú)立連接鍵盤,按鍵盤連接方式分為,矩陣連接鍵盤,,特點(diǎn)：此子程序需不斷(或定時(shí))調(diào)用，否則可能漏判。4個(gè)鍵的優(yōu)先級由指令順序決定。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,P1.0P1.1P1.2P1.3,87C52,,,,獨(dú)立連接式鍵盤例1,# include sbit KEY1=P10; sbit KEY2=P11; sbit KEY3=P12; sbit KEY4=P13; void KEY1FUNC( );//鍵1功能函數(shù) void KEY2FUNC( );//鍵2功能函數(shù) voi

18、d KEY3FUNC( );//鍵3功能函數(shù) void KEY4FUNC( );//鍵4功能函數(shù) unsigned char getkey( ) if( KEY1==0 ) return 1; if( KEY2==0 ) return 2; if( KEY3==0 ) return 3; if( KEY4==0 ) return 4; return 0; ,main( ) unsigned char keyNo=0 xff; while( 1 ) keyNo = getkey( ); if ( keyNo = 1) KEY1FUNC( ); if ( keyNo = 2) KEY2FUNC(

19、); if ( keyNo = 3) KEY3FUNC( ); if ( keyNo = 4) KEY4FUNC( ); ,特點(diǎn)： 1.此子程序采用中斷 查詢不會(huì)漏判,省時(shí)。 2.鍵的優(yōu)先級由指令 順序決定。 3.為防止一次按鍵多 次中斷，在功能子程 序里應(yīng)安排“關(guān)/開中 斷指令”并“延時(shí)”。,獨(dú)立連接式鍵盤例2,# include sbit KEY1=P10; sbit KEY2=P11; sbit KEY3=P12; sbit KEY4=P13; unsigned keyNo=0 xff; void KEY1FUNC( );//鍵1功能函數(shù) void KEY2FUNC( );//鍵2功能函

20、數(shù) void KEY3FUNC( );//鍵3功能函數(shù) void KEY4FUNC( );//鍵4功能函數(shù) void getkey( ) interrupt 0 EA=0; if( KEY1==0 ) keyNo=1; if( KEY2==0 ) keyNo=2; if( KEY3==0 ) keyNo=3; if( KEY4==0 ) keyNo=4; EA=1; ,main( ) EX0 = 1; EA = 1; while( 1 ) if ( keyNo = 1) KEY1FUNC( ); if ( keyNo = 2) KEY2FUNC( ); if ( keyNo = 3) KEY3

21、FUNC( ); if ( keyNo = 4) KEY4FUNC( ); ,,,,,,RST,GND,8051,VCC,XTAL1,XTAL2,EA,,,,,,復(fù)位電路,振蕩電路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,+5v,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,列線,0列,7列,0行,3行,,,,0 4 8 12 16 20 24 28,1 5 9 13 17 21 25 29,2 6 10 14 18 22 26 30,3 7 11 15 19 23 26 31,,行線,P

22、2.7,P1.7,P1.6,P1.5,P1.4,P1.3,P1.2,P1.1,P1.0,P2.6,P2.5,P2.4,矩陣連接式鍵盤,1. 行掃描法,x2 x1 x0 y3 y2 y1 y0,矩陣連接式鍵盤識別按鍵的方法：,2. 線反轉(zhuǎn)法,,,,,,,,,,,,,,,,,D0 D1D2 D3 D4 D5 D6 D7,按鍵盤連接方式:獨(dú)立連接鍵盤與矩陣連接鍵盤,矩陣連接鍵盤: 鍵按矩陣排列,各鍵處于矩陣行/列的結(jié)點(diǎn)處,CPU通過對連在行(列)的I/O線送已知電平的信號,然后讀取列(行)線的狀態(tài)信息。逐線掃描,得出鍵碼。 特點(diǎn)：鍵多時(shí)占用I/O口線少,但判鍵速度慢,多用于設(shè)置數(shù)字鍵。適用于鍵數(shù)

23、多的場合。,非編碼鍵盤的控制方式,（1）程序控制掃描法 只有當(dāng)單片機(jī)空閑時(shí)，才調(diào)用鍵盤掃描子程序，掃描鍵盤。 （2）定時(shí)掃描法 利用單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器，產(chǎn)生10ms的定時(shí)中斷，對鍵盤進(jìn)行掃描。 （3）中斷掃描法 只有在鍵盤有鍵按下時(shí)，才執(zhí)行鍵盤掃描程序，如無鍵按下，單片機(jī)將不理睬鍵盤。,鍵盤所做的工作分為三個(gè)層次,第1層：單片機(jī)如何來監(jiān)視鍵盤的輸入。三種工作方 式：程序控制掃描定時(shí)掃描中斷掃描。,第2層：確定具體按鍵的鍵號。體現(xiàn)在按鍵的識別方 法上就是：行掃描法；線反轉(zhuǎn)法。,第3層：執(zhí)行按鍵處理程序。,第三節(jié) 打印機(jī)接口設(shè)計(jì),打印機(jī)的種類 從它與計(jì)算機(jī)的連接方式來分，有并行接口打印機(jī)和串行接

24、口打印機(jī) 從它的打印原理來分，有點(diǎn)陣式、噴墨式、激光式、熱敏式、墨點(diǎn)式、液晶快門式和磁式打印機(jī)等 從打印的色彩分，有單色、雙色、彩色打印機(jī),,智能儀表中，一般都選用微型打印機(jī)，最常用的是GP16系列。 GP16可以方便地與單片機(jī)相連接，如圖所示。 如要打印三行字符，則程序流程如下圖所示：,,應(yīng)用舉例：自動(dòng)存取柜,第四節(jié) 觸摸屏技術(shù),,觸摸屏的基本原理： 用手指或其他物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏?xí)r，所觸摸的位置(以坐標(biāo)形式)由觸摸屏控制器檢測，并通過接口(如RS-232串行口)送到CPU，從而確定輸入的信息。,觸摸屏類型 監(jiān)視器與觸摸屏一體式和分離式兩種類型 系統(tǒng)組成 觸摸檢測

25、裝置 觸摸屏控制卡 有自己的CPU及固化的監(jiān)控程序，將觸摸檢測裝置送來的位置信息轉(zhuǎn)換成相關(guān)的坐標(biāo)信息并傳送給計(jì)算機(jī)，接收和執(zhí)行計(jì)算機(jī)的指令。,,從工作原理來分，觸摸屏有五類產(chǎn)品 電阻式觸摸屏 電容式觸摸屏 紅外線式觸摸屏 表面聲波式觸摸屏 遙控力感式觸摸屏 觸摸屏技術(shù)發(fā)展較快，已滲透到工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域,觸摸屏使用方便，并有如下一些特點(diǎn)： 人機(jī)界面友好 簡化信息輸入設(shè)備 便于系統(tǒng)維護(hù)和改造 在可靠性方面還有待進(jìn)一步改進(jìn) 還難以做到像標(biāo)準(zhǔn)鍵盤那樣的定位輸入,ADS7843是一個(gè)內(nèi)置12位模數(shù)轉(zhuǎn)換、低導(dǎo)通電阻 模擬開關(guān)的串行接口芯片。,觸摸屏控制器,8031與ADS7843的接口設(shè)計(jì),其它人-機(jī)接口,輸入接口技術(shù) 光筆輸入、光學(xué)字符掃描輸入、聲音識別輸入和圖像數(shù)字化輸入方式，以及鼠標(biāo)點(diǎn)入方式等。 鼠標(biāo)（軌跡球） 機(jī)械式、半光電式樣、光電式 已廣泛使用在過程檢測報(bào)警、動(dòng)態(tài)流程監(jiān)測、畫面顯示、故障追蹤等方面。,