计算机控制 第4章 人机交互接口技术

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1、体积小，耗电省，如最薄的壁挂式机型厚度仅为 5cm；
2、可靠性高，寿命长，不易受振动、冲击和射线的干 扰影响。
3、显示颜色256种基色，可扩展至25600种组合。
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本章小结
• 键盘是计算机与操作人员进行信息交换的一种常用输入设备。
• 键盘接口电路可分为非编码键盘和编码键盘两种类型。非编码 键盘的硬件电路简单，成本低，但占用CPU的时间较长。编码 键盘与之相反。硬件电路复杂、成本高，但使用方便，键盘码 产生速度快，占用CPU时间少。对按键抖动干扰的消除，非编 码键盘一般是靠软件，而编码键盘一般是靠硬件电路来实现。
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共阴
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4.2 LED显示接口技术
（2）芯片介绍 8255A：
并行接口芯片，可以扩展3个8位并行口PA、PB和PC RD：读信号；WR：写信号；ALE：地址锁存信号；A1、A0：地址 CS：片选信号；RESET：复位信号
74LS07：
集电极开路的六路驱动器
75452：
• 显示装置是计算机与操作人员进行信息交换的一种常用输出设 备，主要用来描述生产过程的工艺状况与运行结果，以便于现 场工作人员的监视与操作。
• 目前应用在工业过程中的常用显示器有LED、LCD和图形显示 终端。LED数码管由于具有结构简单、体积小、功耗低、显示 清晰等优点，大量应用在小型单片微机控制系统及数字仪表中。 而图形显示器终端以其图文并茂和信息丰富的生动画面，在大 中规模的计算机控制系统中如DDC、SCC、DCS及FCS控制系 统中广泛应用。
4.1 键盘接口技术
滤波防抖电路-硬件防抖
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软件防抖
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4.1 键盘接口技术 4.1.2 矩阵键盘接口技术
矩阵式键盘用于按键较多的系统。分为编码键盘和非编码键盘， 只介绍非编码键盘。
1、电路
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8255A芯片：
4.1 键盘接口技术
这种方式的硬件接口技术十分成熟，其显示 器及其控制电路已成为计算机控制的一种基本配 置，而软件设计一般是借助于工控组态软件或高 级语言如VB、VC等来完成的。
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4.2.5 图形显示器
常用的图形显示器有两种： CRT显示器和TFT平面显示器
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4.1 键盘接口技术
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。 而非编码键盘硬件电路简单，成本低，但占用CPU的 时间较长，还须软件“消颤”，适用于小规模的键盘， 特别是单片机系统。
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显示器键盘综合接口
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4.2.5 图形显示器
除了小型控制装置采用数字显示的LED和 LCD外，大中型的计算机控制系统中，图形显示 器已是必不可少的一种人机界面方式，它能一目 了然地展示出图形、数据和事件等各种信息，以 便操作者直观形象地监视和操作工业生产过程。
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4.1 键盘接口技术
键盘分类 ＠ 按键组连接方式分 • 独立连接键盘与矩阵连接键盘。
独立连接键盘: 每键相互独立，各自与一条I/O线 相连，CPU可直接读取该I/O线的高/低电平状态。
特点：占I/O口线多，但判键速度快，多用于设置 控制键、功能键。适用于键数少的场合。
矩阵连接键盘: 键按矩阵排列,各键处于矩阵行/列 的结点处,CPU通过对连在行(列)的I/O线送已知电平的 信号,然后读取列(行)线的状态信息。逐线扫描,得出键 码。
特点：键多时占用I/O口线少,但判键速度慢,多用 于设置数字键。适用于键数多的场合。
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4.1 键盘接口技术 4.1.1 键盘设计需要解决的几个问题
1. 按键的确认 2. 重键与连击的处理 3. 按键防抖动技术
按键抖动信号波形
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字符 0 1 2 3 4 5 6 7
共阴码 3F 06 5B 4F 66 6D 7D 07
共阳码 C0 F9 A4 B0 99 92 82 F8
字符 8 9 A b C d E F
共阴码 共阳码
7F
80
6F
90
77
88
7C
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
83
39
C6
5E
A1
79
86
71
8E
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限流电阻：100---200
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LED显示接口技术
2、软件编程 （1）两个概念
段选码（段码）即显示代码 位选码（位码），使一位有效
（2）注意几个问题
端口地址 A口（段）、B口（位）
显示的数据的首地址 代码表首地址
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4.2 LED显示接口技术
74LS138：为3-8线译码器
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地址译码器74LS138
A1
B2
C3 G2A 4 G2B 5
G1 6 Y7 7 GND 8
1 6 VCC
1 5 Y0
1 4 Y1 13 Y2 12 Y3 11 Y4 10 Y5 9 Y6
74LS138地址译码器
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地址译码器74LS138
74LS138功能表
输入端 允许 选 择
输出端
G G C B A Y0 Y Y Y Y Y5 Y Y
12
1234
67
× H××× H H H H H H H H
L ×××× H H H H H H H H
H L L L L L HHHH HHH
FUNC1: …… ;做P1.0要求的“功能1” RETI
FUNC2: …… ;做P1.1要求的“功能2” RETI
FUNC3: …… ;做P1.2要求的“功能3” RETI
FUNC4: …… ;做P1.3要求的“功能4” RETI
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特点： ＠此子程序采用中断 查询不会漏判,省时。 ＠键的优先级由指令 顺序决定。 ＠为防止一次按键多 次中断，在功能子程 序里应安排“关/开中 断指令”并“延时”。
8155 A口地址： 7F01H
8155 C口地址： 7F03H
A口为输出 C口为输入口
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4.1 键盘接口技术
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4.1.2 少量功能键接口技术
对于少量功能键，多采用相互独立的接口方法即 每个按键接一根输入线。用硬件中断或软件查询方法 与微机接口读取键盘。
采用74LS30： 8输入的与非门
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4.2.5 图形显示器
CRT显示器： 阴极射线管CRT显示器由一个图形监视器和相应的控
制电路组成。在工业计算机中，插入一块VGA/TVGA图形 控制板即可实现功能很强的图象显示功能。目前，CRT显 示方式因其硬件技术成熟、软件支持丰富、价格比较低廉 而成为计算机控制系统中应用最多的一种图形显示技术， 可以满足大部分工业控制现场的一般性需要。
第4章 人机交互接口技术
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主要内容
《计算机控制技术》
• 键盘及其接口技术 • 显示器及其接口技术
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第4章 人机交互接口技术
人机接口：是指人与计算机之间建立联系、交换信 息的输入/输出接口。
1、键盘接口技术 键盘是一种最常用的输入设备，它是一组按键的
4.2 LED显示接口技术
3、多位数码管的显示方法 （1）动态显示：动态扫描各位，任意时刻只有一位显示。
电路（见下图）简单，功耗小。
（2）静态显示：各位同时显示。电路复杂，功耗大。略
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1、电路
4.2 LED显示接口技术 4.2.2 LED动态显示接口技术
（1）工 作原理
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查询方式接口
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单片机的中断方式接口
803 1 P1.0
P1.1 P1.2 P3.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
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4.2 LED显示接口技术
4.2.1 LED数码管的结构及显示原理
缺点：体积与功耗大，易受振动和冲击，容易受射线 辐射、磁场干扰，因此在恶劣工况下须采用特殊加固和屏 蔽措施。
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4.2.5 图形显示器
TFT显示器： 近年来发展起来的新型薄膜晶体管（TFT，thin film
transistor）LCD技术已开始应用到新型的工业控制机中。 这种TFT平面显示技术具有如下显著的特点。
1、LED数码管的结构
LED数码管多 段发光二极管组成， 其形状有7段8字形 的、14段米字形等。
2、显示原理
每一段由一个引 脚控制，根据要求， 对各个引脚加上不同 的电压，使其显示需 要的数字或字符。如 表4-1所示的显示代码。
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表4-1 数字及部分字母的七段显示代码
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。
2、LED显示接口技术 显示装置是计算机控制的一个重要组成部分，主
要用来显示生产过程的工艺状况与运行结果，以便于 现场工作人员的正确操作。
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4.1 键盘接口技术
4.2.4 硬件译码显示电路
优点： 占用端口 数据线少、编 程简单 缺点： 硬件开销 大，增加成本
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4.2 LED显示接口技术
芯片介绍 BCD-七段译码器：
74LS47 、 74LS48 、 74LS49 具有译 码 和驱动 功 能 ， 74LS47用于对共阳的数码管，后二者用于对阴极的数码 管。 地址译码器：
③闭合键值=n*X+Y
n为列数
对于4行8列键，
闭合键值=8*X+Y
如第2行第3列有键按下，则X=2，Y=3，对应的键值为
8*2+3=19=13H
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键盘接口技术
扫描法程序流程图 如右图所示
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矩阵式键盘
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8155 控制寄存器：7F00H
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中断方式接口
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独立连接式键盘例
ORG 0003H LJMP KEY …………
KEY: JNB P1.0,FUNC1 ;逐键判别 JNB P1.1,FUNC2 JNB P1.2,FUNC3 JNB P1.3,FUNC4 RETI ;无任何键按下由此返回
H L L L HH L HHH HHH
H L L H L H H L HH HHH
H L L H HH HH L H HHH
H LH L L H HHH L HHH
H LH L HH HHHH L HH
HLHH LHHHHH HLH
HLHHHHHHHH HHL
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软硬 件件 ：： 显键 示盘 子行 程扫 序线 作和 为显 键示 盘器 的位 延选 时线 去共 抖用 程 序
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4.1 键盘接口技术
用行扫描法：
①确定按下键所在的行：逐行输出0，读入列值，为 FFH则无键按下，扫描下一行；不为FFH则有键按下， 记下所在的行号X。
②确定按下键所在的列：带进位循环右移，若进位位 为0，则为闭合键所在的列，右移的次数减1，即为所 在的列号Y。
并行接口芯片，可以扩展3个8位并行口PA、PB和PC RD：读信号；WR：写信号；ALE：地址锁存信号；A1、A0：地址 CS：片选信号；RESET：复位信号
2、按键识别 程控扫描法过程：
（1）判断是否有键按下 方法：各行同时输出0，读入列值，不为FFH则有键按下。
（2）去抖动 （3）有键按下时求闭合键值
键盘分类 • ＠ 按键值编码方式分
(硬件)编码键盘与非(硬件)编码键盘。
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。
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