【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
图10.3中的D为红外发光二极管， R1为限流电阻，T是光电接收三极管， R2为取样电阻。D在+5V的作用下，产 生红外光线，当红外光线没有被挡住 时，T导通饱和向CPU输入一个O电平 信号，当红外光线被挡住时，T截止向 CPU输入一个1电平信号。
在图10.1 的电路中，通过K0 – 个开关, 可以向单片机输入三个开关的不同电平信号， 表示三种命令，单片机通过对三个开关状态的 判别执行相应的程序。
在图10.1电路中，对K0 – K2三个开关的断 开和闭合状态的组合，还可以获得8个不同的电 平信号，通过应用程序，向单片机输入8个不同 的命令信号或数据。由于这种开关一次设置后 能一直保持，在很多单片机应用系统中，使用 这种开关来向系统输入某些固定不变的常数。 也可以通过单片机扩展电路来设计开关接口电 路。如图10.2是通过74LS244电路来进行设计的。
光电传感器的二极管大多
采用砷化镓红外二极管，接收 三极管输出电流较小，在0.5-5 毫安左右,接收三极管与晶体三 极管组成的达林顿输出型，输 出电流可达20 – 30mA，可以直 接驱动继电器等功率器件。表 10.1和10.2是光电传感器的基本 参数。
向单片机输入开关信号,就能 对红外光线进行控制。根据发光 二极管与接收三极管的不同位置 设计的开关接口电路，可以应用 于计数、位置状态、转速等多方 面的测试。图10.4是转速测量电 路。
图10.6
光电传感器在位置 检测中的应用
在图10.6中，当移动的物体一旦挡住红外光 线，红外接收三极管就会输出一个脉冲信号。此 装置可以用来检测物体的有或无，可以作为运动 物体的限位检测电路，可以作为外人侵入的报警 检测电路，也可以作为自动门的控制电路。
关于红外光电还可以有更多的应用，这里不 再一一例举。
图10.5 光电传感器在产 量计数中的应用
在图10.5中，红外发光二极管和红外接收三 极管分别安装在产品流水线传送带的二边，每当 传送带上有一个产品经过，就会遮挡红外光线一 次，使红外接收三极管的输出 一个脉冲电平信号。单片机对输入的脉冲信号进 行计数，就可以对产品的产量进行统计。
图10.6是位置检测电路。
除了光电传感器外，还有电感式接近开关。图10.7是电 感式接近开关的应用原理图。
图10.7
电感式接近开 关应用原理图
电感式接近开关由高频振荡器、检波放大器、输出 电路和开关组成。由感应线圈产生高频振荡信号形成一 交变磁场，当有金属类物体接近时，在金属物体内产生 涡流并吸收振荡器的能量，使振荡信号变弱或停止振荡， 在检波放大器和输出电电路的作用下，产生一个开关信 号输入单片机的P1.0端口，用于有无物体接近的检测。 因此电感式接近开关可以和红外光电管一样，用于有无 物体接近或对经过物体进行计数，或者用于物体的位置 状态进行检测。
图10.4 光电传感器在转 速测量中的应用
在图10.4中,带透光方孔的转盘与要测量转速的传 动轴相连结，轴转动时，带动带透光方孔的转盘一起 转动，使红外接收三极管断续地接收到发光二极管发 出的红外光，在其输出端产生一系列脉冲电平信号， 单片机通过对输入的脉冲电平信号进行计数，就可以 测量出该转动装置的转速了。设转速为S，转动盘上 有N个方孔，单片机在l秒钟内的计数值为M，则 S=M/N(转/秒)。很显然，N值越大，测量的转速越精 确。
图10.2 开关接口 电路的扩展设计
图10.2中的74LS244是八同相三态缓冲器，可以接 入8个开关量信号。74LS244的数据输入端与单片机CPU 的P0口相连接，用于8位数据的传送，CPU的P2.7和 P3.7相或后作为74LS244的片选信号，在74LS244被选中 的情况下，三态缓冲器打开，开关量信号进入CPU内 存。在没有被选中时，三态缓冲器关闭，开关量信号被 阻隔，无法进入CPU。也可以通过P2口的其他地址线， 设计多个74LS244集成电路，扩展更多的开关量。
在编写程序读取开关的状态与前 面有所不同，74LS244应该被单片机 看作是一个外存储单元，基本语句有：
MOV DPTR,#7FFFH; 设置74LS244集成电路的片选地址值
MOVX A,@DPTR ; 将八个开关量的状况读入单片机内
通过上述两个语句，就可以把扩 展的8个开关量所表示的命令或数据 读入单片机内存,并作相应的处理。