第9章人机接口技术
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（1）按键个数较少时，接口电路如图9-1所示。 （2）按键个数较多时，接口电路如图9-2所示。
下面主要介绍按键较多时的键盘接口设计方法。
由原始机械开关组成的阵列式键盘，其接口程序 必须处理三个问题：去抖动、防串键和产生键码。
抖动是机械开关本身的一个最普遍问题。它是指 当键按下时，机械开关在外力的作用下，开关簧 片的闭合有一个从断开到不稳定接触，最后到可 靠接触的过程。键的抖动时间一般为10ms ~ 20ms，去抖动的方法主要采用软件延时或硬件 延时电路。
0xEB
若采用直接把行信号值和列信号值合并在一起来 生成键码的方法，且行信号在高4位，列信号在 低4位，那么， “9”键所对应的键码是：
0xBD
“6”所对应的键码是： 0xDB
非编码式键盘的接口驱动程序流程：
键盘接口示例
假设键盘阵列是5×4，利用S3C2440的端口C、 端口E来完成键盘的连接，其中，GPC0~GPC3 作为输入用于连接“键盘列”，GPE0~GPE4 作为输出，用于连接“键盘行”，键码采用16位， 是行信号值和列信号值合并而成。
键盘是最常用的人机输入设备，在嵌入式系统的键盘接口 设计时，通常需要根据应用的具体要求，来设计键盘接口 的硬件电路，同时还需要完成识别按键动作、生成按键键 码和按键具体功能的程序设计。
按键较多
按键较少
（1）按键的识别方法
嵌入式系统所用键盘中的按键通常是由机械开关 组成，通过机械开关中的簧片是否接触来断开或 者接通电路，以便区别键是否处在按下或释放状 态。
虽然，键码的产生方法是多种多样的，但不论哪 种方法都必须保证键码与键一一对应。
一种较常用的键码产生算法，它比较适用于16键 ~64键的键盘接口，并且键码采用8位二进制数 表示。键码产生的算法步骤如下：
（1）根据键盘扫描中所得到的行信号计算出被 按下键所在行的行数，以数据最低位对应的键盘 行为第一行，以此类推；
7段（或8段）LED显示器控制原理
7段（或8段）LED显示器是由七个（或八个）发 光二极管按一定的位置排列成“日”字形，为了 适应不同的驱动电路，采用了共阴极和共阳极两 种结构，如下图所示。
用7段（或8段）LED显示器可以显示0~9的数 字和多种字符（并可带小数点）。
在实际应用中，一般需要多位数据同时显示，这 样就需要用多个7段（或8段）LED来组成一个完 整的显示器。如下图所示。
7段（或8段）LED组成的显示器也可以采用专用的 接口芯片来设计其显示驱动接口电路，如采用 ZLG7289芯片。
ZLG7289芯片是一个具有串行输入பைடு நூலகம்8位段信号并 行输出，可同时驱动8个共阴LED的专用芯片。
ZLG7289芯片能支持译码显示模式和非译码显示 模式。译码显示模式指的是微处理器输出给ZLG7289 芯片显示字符的对应值，由芯片ZLG7289译码产 生显示需要的段信号；而非译码显示模式指的是微 处理器直接输给ZLG7289芯片显示字符对应的段 码信号，因此，设计者需要自行求出显示字符对应 的段码。其设计示例请参考教材9.2.2节。
点阵式LED显示器
点阵式LED显示器的 显示单元一般由8行 8列LED组成，如下 图所示，可以再由这 8行8列的LED拼成 更大的LED阵列。
点阵式LED显示器能 显示各种字符、汉字 及图形、图像，并具 有色彩。
点阵式LED显示器中，每个LED表示一个像素， 通过每个LED的亮与灭来构造出所需的图形，各 种字符及汉字也是通过图形方式来显示的。
LOGO
嵌入式系统原理及接口技术
9 人机接口技术
人机接口提供了人与嵌入式系统进行信息交互的 手段，通过人机接口，人可以给嵌入式系统发送 操作指令，嵌入式系统的运行结果也可以通过显 示等方式提交给人。
在嵌入式系统中常用的人机接口设备有：键盘、 LED显示器和LCD显示器、触摸屏等。
9.1 键盘接口
具体键盘接口程序代码详见教材的9.1.2节。
9.2 LED显示器接口
LED显示器是嵌入式系统中常用的输出设备。 LED显示器的种类有： （1）由若干个LED灯组成的显示器，用于状态
指示。 （2）7段或8段LED显示器，用于显示信息量不
大的应用场合。 （3）点阵式LED显示器。
对于单色点阵式LED来说，每个像素需要一位二 进制数表示，“1”表示亮、“0”表示灭。
串键是指多个键同时按下时产生的问题。
产生键码是指键盘接口必须把按下的键翻译成有 限位二进制代码，以便微处理器识别。
嵌入式系统中，由于对键盘的要求不同，产生键 码的方法也有所不同。主要的键码产生方法是：
（1）直接把行信号值和列信号值合并在一起来生成键码。 （2）采用一些特殊的算法来生成键码。
（2）求行数的补（模为256），并求出其对应 的二进制编码；
（3）将行数的补对应的二进制码左移四位，然 后与列码相加，所的到的码即为键码。
例如，若要求出图9-2中“9”键及“6”所对应的 键码，采用前述算法来进行，那么， “9”键所 对应的键码是：
0xDD
“6”所对应的键码是：
前图所示的LED显示器，通常采用扫描显示方式 来驱动显示器的内容显示。
所谓扫描显示方式是根据人眼的视觉惰性，在多 位7段（或8段）LED组成的显示器中，所有位的 段信号均连接在一起，由段控制逻辑控制，而该 位能不能显示则由位控制逻辑中对应的位信号控 制。
位控制逻辑实际上是一扫描电路，它依此使N位7 段（或8段）LED显示器中的一位显示，其余位 处于不显示状态。只要扫描的速度适当，人眼看 到的是N位LED同时显示的状况。
键盘的接口电路有多种形式，主要有：
（1）用专用的芯片来连接机械按键，由专用芯片来识别 按键动作并生成按键的键值，然后把键值传输给微处理器；
（2）用微处理器芯片的GPIO引脚来连接机械按键，由 微处理器本身来识别按键动作，并生成键码。
即使采用GPIO引脚直接连接机械按键，通常也 会根据应用的要求，其接口电路有所不同。
下面主要介绍按键较多时的键盘接口设计方法。
由原始机械开关组成的阵列式键盘，其接口程序 必须处理三个问题：去抖动、防串键和产生键码。
抖动是机械开关本身的一个最普遍问题。它是指 当键按下时，机械开关在外力的作用下，开关簧 片的闭合有一个从断开到不稳定接触，最后到可 靠接触的过程。键的抖动时间一般为10ms ~ 20ms，去抖动的方法主要采用软件延时或硬件 延时电路。
0xEB
若采用直接把行信号值和列信号值合并在一起来 生成键码的方法，且行信号在高4位，列信号在 低4位，那么， “9”键所对应的键码是：
0xBD
“6”所对应的键码是： 0xDB
非编码式键盘的接口驱动程序流程：
键盘接口示例
假设键盘阵列是5×4，利用S3C2440的端口C、 端口E来完成键盘的连接，其中，GPC0~GPC3 作为输入用于连接“键盘列”，GPE0~GPE4 作为输出，用于连接“键盘行”，键码采用16位， 是行信号值和列信号值合并而成。
键盘是最常用的人机输入设备，在嵌入式系统的键盘接口 设计时，通常需要根据应用的具体要求，来设计键盘接口 的硬件电路，同时还需要完成识别按键动作、生成按键键 码和按键具体功能的程序设计。
按键较多
按键较少
（1）按键的识别方法
嵌入式系统所用键盘中的按键通常是由机械开关 组成，通过机械开关中的簧片是否接触来断开或 者接通电路，以便区别键是否处在按下或释放状 态。
虽然，键码的产生方法是多种多样的，但不论哪 种方法都必须保证键码与键一一对应。
一种较常用的键码产生算法，它比较适用于16键 ~64键的键盘接口，并且键码采用8位二进制数 表示。键码产生的算法步骤如下：
（1）根据键盘扫描中所得到的行信号计算出被 按下键所在行的行数，以数据最低位对应的键盘 行为第一行，以此类推；
7段（或8段）LED显示器控制原理
7段（或8段）LED显示器是由七个（或八个）发 光二极管按一定的位置排列成“日”字形，为了 适应不同的驱动电路，采用了共阴极和共阳极两 种结构，如下图所示。
用7段（或8段）LED显示器可以显示0~9的数 字和多种字符（并可带小数点）。
在实际应用中，一般需要多位数据同时显示，这 样就需要用多个7段（或8段）LED来组成一个完 整的显示器。如下图所示。
7段（或8段）LED组成的显示器也可以采用专用的 接口芯片来设计其显示驱动接口电路，如采用 ZLG7289芯片。
ZLG7289芯片是一个具有串行输入பைடு நூலகம்8位段信号并 行输出，可同时驱动8个共阴LED的专用芯片。
ZLG7289芯片能支持译码显示模式和非译码显示 模式。译码显示模式指的是微处理器输出给ZLG7289 芯片显示字符的对应值，由芯片ZLG7289译码产 生显示需要的段信号；而非译码显示模式指的是微 处理器直接输给ZLG7289芯片显示字符对应的段 码信号，因此，设计者需要自行求出显示字符对应 的段码。其设计示例请参考教材9.2.2节。
点阵式LED显示器
点阵式LED显示器的 显示单元一般由8行 8列LED组成，如下 图所示，可以再由这 8行8列的LED拼成 更大的LED阵列。
点阵式LED显示器能 显示各种字符、汉字 及图形、图像，并具 有色彩。
点阵式LED显示器中，每个LED表示一个像素， 通过每个LED的亮与灭来构造出所需的图形，各 种字符及汉字也是通过图形方式来显示的。
LOGO
嵌入式系统原理及接口技术
9 人机接口技术
人机接口提供了人与嵌入式系统进行信息交互的 手段，通过人机接口，人可以给嵌入式系统发送 操作指令，嵌入式系统的运行结果也可以通过显 示等方式提交给人。
在嵌入式系统中常用的人机接口设备有：键盘、 LED显示器和LCD显示器、触摸屏等。
9.1 键盘接口
具体键盘接口程序代码详见教材的9.1.2节。
9.2 LED显示器接口
LED显示器是嵌入式系统中常用的输出设备。 LED显示器的种类有： （1）由若干个LED灯组成的显示器，用于状态
指示。 （2）7段或8段LED显示器，用于显示信息量不
大的应用场合。 （3）点阵式LED显示器。
对于单色点阵式LED来说，每个像素需要一位二 进制数表示，“1”表示亮、“0”表示灭。
串键是指多个键同时按下时产生的问题。
产生键码是指键盘接口必须把按下的键翻译成有 限位二进制代码，以便微处理器识别。
嵌入式系统中，由于对键盘的要求不同，产生键 码的方法也有所不同。主要的键码产生方法是：
（1）直接把行信号值和列信号值合并在一起来生成键码。 （2）采用一些特殊的算法来生成键码。
（2）求行数的补（模为256），并求出其对应 的二进制编码；
（3）将行数的补对应的二进制码左移四位，然 后与列码相加，所的到的码即为键码。
例如，若要求出图9-2中“9”键及“6”所对应的 键码，采用前述算法来进行，那么， “9”键所 对应的键码是：
0xDD
“6”所对应的键码是：
前图所示的LED显示器，通常采用扫描显示方式 来驱动显示器的内容显示。
所谓扫描显示方式是根据人眼的视觉惰性，在多 位7段（或8段）LED组成的显示器中，所有位的 段信号均连接在一起，由段控制逻辑控制，而该 位能不能显示则由位控制逻辑中对应的位信号控 制。
位控制逻辑实际上是一扫描电路，它依此使N位7 段（或8段）LED显示器中的一位显示，其余位 处于不显示状态。只要扫描的速度适当，人眼看 到的是N位LED同时显示的状况。
键盘的接口电路有多种形式，主要有：
（1）用专用的芯片来连接机械按键，由专用芯片来识别 按键动作并生成按键的键值，然后把键值传输给微处理器；
（2）用微处理器芯片的GPIO引脚来连接机械按键，由 微处理器本身来识别按键动作，并生成键码。
即使采用GPIO引脚直接连接机械按键，通常也 会根据应用的要求，其接口电路有所不同。