第三章 人机接口技术
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【精品课件】人机接口技术
10.1.1 机械式开关接口的基本应用
在大多数情况下，都是 使用机械式开关来产生二个 固定的位置得到0、l电平信号。 图10.1是开关通过单片机的 I/O口输入电平信号的电路。
图10.1 开关输入电路
在图10.1中共有3个开关，K0 – K2，电阻R0 – R2为上 拉电阻，开关在断开状态时，+5V电压通过上拉电阻向 P1.0 – P1.2口输入一个高电平信号，开关在闭合状态时， P1.0 – P1.2口直接接地，接收到一个低电平信号。由于开 关的断开和闭合状态是稳定的，所以输入单片机的I/O口 的电平信号也是稳定的，在编写程序时，只要读取P1.0 – P1.2端口的0、1状态，就可以知道开关断开和闭合的状态。 基本判别语句有： JB P1.0 Re1 ;语句用于当Pl.0=l，则程序转Rel执行。或 JNB P1.0 Re2 ;语句用于当P1.0=0，则程序转Re2执行
人机接口是指单片机的输入
输出设备，包括输入键盘、开关 按钮和显示装置、打印机等。通 过单片机的人机接口设备，向单 片机输入命令和数据，了解单片 机运行的状态和显示相关的工作 参数。
10.1. 开关接口
开关是一种有二个可选择的、 有固定位置的装置，主要用于向 单片机输入电平信号。通过拨动 开关的位置，使单片机得到一个 固定不变的电平信号，用于向单 片机输入控制命令或数据，开关 信号可以通过机械式开关、电子 式开关等方式产生。
10.1.2 电子式开关接口的基本应用
除了使用机械式开关装置设 计开关接口电路外，还可以应用 光电传感器、接近开关、霍尔传 感器等电子元器件设计成0、l电 平信号输入单片机，完成开关量 输入的作用。图10.3为光电传感 器的应用电路。
图10.3 光电传感器开关 接口应用电路
人机接口技术
人机接口技术的挑战
自然交互的挑战：如何实现更自然、更直观的人机交互方式 隐私和安全的挑战：如何保护用户的隐私和数据安全 认知负荷的挑战：如何降低用户的认知负荷，提高用户体验 跨文化差异的挑战：如何适应不同文化背景下的用户需求
人机接口技术的未来发展趋势
脑机接口：利用脑电信号实现人机交互，提高信息传输速度和准确性 智能交互：结合人工智能、大数据等技术，实现更自然、智能的人机交互 可穿戴设备：将人机接口技术与可穿戴设备结合，实现更便捷、个性化的人机交互 虚拟现实技术：利用虚拟现实技术创造沉浸式体验，提高人机交互的逼真度和沉浸感
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计算机时代的人机接口技术：利用 计算机和外部设备，实现更复杂的 人机交互。
未来人机接口技术：随着技术的不 断发展，人机接口技术将更加智能 化、人性化。
人机接口技术的基本原 理
感知与交互原理
感知原理：人机接口技术通过传感器等设备获取用户输入信息，包括视觉、听觉、触觉等多种 感知方式
人机接口技术的作用：人机 接口技术是计算机应用中不 可或缺的一部分，它能够提 高计算机的易用性和可操作 性，同时也可以提高计算机 的效率和准确性。
人机接口技术的发展历程
早期人机接口技术：以机械和电子 设备为基础，实现简单的人机交互。
现代人机接口技术：利用人工智能、 机器学习等技术，实现更加自然、 智能的人机交互。
交互原理：人机接口技术通过计算机程序对用户输入信息进行处理，实现人机交互功能，包括 命令输入、界面设计、语音识别等技术
感知与交互的结合：人机接口技术将感知和交互原理相结合，实现更加自然、高效的人机交互
感知与交互的应用：人机接口技术广泛应用于智能家居、机器人、虚拟现实等领域，提高用户 体验和效率
第三章人机接口
微机控制技术
3.2 LED显示接口技术
★ LED或LCD显示 LED数码管由于结构简单、体积小、功率低、响应速度快 、易于匹配、
寿命长、可靠性高等优点，目前已被微机控制系统及智能化仪表广泛采 用。 ★ 大屏幕显示；
大屏幕显示具有显示清晰、视觉范围宽广等优点，主要用于车站、码 头、体育场馆、大型生产装置的现场显示 在这一节里，主要介绍LED数码管显示。
微机控制技术
3.1.3 矩阵键盘接口技术
矩阵式键盘常应用在按键数量比较多的系统之中。这种键盘由行线 和列线组成，按键设置在行、列结构的交叉点上，行列线分别连在 按键开关的两端。列线通过上拉电阻接至正电源，以使无键按下时 列线处于高电平状态。
键盘矩阵与微型机的连接方法是采用I／0接口芯片，如8155、8255 等。有时为简单起见，也可采用锁存器，如74LS273、74LS244， 74LS373等。
微机控制技术
3.1.1 键盘设计需解决的几个问题
（2）软件防抖方法 采用硬件防抖电路，则N个键就必须配有N个防抖电路。因此，
当键的个数比较多时，硬件防抖将无法胜任。在这种情况下，可 以采用软件的方法进行防抖。当第一次检测到有键按下时，先用 软件延时（10ms~20ms），而后再确认该键电平是否仍维持闭合 状态电平。若保持闭合状态电平；则确认此键确已按下，从而消 除了抖动的影响。
微机控制技术
3.1.3 矩阵键盘接口技术
3．中断扫描法 在程控扫描法中，无论有没有键入操作，CPU总要在一定的时间进 行扫描，无疑将占用CPU的大量时间，这对于微型机控制系统和智 能化仪器都是很不利的。为了更进一步节省CPU的时间，PU不对键盘 进行扫描，以节省出大量的时间对系统进行监控和数据处理。一旦 键盘输入，则向CPU申请中断。CPU响应中断后，即转到相应的中 断服务程序，对键进行扫描，以便判别键盘上闭合键的键号，并作 相应的处理。
3.2 LED显示接口技术
★ LED或LCD显示 LED数码管由于结构简单、体积小、功率低、响应速度快 、易于匹配、
寿命长、可靠性高等优点，目前已被微机控制系统及智能化仪表广泛采 用。 ★ 大屏幕显示；
大屏幕显示具有显示清晰、视觉范围宽广等优点，主要用于车站、码 头、体育场馆、大型生产装置的现场显示 在这一节里，主要介绍LED数码管显示。
微机控制技术
3.1.3 矩阵键盘接口技术
矩阵式键盘常应用在按键数量比较多的系统之中。这种键盘由行线 和列线组成，按键设置在行、列结构的交叉点上，行列线分别连在 按键开关的两端。列线通过上拉电阻接至正电源，以使无键按下时 列线处于高电平状态。
键盘矩阵与微型机的连接方法是采用I／0接口芯片，如8155、8255 等。有时为简单起见，也可采用锁存器，如74LS273、74LS244， 74LS373等。
微机控制技术
3.1.1 键盘设计需解决的几个问题
（2）软件防抖方法 采用硬件防抖电路，则N个键就必须配有N个防抖电路。因此，
当键的个数比较多时，硬件防抖将无法胜任。在这种情况下，可 以采用软件的方法进行防抖。当第一次检测到有键按下时，先用 软件延时（10ms~20ms），而后再确认该键电平是否仍维持闭合 状态电平。若保持闭合状态电平；则确认此键确已按下，从而消 除了抖动的影响。
微机控制技术
3.1.3 矩阵键盘接口技术
3．中断扫描法 在程控扫描法中，无论有没有键入操作，CPU总要在一定的时间进 行扫描，无疑将占用CPU的大量时间，这对于微型机控制系统和智 能化仪器都是很不利的。为了更进一步节省CPU的时间，PU不对键盘 进行扫描，以节省出大量的时间对系统进行监控和数据处理。一旦 键盘输入，则向CPU申请中断。CPU响应中断后，即转到相应的中 断服务程序，对键进行扫描，以便判别键盘上闭合键的键号，并作 相应的处理。
人机交互接口技术
8×8键盘
通过8279扩展的键盘接口电路图
第三章 人机交互接口技术
8279 的编码格式：当有键按下时， 8279 内部 由硬件自动生成一个与之相应的代码，编码的格 式如表3-4所示。
键值：由列扫描信号和行扫描信号组成键值。
第三章 人机交互接口技术
SL0 SL1 SL2
8279
P0.0
~
0.7
DB0
CS A0 RD WR
~
7
A B C
P2.7 P2.6
8031 RD WR ALE/P
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
RL0 RL1 RL2 RL3 RL4 RL5 RL6 RL7Leabharlann CLK SHIFT.
CNTL/S
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
第三章 人机交互接口技术
3.1.4 键盘特殊功能的处理
2、双功能键和多功能键的设计 2）多功能键的设计 设计方法： 选择一个 RAM单元对某一个键按下的次数进行计数，同时 配合一个启动键，当按下启动键时，当前计数值有效，根据 不同的计数值转到相应的程序入口。 采用复合键。将两个或两个以上的键联合，只有当这些键同 时按下的时候，才能转去执行相应的功能程序入口。 为了确保相关键的复合，定义一个引导键，只有该键和 其他键同时按下时，才形成一个复合键，若单纯地按下引导 键，值执行控操作。
通过8279扩展的键盘接口电路图
第三章 人机交互接口技术
8279 的编码格式：当有键按下时， 8279 内部 由硬件自动生成一个与之相应的代码，编码的格 式如表3-4所示。
键值：由列扫描信号和行扫描信号组成键值。
第三章 人机交互接口技术
SL0 SL1 SL2
8279
P0.0
~
0.7
DB0
CS A0 RD WR
~
7
A B C
P2.7 P2.6
8031 RD WR ALE/P
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
RL0 RL1 RL2 RL3 RL4 RL5 RL6 RL7Leabharlann CLK SHIFT.
CNTL/S
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第三章 人机交互接口技术
3.1.4 键盘特殊功能的处理
2、双功能键和多功能键的设计 2）多功能键的设计 设计方法： 选择一个 RAM单元对某一个键按下的次数进行计数，同时 配合一个启动键，当按下启动键时，当前计数值有效，根据 不同的计数值转到相应的程序入口。 采用复合键。将两个或两个以上的键联合，只有当这些键同 时按下的时候，才能转去执行相应的功能程序入口。 为了确保相关键的复合，定义一个引导键，只有该键和 其他键同时按下时，才形成一个复合键，若单纯地按下引导 键，值执行控操作。
《人机接口技术》课件
虚拟现实技术：通过计算机 模拟产生三维空间，让用户 感觉身临其境
语音识别技术：通过语音识 别技术，用户可以通过语音
与虚拟世界进行交互
手势识别技术：通过手势识 别技术，用户可以通过手势
与虚拟世界进行交互
眼动追踪技术：通过眼动追 踪技术，用户可以通过眼睛
与虚拟世界进行交互
06
人机接口技术的发展趋 势与展望
感谢您的观看
汇报人：
人机接口技术PPT课 件大纲
,
汇报人：
目录 /目录
01
点击此处添加 目录标题
04
人机接口技术 的实现方法
02
人机接口技术 概述
05
人机接口技术 的应用案例
03
人机接口技术 的基本原理
06
人机接口技术 的发展趋势与 展望
01 添加章节标题
02 人机接口技术概述
人机接口技术的定义
人机接口技术是指人与计算机或其他设备之间的信息交换方式 包括输入设备和输出设备，如键盘、鼠标、显示器等 人机接口技术旨在提高人机交互的效率和舒适度 人机接口技术的发展与计算机技术的发展密切相关
手术机器人：如达芬奇手术机器人， 可以辅助医生进行高精度手术，提 高手术成功率
添加标题
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添加标题
远程医疗：通过人机接口技术，医 生可以远程为患者进行诊断和治疗， 提高医疗资源的利用率
康复训练：通过人机接口技术，可 以帮助患者进行康复训练，提高康 复效果。
人机接口技术在工业自动化领域的应用
制
智能监控：通 过智能监控技 术实现对智能 家居设备的安
全监控
智能照明：通 过智能照明技 术实现对智能 家居设备的照
明控制
智能家电：通 过智能家电技 术实现对智能 家居设备的智
语音识别技术：通过语音识 别技术，用户可以通过语音
与虚拟世界进行交互
手势识别技术：通过手势识 别技术，用户可以通过手势
与虚拟世界进行交互
眼动追踪技术：通过眼动追 踪技术，用户可以通过眼睛
与虚拟世界进行交互
06
人机接口技术的发展趋 势与展望
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04
人机接口技术 的实现方法
02
人机接口技术 概述
05
人机接口技术 的应用案例
03
人机接口技术 的基本原理
06
人机接口技术 的发展趋势与 展望
01 添加章节标题
02 人机接口技术概述
人机接口技术的定义
人机接口技术是指人与计算机或其他设备之间的信息交换方式 包括输入设备和输出设备，如键盘、鼠标、显示器等 人机接口技术旨在提高人机交互的效率和舒适度 人机接口技术的发展与计算机技术的发展密切相关
手术机器人：如达芬奇手术机器人， 可以辅助医生进行高精度手术，提 高手术成功率
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远程医疗：通过人机接口技术，医 生可以远程为患者进行诊断和治疗， 提高医疗资源的利用率
康复训练：通过人机接口技术，可 以帮助患者进行康复训练，提高康 复效果。
人机接口技术在工业自动化领域的应用
制
智能监控：通 过智能监控技 术实现对智能 家居设备的安
全监控
智能照明：通 过智能照明技 术实现对智能 家居设备的照
明控制
智能家电：通 过智能家电技 术实现对智能 家居设备的智
第三章 人-机接口技术 智能仪器教学课件
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+5V
24 25 26 27 28 29 30 31
8155
RESET
编码键盘
.
静态编码器—普通编码器如74148 可编程键盘/显示接口 如8279
1、独立联接式编码键盘
2、矩阵联接式编码键盘(行列扫描法)
~
PB 0
PB 1
PB PB PB PB PB PB
2 3 4 5 6 7
1K
8A 8Y
7A 7Y
6A 6Y
5A 5Y
4 A 4Y
3A 3Y
2A 1A
BIC
2Y 1Y
8718
VCC G
+5V
8A 8Y
7A 7Y
6A 5A
BIC
6Y 5Y
4A 3A
871843YY
2A 2Y
1A 1Y
VCC G GND
（2）扫描信号输出引脚
• SL0～SL3
（3）与键盘连接的引脚
• RL0～RL7： • SHIFT • CNTL/STB
（4）键盘RAM及其状态寄存器
键盘RAM：
（5）显示RAM和显示地址寄存器
显示RAM：
（6） 8279的命令字和状态字
命令字： 状态字：
2． 8279的工作方式
（1） 键盘工作方式 （2） 显示方式 （3） 传感器方式
非编码键盘 1、独立联接式非编码键盘
2、矩阵联接式非编码键盘 1）行扫描法
2）线反转法
非编码键盘接口
P2.7 P2.0 WR RD ALE P0
8031
20µF
第三章 人机接口技术
人机接口技术的主要功能是显示并记录来自计算 机控制系统的过程参数，将过程参数集中起来， 实现适当的信息处理和操作的集中化。为了便于 过程的全面协调和监控，实现计算机过程控制状 态、参数的显示、报警、记录和操作。具体内容 包括显示设备、键盘、打印输出设备等。
2
2、计算机控制系统的人机交互通道
2.1人机接口的功能和类型 2.2人机交互通道的特点
（1）能显著降低显示器的功耗，这对电池供电 的便携式数字仪表尤为必要；
（2）能大大减少显示器的外部接线，给安装调 试带来方便；
（3）能采用BCD码多路输出的方式工作，不仅 简化了译码/驱动器的数量，还容易和微型计算 机相连。只要位扫描信号频率足够高，由于人眼 的“视觉暂留”现象，就观察不到闪烁现象。
6
3、显示器原理及接口技术
适合工控机使用的显示器，包括CRT和液晶显示 器、适合单片机控制系统的LED/LCD显示器件等。
3.1 CRT显示器及其接口 3.2 LED显示器件原理及其接口技术 3.3液晶显示器LCD接口技术及其显示原理
7
3.1 CRT显示器及其接口
CRT显示器是计算机控制系统的重要人机对话设 备，通过串行通信接口或视频接口与微机通信， 显示器屏上可直观地显示数据、字符、图形，通 过系统软件和硬件功能，可随时增删、修改和变 换显示内容。
15
LED动态显示方式
I/O (1) dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a
COM D3
COM D2
COM D1
I/O (2)
COM D0
图 7-6 LED动 态 显 示 方 式
16
LED静态显示硬件译码接口电路
2
2、计算机控制系统的人机交互通道
2.1人机接口的功能和类型 2.2人机交互通道的特点
（1）能显著降低显示器的功耗，这对电池供电 的便携式数字仪表尤为必要；
（2）能大大减少显示器的外部接线，给安装调 试带来方便；
（3）能采用BCD码多路输出的方式工作，不仅 简化了译码/驱动器的数量，还容易和微型计算 机相连。只要位扫描信号频率足够高，由于人眼 的“视觉暂留”现象，就观察不到闪烁现象。
6
3、显示器原理及接口技术
适合工控机使用的显示器，包括CRT和液晶显示 器、适合单片机控制系统的LED/LCD显示器件等。
3.1 CRT显示器及其接口 3.2 LED显示器件原理及其接口技术 3.3液晶显示器LCD接口技术及其显示原理
7
3.1 CRT显示器及其接口
CRT显示器是计算机控制系统的重要人机对话设 备，通过串行通信接口或视频接口与微机通信， 显示器屏上可直观地显示数据、字符、图形，通 过系统软件和硬件功能，可随时增删、修改和变 换显示内容。
15
LED动态显示方式
I/O (1) dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a dp g f e d c b a
COM D3
COM D2
COM D1
I/O (2)
COM D0
图 7-6 LED动 态 显 示 方 式
16
LED静态显示硬件译码接口电路
人机接口技术
在机电一体化产品中，常用的输入设备有控制开关、 BCD或二进制码拨盘、键盘等；常用的输出设备有状态 指示灯、发光二极管显示器、液晶显示器、微型打印机、 阴极射线管显示器等，扬声器作为一种声音信号输出设 备，在进行产品设计时经常被采用。人机接口作为人与 微机之间进行信息传递的通道，有着其自身的一些特点， 需要在进行设计时予以考虑。
1）测试有无键按下 图5-41以8255作为键盘接口，各列线的一端接8255的A口，另一端悬空。为 了判断有没有键被按下，可先经A口向所有列线输出低电平，然后再经C口输 入各行线状态。若行线状态皆为高电平，则表明无键按下；若行线状态中有低 电平，则表明有键按下。
图5-41 8255作为键盘接口
2）去抖动 当测试表明有键被按下后，接着就要进行去抖动处理。这是因为键本身是一 个机械开关，由于机械触点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或断开瞬 间会出现电压抖动现象。在发生抖动时，键是否按下就很难判别，为此需进 行去抖动处理。一种用硬件电路去抖动，例如，如图5-42那样，加接一个RS 触发器，只有开关脱离A而接到B时，触发器才能翻转，才能输出一个稳定的 电平。而软件方法则采用时间延迟以躲过抖动，待信号稳定之后，再进行键 扫描。一般为简单起见，多采用软件方法，大约延时10～20ms即可。
未定义 未定义
定义后，可按下式计算键（码）值： 键值=行值*6+列值
（5）根据键值转移到相应的程序 下面是按照上述顺序以及表的键值编的键盘扫描程序： KEY： MOV DPTR，#6000H
机电一体化
人机接口技术
人机接口是操作者与机电一体化系统（主要是控制微机） 之间进行信息交换的接口。按照信息的传递方向，可以 分为两大类：输入接口与输出接口。系统通过输出接口 向操作者显示系统的各种状态、运行参数及结果等信息。 另一方面，操作者通过输入接口向系统输入各种控制命 令及控制参数，对系统运行进行控制，实现所要求完成 的任务。
1）测试有无键按下 图5-41以8255作为键盘接口，各列线的一端接8255的A口，另一端悬空。为 了判断有没有键被按下，可先经A口向所有列线输出低电平，然后再经C口输 入各行线状态。若行线状态皆为高电平，则表明无键按下；若行线状态中有低 电平，则表明有键按下。
图5-41 8255作为键盘接口
2）去抖动 当测试表明有键被按下后，接着就要进行去抖动处理。这是因为键本身是一 个机械开关，由于机械触点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或断开瞬 间会出现电压抖动现象。在发生抖动时，键是否按下就很难判别，为此需进 行去抖动处理。一种用硬件电路去抖动，例如，如图5-42那样，加接一个RS 触发器，只有开关脱离A而接到B时，触发器才能翻转，才能输出一个稳定的 电平。而软件方法则采用时间延迟以躲过抖动，待信号稳定之后，再进行键 扫描。一般为简单起见，多采用软件方法，大约延时10～20ms即可。
未定义 未定义
定义后，可按下式计算键（码）值： 键值=行值*6+列值
（5）根据键值转移到相应的程序 下面是按照上述顺序以及表的键值编的键盘扫描程序： KEY： MOV DPTR，#6000H
机电一体化
人机接口技术
人机接口是操作者与机电一体化系统（主要是控制微机） 之间进行信息交换的接口。按照信息的传递方向，可以 分为两大类：输入接口与输出接口。系统通过输出接口 向操作者显示系统的各种状态、运行参数及结果等信息。 另一方面，操作者通过输入接口向系统输入各种控制命 令及控制参数，对系统运行进行控制，实现所要求完成 的任务。
03人机接口技术
◆
重键：指多个键同时闭合。系统确认哪个键操作有效
完全由设计者的意愿决定（软件编程决定），如视按下 时间最长者有效，或最先按下有效，或最后释放有效等
◆
连击：指一次按键产生多次击键的效果。一般在键盘
编程时，将键的释放作为按键的结束，即等键释放电平
后再转去执行相应功能程序，以防止一次击键多次执行
的错误发生
3.1.1 键盘设计需解决的问题
• 按键的特点和分类：
◆
键盘的特点：是一组按键开关的组合，其中每一个按
键就是一个开关量输入装置
◆
键盘的分类：编码键盘和非编码键盘
* 对编码键盘，能自动识别按下的键并产生相应代码，以并行
或串行的方式发送给CPU。它使用方便，接口简单，响应速度快， 但需要专用的硬件电路。
× 0 × × × × 1 0 0 0
× 0 × × × 1 0 0 0 0
× 0 × × 1 0 0 0 0 0
× 0 × 1 0 0 0 0 0 0
× 0 1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 0 0 1 1 0 0 1 1
时，其输出为“1”。从而S0 ~ S15中任意一个键被按下，
由编码位D3 ~ D0均可输出相应的4位二进制码。
3.1.3 编码键盘接口电路
• 干扰，该接口电路还设置了由与
◆
N 开始
有键闭合否? Y 延时100 ms 消除键抖动
N
有键闭合否? Y D0=0? N D1=0? N Y S1键 功能程序 Y S0键功能程序
N
D2=0?
Y
S2键 功能程序
图 5-5
重键：指多个键同时闭合。系统确认哪个键操作有效
完全由设计者的意愿决定（软件编程决定），如视按下 时间最长者有效，或最先按下有效，或最后释放有效等
◆
连击：指一次按键产生多次击键的效果。一般在键盘
编程时，将键的释放作为按键的结束，即等键释放电平
后再转去执行相应功能程序，以防止一次击键多次执行
的错误发生
3.1.1 键盘设计需解决的问题
• 按键的特点和分类：
◆
键盘的特点：是一组按键开关的组合，其中每一个按
键就是一个开关量输入装置
◆
键盘的分类：编码键盘和非编码键盘
* 对编码键盘，能自动识别按下的键并产生相应代码，以并行
或串行的方式发送给CPU。它使用方便，接口简单，响应速度快， 但需要专用的硬件电路。
× 0 × × × × 1 0 0 0
× 0 × × × 1 0 0 0 0
× 0 × × 1 0 0 0 0 0
× 0 × 1 0 0 0 0 0 0
× 0 1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 0 0 1 1 0 0 1 1
时，其输出为“1”。从而S0 ~ S15中任意一个键被按下，
由编码位D3 ~ D0均可输出相应的4位二进制码。
3.1.3 编码键盘接口电路
• 干扰，该接口电路还设置了由与
◆
N 开始
有键闭合否? Y 延时100 ms 消除键抖动
N
有键闭合否? Y D0=0? N D1=0? N Y S1键 功能程序 Y S0键功能程序
N
D2=0?
Y
S2键 功能程序
图 5-5
第三章 3.2人机接口设备
第三章
（三）微处理器系统 用以实现功能的进一步分散和保证信息处理速度达到规定的要 求。 操作员接口站常采用多处理器结构形式。 操作员接口站常采用多处理器结构形式。如： MAX-1000系统采用了图形处理器 应用处理器和实时处理器； 系统采用了图形处理器、 MAX-1000系统采用了图形处理器、应用处理器和实时处理器； I/A的 WP30操作员站采用主处理器 数字处理器和图形处理器； 操作员站采用主处理器、 I/A的 WP30操作员站采用主处理器、数字处理器和图形处理器； HIACS-3000系统采用了专用的浮点协处理器和图形协处理器 系统采用了专用的浮点协处理器和图形协处理器。 HIACS-3000系统采用了专用的浮点协处理器和图形协处理器。 显示处理设备包括,CRT显示器,液晶显示器,背投显示器, ,CRT显示器 （ 四 ） 显示处理设备包括,CRT显示器,液晶显示器,背投显示器,大 显示器的尺寸,颜色, 屏幕墙挂显示器等 。 显示器的尺寸,颜色,分辨率在不断提高 。 图形显示的几种实现方式： 图形显示的几种实现方式： （ 1）采用普通图形控制卡 （ 2）采用智能图形控制卡 （ 3）采用智能图形
二、ＯＩＳ的操作功能 、ＯＩＳ的操作功能 １）改变过程回路的工作状态。 改变过程回路的工作状态。 操作步骤：选中回路操作站的标签， 操作步骤：选中回路操作站的标签，然后通过击键盘控制区上的 Ａ／Ｍ键即可改变回路的工作状态 键即可改变回路的工作状态。 Ａ／Ｍ键即可改变回路的工作状态。 ２）改变过程控制回路的控制输出。 改变过程控制回路的控制输出。 在手动情况下，由运行人员改变控制输出，去控制现场执行机构。 在手动情况下，由运行人员改变控制输出，去控制现场执行机构。 操作步骤：选中回路操作站的标签， 操作步骤：选中回路操作站的标签，然后通过击键盘控制区上的 ＯＵＴ键即可改变回路控制的输出功能 键即可改变回路控制的输出功能。 ＯＵＴ键即可改变回路控制的输出功能。 ３）改变过程控制回路的设定点值 操作步骤：选中回路操作站的标签， 操作步骤：选中回路操作站的标签，然后通过击键盘控制区上的 ＳＥＴ键即可改变回路控制的设定点值 键即可改变回路控制的设定点值。 ＳＥＴ键即可改变回路控制的设定点值。 ４）在顺序控制中，改变现场的触点、继电器、风机等二位开关 在顺序控制中，改变现场的触点、继电器、 设备的工作状态。 设备的工作状态。 操作步骤：通过击键键盘控制区上的方块键来实现。 操作步骤：通过击键键盘控制区上的方块键来实现。
第三章智能仪器人机接口80739资料
当采用矩阵式键盘时，为了编程方便，应将矩阵键盘中 的每一个按键按一定的顺序编号，这种按顺序排列的编号叫 顺序码，也称键值。
为了求得矩阵式键盘中被按下键的键值，常用的方法有 行扫描法和线路反转法。线路反转法识别键值的速度较快， 但必须借助于可编程的通用接口芯片。
本节介绍两种键盘接口电路及控制软件， 一种是采用编程扫描工作方式的行扫描法来识别键值， 另一种是采用中断工作方式的线路反转法来识别键值。
求键值时要设置行值寄存器和列值寄存器。每扫完一行，若无 键按下，则行值寄存器加上08H；若有键按下，行值寄存器保持 原值，转而求相应的列值。求列值的方法是，将列值右移，每移 位一次列值寄存器加1，直至移出位为低电平为止。最后将行值 和列值相加即得键值。若需要十进制键值，可进行DAA修正。
(4) 为保证按键每闭合一次CPU只做一次处理，程序需等闭合 的键释放后再对其做处理
连击现象可用图(a)所示流 程图的软件方法来解决，
把连击现象加以合理利用， 有时会给操作者带来方便。例 如在某些简易仪器没安排0～9 数字按键，而合理利用连击现 象，只设置一只调整按键，采 用加1（或减1 ）的方法来调整 有关参数。具体实现软件流程 图如图(b)所示，
五、
电子仪器需要用到无锁键、自锁键、互锁键等按键类型
矩阵式键盘结构的特点是把检测线分成两组，一组为行线， 另一组为列线，按键放在行线和列线的交叉点上。m×n矩阵键 盘与主机连接只需要m+n条线，显然，当需要的按键数目大于8 时，一般都采用矩阵式键盘。
交互式键盘结构的特点是，任意两检测线之间均可以放置一 个按键。很显然，交互式键盘结构所占用的检测线比矩阵式还 要少，但是这种键盘所使用的检测线必须是具有位控功能的双 向I/O端口线。
(1) 判是否有键按下。使端口 C所有的行输出均为低电平，然 后从端口A读入列值。如果没有键按下，读入值应为FFH，如果 有键按下，则不为FFH。
为了求得矩阵式键盘中被按下键的键值，常用的方法有 行扫描法和线路反转法。线路反转法识别键值的速度较快， 但必须借助于可编程的通用接口芯片。
本节介绍两种键盘接口电路及控制软件， 一种是采用编程扫描工作方式的行扫描法来识别键值， 另一种是采用中断工作方式的线路反转法来识别键值。
求键值时要设置行值寄存器和列值寄存器。每扫完一行，若无 键按下，则行值寄存器加上08H；若有键按下，行值寄存器保持 原值，转而求相应的列值。求列值的方法是，将列值右移，每移 位一次列值寄存器加1，直至移出位为低电平为止。最后将行值 和列值相加即得键值。若需要十进制键值，可进行DAA修正。
(4) 为保证按键每闭合一次CPU只做一次处理，程序需等闭合 的键释放后再对其做处理
连击现象可用图(a)所示流 程图的软件方法来解决，
把连击现象加以合理利用， 有时会给操作者带来方便。例 如在某些简易仪器没安排0～9 数字按键，而合理利用连击现 象，只设置一只调整按键，采 用加1（或减1 ）的方法来调整 有关参数。具体实现软件流程 图如图(b)所示，
五、
电子仪器需要用到无锁键、自锁键、互锁键等按键类型
矩阵式键盘结构的特点是把检测线分成两组，一组为行线， 另一组为列线，按键放在行线和列线的交叉点上。m×n矩阵键 盘与主机连接只需要m+n条线，显然，当需要的按键数目大于8 时，一般都采用矩阵式键盘。
交互式键盘结构的特点是，任意两检测线之间均可以放置一 个按键。很显然，交互式键盘结构所占用的检测线比矩阵式还 要少，但是这种键盘所使用的检测线必须是具有位控功能的双 向I/O端口线。
(1) 判是否有键按下。使端口 C所有的行输出均为低电平，然 后从端口A读入列值。如果没有键按下，读入值应为FFH，如果 有键按下，则不为FFH。
《人机接口》课件
虚拟现实技术：提供更加 逼真的交互体验
脑机接口技术：实现人与 机器的直接交流
智能穿戴设备：提供更加 便捷的人机交互方式
医疗领域：辅 助医生进行诊 断和治疗，提 高医疗效率和
准确性
教育领域：提 供个性化学习 方案，提高学 习效果和教学
质量
智能家居领域： 实现家居设备 的智能化控制， 提高生活品质
工业领域：提 高生产效率和 安全性，降低
提高生活质量：人机接口技术将提 高人们的生活质量，使人们更加健 康、快乐。
技术挑战：如何实现更自然、更智能的人机交互 应用挑战：如何将人机接口技术应用于更多领域 安全挑战：如何保障人机接口技术的安全性和隐私性 机遇：随着人工智能、虚拟现实等技术的发展，人机接口技术将迎来更多发展机遇
人机接口技术实践 操作
添加标题
1950年代：早期人机接口，如键盘、鼠标等
添加标题
1970年代：个人电脑的普及，如Apple II和IBM PC
添加标题
1990年代：互联网和Web浏览器的出现，如Mosaic和 Netscape Navigator
添加标题
1960年代：图形用户界面（GUI）的出现，如Xerox PARC 的Alto
人机接口PPT课件
汇报人：
目录
添加目录标题
人机接口概述
人机接口技术原 理
人机接口技术应 用案例
人机接口技术未 来展望
人机接口技术实 践操作
添加章节标题
人机接口概述
人机接口：人与计算机之间的通信接口 功能：实现人与计算机之间的信息交换 形式：包括图形用户界面、语音识别、触摸屏等 应用：广泛应用于各种计算机设备和系统中
智能医疗设备：如智能血糖仪、智 能血压计等，通过人机接口技术实 现数据采集和传输。
人机接口技术
•
• • • • •
CPU对键盘扫描可采用的方式 （1）随机方式 （2）定时控制方式 （3）中断方式 CPU对键盘上闭合键号的确定，可根据扫 描线和回送线的状态计算求得，也可以根 据行线和列线的状态查表求得。
2.键输入程序设计方法
• • • • • （1）判断键盘上是否有键闭合 （2）去除键的机械抖动 （3）确定闭合键的物理位置 （4）得到闭合键的编号 （5）确保CPU对键的一次闭合仅作一次处 理
人机接口技术
本章主要讲键盘作为输入接口，发 光二极管作为输出接口。
1.按键与去抖
• • • • 1.键盘的分类 独立连接式和矩阵式 （1）独立连接式键盘 每一个按键一个I/O引脚。这种键盘优点是 结构简单，使用方便。缺点随着按键数的 增加，被占用的I/O口线也将增加。 • 不适合在按键较多的系统中使用。
稳定
前沿抖动 后沿抖动
图 按键抖动信号波形
• 在键数较少时可用硬件方法消除键抖动。下图所示的RS 触发器为常用的硬件去抖电路。
图中两个“与非”门构成一个RS 触发器。当按键未按下时,输出为1; 当键按下时,输出为0。此时即使用 按键的机械性能,使按键因弹性抖动 而产生瞬时断开（抖动跳开B）,中 要按键不返回原始状态A,双稳态电 路的状态不改变,输出保持为0,不会 产生抖动的波形。也就是说,即使B 点的电压波形是抖动的,但经双稳态 电路之后,其输出为正规的矩形波。 这一点通过分析RS触发器的工作 过程很容易得到验证。
3.键盘的接口方式
• • • • • 常用的单片机键盘接口 （1）独立式按键接口 （2）行反转法矩阵式接口 （3）动态扫描法矩阵式键盘接口 （4）通过串行口扩展键盘接口
（1）独立式按键接口
8031
＋５Ｖ
• • • • •
CPU对键盘扫描可采用的方式 （1）随机方式 （2）定时控制方式 （3）中断方式 CPU对键盘上闭合键号的确定，可根据扫 描线和回送线的状态计算求得，也可以根 据行线和列线的状态查表求得。
2.键输入程序设计方法
• • • • • （1）判断键盘上是否有键闭合 （2）去除键的机械抖动 （3）确定闭合键的物理位置 （4）得到闭合键的编号 （5）确保CPU对键的一次闭合仅作一次处 理
人机接口技术
本章主要讲键盘作为输入接口，发 光二极管作为输出接口。
1.按键与去抖
• • • • 1.键盘的分类 独立连接式和矩阵式 （1）独立连接式键盘 每一个按键一个I/O引脚。这种键盘优点是 结构简单，使用方便。缺点随着按键数的 增加，被占用的I/O口线也将增加。 • 不适合在按键较多的系统中使用。
稳定
前沿抖动 后沿抖动
图 按键抖动信号波形
• 在键数较少时可用硬件方法消除键抖动。下图所示的RS 触发器为常用的硬件去抖电路。
图中两个“与非”门构成一个RS 触发器。当按键未按下时,输出为1; 当键按下时,输出为0。此时即使用 按键的机械性能,使按键因弹性抖动 而产生瞬时断开（抖动跳开B）,中 要按键不返回原始状态A,双稳态电 路的状态不改变,输出保持为0,不会 产生抖动的波形。也就是说,即使B 点的电压波形是抖动的,但经双稳态 电路之后,其输出为正规的矩形波。 这一点通过分析RS触发器的工作 过程很容易得到验证。
3.键盘的接口方式
• • • • • 常用的单片机键盘接口 （1）独立式按键接口 （2）行反转法矩阵式接口 （3）动态扫描法矩阵式键盘接口 （4）通过串行口扩展键盘接口
（1）独立式按键接口
8031
＋５Ｖ
人机交互接口技术
第三章
人机交互接口技术
为了说明各键的具体位置，事先按一定顺 序给每一个键编一个号，称其为键值。
4）确定键值 键值=行值+列值 求键值时，需采用行值、列值两个寄存器，初始值都 为00H。 求行值：从第一行开始扫描，每扫描一行后 无键按下，行值寄存器加08H，再扫描下一行 有键按下，行值寄存器保持原值，转去求列值 求列值：从第一列开始扫描，每扫描一列后 无键按下，列值寄存器加01H，再扫描下一列 有键按下，列值寄存器保持原值，转去求键值 求键值：将行值与列值相加
第三章
人机交互接口技术
举例:求键值 求行值：扫描X0行，无键按下，行值寄存器：00H+08H=08H 扫描X1行，无键按下，行值寄存器：08H+08H=10H 扫描X2行，有键按下，行值寄存器：10H 求列值：扫描Y0列，无键按下，列值寄存器：00H+01H=01H 扫描Y1列，无键按下，列值寄存器：01H+01H=02H 扫描Y2列，无键按下，列值寄存器：02H+01H=03H 扫描Y3列，有键按下，列值寄存器：03H 求键值：10H+03H=13H Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 X0
0 0
01
第三章
人机交互接口技术
3.1.1 键盘设计需解决的几个问题
软件防抖技术 当第一次检测到有键按下时，用软件延时一段 时间后，再确认该键是否仍维持闭合状态，若仍保 持闭合状态电平，则确认此键按下。
第三章
人机交互接口技术
3.1.2 少量功能键的接口技术
对于具有少量功能键的系统，多采用相 互独立的接口方法。
第三章
人机交互接口技术
3.1.3 矩阵键盘的接口技术
矩阵键盘可分为 非编码键盘 通常采用软件的方法，逐行逐列检查键盘状态，当发现 有键按下时，用计算或查表的方式得到该键的键值。 编码键盘 内部设有键盘编码器，被按下的键号由编码器直接给出， 同时具有防抖和解决重键等功能。 微型计算机对键盘控制的方法是“扫描”，根据微 机进行扫描的方法又可分为程控扫描法、中断扫描法和 定时扫描法。
人机接口
电子显示器可分为主动发光型和非主动发光型两大类。前者 是利用信息来调制各像素的发光亮度和颜色，进行直接显示； 后者本身不发光，而是利用信息调制外光源而使其达到显示 的目的。 显示器件的分类有各种方式，按显示内容、形状可分为数码、 字符、轨迹、图表、图形和图像显示器；按所用显示材料可 分为固体（晶体和非晶体）、液体、气体、等离子体和液晶 体显示器。 但是最常见的是按显示原理分类，其主要类型有： 发光二极管（LED）显示 液晶显示（LCD） 阴极射线管（CRT）显示 等离子显示板（PDP）显示 电致发光显示（ELD）
6A
7A 8A
6B
7B 8B
S5 S6
S7
S8
KEYCS
G
DIR
图3-4 采用74HC245扩展独立式按键
在图3-4中，KEYCS为读键值口地址。按键S1~S8的键值 为00H~07H，如果这八个按键均为功能键，为简化程序设 计，可采用散转程序设计方法。 假设背景机为MCS51及其兼容单片微控制器，则程序设计 如下：
有机发光二极管（OLED）显示 真空荧光管显示（VFD） 场发射显示（FED） 只有LCD是非主动发光显示，其它皆为主动发光显示。
3.3.2 显示器件的主要参数
1．亮度 亮度（L）的单位是坎德拉每平方米（cd/m2）。对画面亮 度的要求与环境光强度有关，例如，在电影院中，电影亮 度有30~45cd/m2就可以了；在室内看电视，要求显示器 画面亮度应大于70cd/m2；在室外观看则要求画面亮度达 到300cd/m2。所以对高质量显示器亮度的要求应为300 cd/m2左右。 2．对比度和灰度 对比度（C）是指画面上最大亮度（Lmax）和最小亮度
3.3 显示技术的发展及其特点
3.3.1 显示技术的发展
3机电一体化第三章接口技术
第三章 接口技术第一节 概 述一、接口定义及作用如第一章所述，机电一体化产品或系统由机械本体、检测传感系统、电子控制单元、执行器和动力源等部分组成，各子系统又分别由若干要素构成。
若要将各要素、各子系统有机地结合起来，构成一个完整的机电一体化系统，各要素、各子系统之间需要进行物质、能量和信息的传递与交换，如图3-1所示。
为此，各要素和子系统的相接处必须具备一定的联系条件，这个联系条件，通常被称为接口，简单地说就是各子系统之间以及子系统内各模块之间相互联接的硬件及相关协议软件。
因此，也可以把机电一体化产品看成是由许多接口将组成产品的各要素的输入/输出联系为一体的机电系统。
从某种意义上讲，机电一体化产品的设计， 就是在根据功能要求选择了各要素后，所进行的接口设计。
从这一观点出发，机电一体化产品的性能很大程度上取决于接口的性能，即各要素和各子系统之间的接口性能是机电一体化系统性能好坏的决定性因素。
因此，接口设计是机电一体化产品设计的关键环节。
图 3-1 接口在机电一体化系统中的作用二、接口的分类和特点从不同的角度及工作特点出发，机电一体化系统的接口有多种分类方法。
根据接口的变换和调整功能，可将接口分为零接口、被动接口、主动接口和智能接口；根据接口的输入/输出对象，可将接口分为机械接口、物理接口、信息接口与环境接口等；根据接口的输入/输出类型，可将接口分为数字接口、开关接口、模拟接口和脉冲接口。
本章根据接口所联系的子系统不同，以信息处理系统( 微电子系统)为出发点，将接口分为人机接口与机电接口两大类，对各子系统内部接口不作具体介绍。
人机接口实现人与机电一体化系统的信息交流、信息反馈，保证对机电一体化系统的实时监测、有效控制；由于机械与电子系统工作形式、速率等存在极大的差异，机电接口还起着调整、匹配、缓冲的作用。
人机接口又包括输入接口与输出接口两类。
通过输入接口，操作者向系统输入各种命令及控制参数，对系统运行进行控制；通过输出接口，操作者对系统的运行状态、各种参数进行监测，按照信息和能量的传递方向，机电接口又可分为信息采集接口（传感器接口）与控制输出接口。
智能仪器-3-人机接口
ALE P2.7 8031
Y0
A
Y1 Y2
B C Y0
1
74373 G1
74138
D0~D7 RS
E
8、LCM-512-01A与MCU的接口设计二
P0.0~P0.7
RD WR 8031
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4
74373
A B
C Y0
74138
+
D0~D7 RS R/W
E
课堂作业
❖试分析该LCD的指令读写接口 地址和数据读写接口地址；
MCU
I/O 1 I/O 2 I/O 3 I/O 4
+5V
74121
A1 A2 B Q R/C
C
5.1K +5V
Cx Rx
+5V
5. 软件去抖——延时判断
主监控循环
状态查询
No 有键按下
Yes 延时、状态查询
No 该键仍然按下
Yes 键值输出
延时时长：约10毫秒 按键弹起判断流程？
第2节 显示技术
盐城工学院自动化专业 张春富
第三章：人机接口技术
智 能
仪
器
电
子
教
案
本章内容
❖ 智能仪器通过人机接口接收操作命令及数据， 并给出测量或处理结果，是操作者与智能仪 器之间进行联系的纽带。
❖ 键盘及接口技术 ❖ LED/LCD显示技术 ❖ 触摸屏及接口技术 ❖ 人机接口实例
第1节 人机接口技术之键盘
❖ 键盘：一组开关（按键）的集合 ❖ 键盘的分类1：
2、电阻式触摸屏结构及工作原理
导电涂层
耐磨层
玻璃或硬塑料
导电涂层
透明隔离点
Y0
A
Y1 Y2
B C Y0
1
74373 G1
74138
D0~D7 RS
E
8、LCM-512-01A与MCU的接口设计二
P0.0~P0.7
RD WR 8031
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4
74373
A B
C Y0
74138
+
D0~D7 RS R/W
E
课堂作业
❖试分析该LCD的指令读写接口 地址和数据读写接口地址；
MCU
I/O 1 I/O 2 I/O 3 I/O 4
+5V
74121
A1 A2 B Q R/C
C
5.1K +5V
Cx Rx
+5V
5. 软件去抖——延时判断
主监控循环
状态查询
No 有键按下
Yes 延时、状态查询
No 该键仍然按下
Yes 键值输出
延时时长：约10毫秒 按键弹起判断流程？
第2节 显示技术
盐城工学院自动化专业 张春富
第三章：人机接口技术
智 能
仪
器
电
子
教
案
本章内容
❖ 智能仪器通过人机接口接收操作命令及数据， 并给出测量或处理结果，是操作者与智能仪 器之间进行联系的纽带。
❖ 键盘及接口技术 ❖ LED/LCD显示技术 ❖ 触摸屏及接口技术 ❖ 人机接口实例
第1节 人机接口技术之键盘
❖ 键盘：一组开关（按键）的集合 ❖ 键盘的分类1：
2、电阻式触摸屏结构及工作原理
导电涂层
耐磨层
玻璃或硬塑料
导电涂层
透明隔离点
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第三章
人机接口技术
在计算机控制系统中，除了与生产过程进行信息 传递的过程输入输出设备以外，还有与操作人 员进行信息交换的常规输入设备和输出设备。
人机接口：人与计算机之间建立联系、交换信息 的输入输出设备的接口。
第3章
主要知识点：
人机接口技术
3.1 键盘接口技术
3.2 显示器接口技术
第3章
学习目标
抖动干扰的消除
这段充电延迟时间取决于R1 、R2 和C值的大小，电路设计 时只要使之大于或等于100ms即可避开按键抖动的影响。 同理，按键S断开时，即使出现抖动，由于C的放电延 迟过程，也会消除按键抖动的影响 图中， V1 是未施加滤波电路含有前沿抖动、后沿 抖动的波形，V2是施加滤波电路后消除抖动的波形。
中断法接口电路
键盘中断服务子程序，与查询方式相似，在保护现场后，首 先调用100mS延时子程序去除抖动，然后依次查键号，并转 入键功能处理程序，最后恢复现场、中断返回。显然，查 询顺序代表了按键的排队优先级。 采用中断法时，CPU对按键而言是被动方式，在无键按下 时不占用CPU时间，因而CPU有更多的时间执行其他程序。 上述分析说明：独立式键盘接口电路简单灵活，软件结构 简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，在按键数量较多 时，需要占用较多的I/O口线。比如64个按键，需要有64根 线，不仅连线复杂，查询按键的时间也较长。故这种键盘 电路只适合于按键数量比较少的小型控制系统或智能控制 仪表中。
+ 5V 8088 D7 CPU D0 RD INTR INTRa 8255A D7 D0 RD PC3 PC4 STBa INT 8259A 图 5-6 独立式键盘中断法接口电路 IR3 PA0 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7 S0 S1 S2
图5
独立式键盘中断法接口电路
非编码独立键盘
每个按键独立占用一根I/O口线。
如何判别有键按下?
主要知识点:
查询法接口电路 中断法接口电路
查询法接口电路
现以3个按键为例，图3即为独立式键盘查询法接口电路。 按键S0、S1、S2分别通过上拉电阻与CPU的数据线D0、D1、 D2 相连，当按键Si 闭合时，数据线直接接地，因而CPU读 入Di=0；当按键Si断开时，数据线通过上拉电阻接到正电 源，因而CPU读入Di=1。 该接口电路实现的功能为：查询检测是否有键按下， 如有键闭合，则消除抖动，再判断键号，然后转入相应的 键处理。其程序流程如图4所示。 采用查询法时，必须保证CPU每隔一定时间主动地去 扫描按键一次，该扫描时间间隔应小于两次按键的时间间 隔，否则会有按键不响应的情形。显然这种方式占用 CPU时间比较多。
中断法接口电路
工作过程如下：当CPU对8255A初始化（8255A的A口工作于方式 1 输入）后，CPU即执行主程序。当按下S0键即表示要进入 自动控制状态，此时与之相连的I/O口线呈现为低电平的同 时，与非门输出为高电平，经反相器变为低电平，使8255A 端口A的选通输入信号PC4 有效，则PA0～PA2引脚接收并存 入3个按键的“0”或“1”状态，当恢复成高电平后，经TSIT 时间，8255A的PC3发出INTRa中断请求信号，经中断控制器 8259A向CPU申请中断，CPU响应中断后，即转到中断服务程 序中。中断服务程序依次查询按键的通断状态，当查询到是 自动/手动（即S0=0）时，则转到自动/手动控制子程序的入 口地址，从而使系统进入自动控制状态。如果没有键按下， 则相应的I/O口线均为高电平，也不会产生中断信号，CPU 继续运行主程序。
+5V
D0 D1 D2
S0 S1 S2
图 5-4 独立式键盘结构原理
图3 独立式键盘结构原理
开始
N
有键闭合否? Y 延时100 ms 消除键抖动
N
有键闭合否? Y D0=0? N D1=0? N Y S1 键 功 能 程 序 Y S0键功能程序
N
D2=0?
Y
S2 键 功 能 程 序
图 5-5 独立式键盘查询法程序流程图
键盘输入电路
主要知识点: 键盘的抖动干扰 抖动干扰的消除
• 按键的识别
•
• •
键的抖动问题
对键盘的编码 按键的处理
•
•
选择键盘的管理方式
编制键盘程序
键盘的抖动干扰
由于机械触点的弹性振动，按键在按下时不会马上 稳定地接通而在弹起时也不能一下子完全地断开， 因而在按键闭合和断开的瞬间均会出现一连串的抖 动，这称为按键的抖动干扰，其产生的波形如图1所 示，当按键按下时会产生前沿抖动，当按键弹起时 会产生后沿抖动。这是所有机械触点式按键在状态 输出时的共性问题，抖动的时间长短取决于按键的 机械特性与操作状态，一般为10~100ms，此为键处 理设计时要考虑的一个重要参数。
7.了解图形显示画面的几种形式与功能作用。
本节主要内容
3.1.0 引言
3.1.1 键盘输入电路
3.1.2 非编码独立式键盘
3.1.3 非编码矩阵式键盘
3.1.4 编码键盘
引言
键盘是一种最常用的输入设备,它是一组
按键的集合，从功能上可分为数字键和功能
键两种，作用是输入数据与命令，查询和控
制系统的工作状态，实现简单的人机对话。
非编码矩阵式键盘
主要知识点:
矩阵式键盘的结构组成
矩阵式键盘的程序设计
矩阵式键盘的结构组成
矩阵式键盘又叫行列式键盘，是用I/O口线组成的行、列 矩阵结构，在每根行线与列线的交叉处，二线不直接相通 而是通过一个按键跨接接通。采用这种矩阵结构只需M根 行输出线和N根列输入线，就可连接M×N个按键。通过 键盘扫描程序的行输出与列输入就可确认按键的状态，再 通过键盘处理程序便可识别键值。 键盘与CPU的接口可采用并行端口8255A、锁存器或 缓冲器一类。图6给出了一种8×8非编码矩阵式键盘的接 口电路。行输出电路由行扫描锁存器74LS273、 反相器 与 行 线 X0 ～ X7 连 接 组 成 ， 列 输 入 电 路 由 三 态 缓 冲 器 74LS244与列线Y0 ～Y7 以及上拉电阻组成。X、Y线的每 一个交叉处跨接一个键，其键值分别是十进制数的01， 02，……，64。该键盘的接口地址为PORT1。
+ 5V 01 09 17 25 33 41 49 57 Y0 PORT1 74LS 138 IOW IOR Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 08 16 24 32 40 48 56
D0
X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7
D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
74LS273
CLK Y6
Y7 64
键盘接口电路可分为编码键盘和非编码键盘两 种类型。 编码键盘:采用硬件编码电路来实现键的编码， 每按下一个键，键盘便能自动产生按键代码。 编码键盘主要有BCD码键盘、ASCII码键盘等类 型。
非编码键盘:仅提供按键的通或断状态, 按键 代码的产生与识别由软件完成。
编码键盘的特点是使用方便，键盘码产生速度 快，占用CPU时间少，但对按键的检测与消除 抖动干扰是靠硬件电路来完成的，因而硬件电 路复杂、成本高。 非编码键盘硬件电路简单，成本低，但占用 CPU的时间较长。
矩阵式键盘的程序设计
在计算机控制系统中，键盘扫描只是 CPU工作的一部分。因此在 设计键盘扫描程序时，必须要保证键盘操作的实时性，又不能占
有CPU太多的时间，还要充分考虑到抖动干扰的消除。一般可根
据情况选用编程扫描、定时扫描或中断扫描中的一种方式。 下面来考虑扫描程序的编写与准备。逐行输出行扫描信号
1G
74LS244
2G
D0
D1 D 2 D 3 D4 D5
D6 D7
图 矩阵式键盘接口电路 图6 5-7 矩阵式键盘接口电路
当键盘中无任何键按下时，所有的行线和列线被断开且相互独立， 输入线Y0～Y7列都为高电平；当有任意一键按下时，则该键所在的 行线与列线接通，因此，该列线的电平取决于该键所在的行线。 基于此，产生了“行扫描法”与“线反转法”两种识别方法。 行扫描法又称逐行零扫描查询法，即逐行输出行扫描信号 “0”，使各行依次为低电平，然后分别读入列数据，检查此（低 电平）行中是否有键按下。如果读得某列线为低电平，则表示此 （低电平）行线与此列线的交叉处有键按下，再对该键进行译码 计算出键值，然后转入该键的功能子程序入口地址；如果没有任 何一根列线为低电平，则说明此(低电平)行没有键按下。接着进 行下一行的“0”行扫描与列读入，直到8行全部查完为止，若无键 按下则返回。 有时为了快速判断键盘中是否有键按下，也可先将全部行线同 时置为低电平，然后检测列线的电平状态，若所有列线均为高电 平，则说明键盘中无键按下，立即返回；若要有一列的电平为低， 则表示键盘中有键被控下，然后再如上那样进行逐行扫描。
+5V R1
(Di) Vo
Vi R2
S
V1
(Di) V2
图 5-3 滤波延时消抖电路
图2 滤波延时消抖电路
抖动干扰的消除
2．软件方法 软件方法是指编制一段时间大于10ms的延时程序， 在第一次检测到有键按下时，执行这段延时子程序使 键的前沿抖动消失后再检测该键状态，如果该键仍保 持闭合状态电平，则确认为该键已稳定按下，否则无 键按下，从而消除了抖动的影响。同理，在检测到按 键释放后，也同样要延迟一段时间，以消除后沿抖动， 然后转入对该按键的处理。
键按下
键释放
前沿抖动
闭合稳定
后沿抖动 释放稳定
图 6-2 按键的抖动干扰
抖动干扰的消除
按键的抖动会造成按一次键产生的开关状态被CPU误 读几次。为了使CPU能正确地读取按键状态，必须 在按键闭合或断开时，消除产生的前沿或后沿抖 动，去抖动的方法有硬件方法和软件方法两种。 1．硬件方法 硬件方法是设计一个滤波延时电路或单稳态电 路等硬件电路来避开按键的抖动时间。图2是由R2 和C组成的滤波延时消抖电路，设置在按键S与CPU 数据线Di之间。按键S未按下时，电容两端电压为0， 即与非门输入Vi为0，输出Vo为1。当S按下时，由 于C两端电压不能突变，充电电压Vi在充电时间内 未达到与非门的开启电压，门的输出Vo将不会改变， 直到充电电压Vi大于门的开启电压时，与非门的输 出Vo才变为0，
人机接口技术
在计算机控制系统中，除了与生产过程进行信息 传递的过程输入输出设备以外，还有与操作人 员进行信息交换的常规输入设备和输出设备。
人机接口：人与计算机之间建立联系、交换信息 的输入输出设备的接口。
第3章
主要知识点：
人机接口技术
3.1 键盘接口技术
3.2 显示器接口技术
第3章
学习目标
抖动干扰的消除
这段充电延迟时间取决于R1 、R2 和C值的大小，电路设计 时只要使之大于或等于100ms即可避开按键抖动的影响。 同理，按键S断开时，即使出现抖动，由于C的放电延 迟过程，也会消除按键抖动的影响 图中， V1 是未施加滤波电路含有前沿抖动、后沿 抖动的波形，V2是施加滤波电路后消除抖动的波形。
中断法接口电路
键盘中断服务子程序，与查询方式相似，在保护现场后，首 先调用100mS延时子程序去除抖动，然后依次查键号，并转 入键功能处理程序，最后恢复现场、中断返回。显然，查 询顺序代表了按键的排队优先级。 采用中断法时，CPU对按键而言是被动方式，在无键按下 时不占用CPU时间，因而CPU有更多的时间执行其他程序。 上述分析说明：独立式键盘接口电路简单灵活，软件结构 简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，在按键数量较多 时，需要占用较多的I/O口线。比如64个按键，需要有64根 线，不仅连线复杂，查询按键的时间也较长。故这种键盘 电路只适合于按键数量比较少的小型控制系统或智能控制 仪表中。
+ 5V 8088 D7 CPU D0 RD INTR INTRa 8255A D7 D0 RD PC3 PC4 STBa INT 8259A 图 5-6 独立式键盘中断法接口电路 IR3 PA0 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7 S0 S1 S2
图5
独立式键盘中断法接口电路
非编码独立键盘
每个按键独立占用一根I/O口线。
如何判别有键按下?
主要知识点:
查询法接口电路 中断法接口电路
查询法接口电路
现以3个按键为例，图3即为独立式键盘查询法接口电路。 按键S0、S1、S2分别通过上拉电阻与CPU的数据线D0、D1、 D2 相连，当按键Si 闭合时，数据线直接接地，因而CPU读 入Di=0；当按键Si断开时，数据线通过上拉电阻接到正电 源，因而CPU读入Di=1。 该接口电路实现的功能为：查询检测是否有键按下， 如有键闭合，则消除抖动，再判断键号，然后转入相应的 键处理。其程序流程如图4所示。 采用查询法时，必须保证CPU每隔一定时间主动地去 扫描按键一次，该扫描时间间隔应小于两次按键的时间间 隔，否则会有按键不响应的情形。显然这种方式占用 CPU时间比较多。
中断法接口电路
工作过程如下：当CPU对8255A初始化（8255A的A口工作于方式 1 输入）后，CPU即执行主程序。当按下S0键即表示要进入 自动控制状态，此时与之相连的I/O口线呈现为低电平的同 时，与非门输出为高电平，经反相器变为低电平，使8255A 端口A的选通输入信号PC4 有效，则PA0～PA2引脚接收并存 入3个按键的“0”或“1”状态，当恢复成高电平后，经TSIT 时间，8255A的PC3发出INTRa中断请求信号，经中断控制器 8259A向CPU申请中断，CPU响应中断后，即转到中断服务程 序中。中断服务程序依次查询按键的通断状态，当查询到是 自动/手动（即S0=0）时，则转到自动/手动控制子程序的入 口地址，从而使系统进入自动控制状态。如果没有键按下， 则相应的I/O口线均为高电平，也不会产生中断信号，CPU 继续运行主程序。
+5V
D0 D1 D2
S0 S1 S2
图 5-4 独立式键盘结构原理
图3 独立式键盘结构原理
开始
N
有键闭合否? Y 延时100 ms 消除键抖动
N
有键闭合否? Y D0=0? N D1=0? N Y S1 键 功 能 程 序 Y S0键功能程序
N
D2=0?
Y
S2 键 功 能 程 序
图 5-5 独立式键盘查询法程序流程图
键盘输入电路
主要知识点: 键盘的抖动干扰 抖动干扰的消除
• 按键的识别
•
• •
键的抖动问题
对键盘的编码 按键的处理
•
•
选择键盘的管理方式
编制键盘程序
键盘的抖动干扰
由于机械触点的弹性振动，按键在按下时不会马上 稳定地接通而在弹起时也不能一下子完全地断开， 因而在按键闭合和断开的瞬间均会出现一连串的抖 动，这称为按键的抖动干扰，其产生的波形如图1所 示，当按键按下时会产生前沿抖动，当按键弹起时 会产生后沿抖动。这是所有机械触点式按键在状态 输出时的共性问题，抖动的时间长短取决于按键的 机械特性与操作状态，一般为10~100ms，此为键处 理设计时要考虑的一个重要参数。
7.了解图形显示画面的几种形式与功能作用。
本节主要内容
3.1.0 引言
3.1.1 键盘输入电路
3.1.2 非编码独立式键盘
3.1.3 非编码矩阵式键盘
3.1.4 编码键盘
引言
键盘是一种最常用的输入设备,它是一组
按键的集合，从功能上可分为数字键和功能
键两种，作用是输入数据与命令，查询和控
制系统的工作状态，实现简单的人机对话。
非编码矩阵式键盘
主要知识点:
矩阵式键盘的结构组成
矩阵式键盘的程序设计
矩阵式键盘的结构组成
矩阵式键盘又叫行列式键盘，是用I/O口线组成的行、列 矩阵结构，在每根行线与列线的交叉处，二线不直接相通 而是通过一个按键跨接接通。采用这种矩阵结构只需M根 行输出线和N根列输入线，就可连接M×N个按键。通过 键盘扫描程序的行输出与列输入就可确认按键的状态，再 通过键盘处理程序便可识别键值。 键盘与CPU的接口可采用并行端口8255A、锁存器或 缓冲器一类。图6给出了一种8×8非编码矩阵式键盘的接 口电路。行输出电路由行扫描锁存器74LS273、 反相器 与 行 线 X0 ～ X7 连 接 组 成 ， 列 输 入 电 路 由 三 态 缓 冲 器 74LS244与列线Y0 ～Y7 以及上拉电阻组成。X、Y线的每 一个交叉处跨接一个键，其键值分别是十进制数的01， 02，……，64。该键盘的接口地址为PORT1。
+ 5V 01 09 17 25 33 41 49 57 Y0 PORT1 74LS 138 IOW IOR Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 08 16 24 32 40 48 56
D0
X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7
D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
74LS273
CLK Y6
Y7 64
键盘接口电路可分为编码键盘和非编码键盘两 种类型。 编码键盘:采用硬件编码电路来实现键的编码， 每按下一个键，键盘便能自动产生按键代码。 编码键盘主要有BCD码键盘、ASCII码键盘等类 型。
非编码键盘:仅提供按键的通或断状态, 按键 代码的产生与识别由软件完成。
编码键盘的特点是使用方便，键盘码产生速度 快，占用CPU时间少，但对按键的检测与消除 抖动干扰是靠硬件电路来完成的，因而硬件电 路复杂、成本高。 非编码键盘硬件电路简单，成本低，但占用 CPU的时间较长。
矩阵式键盘的程序设计
在计算机控制系统中，键盘扫描只是 CPU工作的一部分。因此在 设计键盘扫描程序时，必须要保证键盘操作的实时性，又不能占
有CPU太多的时间，还要充分考虑到抖动干扰的消除。一般可根
据情况选用编程扫描、定时扫描或中断扫描中的一种方式。 下面来考虑扫描程序的编写与准备。逐行输出行扫描信号
1G
74LS244
2G
D0
D1 D 2 D 3 D4 D5
D6 D7
图 矩阵式键盘接口电路 图6 5-7 矩阵式键盘接口电路
当键盘中无任何键按下时，所有的行线和列线被断开且相互独立， 输入线Y0～Y7列都为高电平；当有任意一键按下时，则该键所在的 行线与列线接通，因此，该列线的电平取决于该键所在的行线。 基于此，产生了“行扫描法”与“线反转法”两种识别方法。 行扫描法又称逐行零扫描查询法，即逐行输出行扫描信号 “0”，使各行依次为低电平，然后分别读入列数据，检查此（低 电平）行中是否有键按下。如果读得某列线为低电平，则表示此 （低电平）行线与此列线的交叉处有键按下，再对该键进行译码 计算出键值，然后转入该键的功能子程序入口地址；如果没有任 何一根列线为低电平，则说明此(低电平)行没有键按下。接着进 行下一行的“0”行扫描与列读入，直到8行全部查完为止，若无键 按下则返回。 有时为了快速判断键盘中是否有键按下，也可先将全部行线同 时置为低电平，然后检测列线的电平状态，若所有列线均为高电 平，则说明键盘中无键按下，立即返回；若要有一列的电平为低， 则表示键盘中有键被控下，然后再如上那样进行逐行扫描。
+5V R1
(Di) Vo
Vi R2
S
V1
(Di) V2
图 5-3 滤波延时消抖电路
图2 滤波延时消抖电路
抖动干扰的消除
2．软件方法 软件方法是指编制一段时间大于10ms的延时程序， 在第一次检测到有键按下时，执行这段延时子程序使 键的前沿抖动消失后再检测该键状态，如果该键仍保 持闭合状态电平，则确认为该键已稳定按下，否则无 键按下，从而消除了抖动的影响。同理，在检测到按 键释放后，也同样要延迟一段时间，以消除后沿抖动， 然后转入对该按键的处理。
键按下
键释放
前沿抖动
闭合稳定
后沿抖动 释放稳定
图 6-2 按键的抖动干扰
抖动干扰的消除
按键的抖动会造成按一次键产生的开关状态被CPU误 读几次。为了使CPU能正确地读取按键状态，必须 在按键闭合或断开时，消除产生的前沿或后沿抖 动，去抖动的方法有硬件方法和软件方法两种。 1．硬件方法 硬件方法是设计一个滤波延时电路或单稳态电 路等硬件电路来避开按键的抖动时间。图2是由R2 和C组成的滤波延时消抖电路，设置在按键S与CPU 数据线Di之间。按键S未按下时，电容两端电压为0， 即与非门输入Vi为0，输出Vo为1。当S按下时，由 于C两端电压不能突变，充电电压Vi在充电时间内 未达到与非门的开启电压，门的输出Vo将不会改变， 直到充电电压Vi大于门的开启电压时，与非门的输 出Vo才变为0，