第3章 人机接口与通信
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 人机接口技术
39H 5FH 79H 71H BFH 86H DBH CFH E6H … FFH 00H
C6H A1H 86H 84H 40H 79H 24H 30H 19H … 00H FFH
七 段 字 符 的 段 选 码
2 3 4 5 6 7 8 9 A B
(二)LED接口技术
LED显示器有静态显示和动态显示两种方式. 1.LED静态显示方式 N位静态显示器要求有N×8根I/O口,占 有I/O资源较多,故在位数较多时往往采 用动态显示方式。
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、人机接口的功能和类型
计算机控制中,人对系统状态的了解、掌握和指挥 依赖于人机通道中数据的传递，这里包括人对系 统的了解和干预、控制参数的输入、系统状态的 打印汇报等等内容。人机交互通道的主要形式如 图3-1所示。 按键键盘
a b c d e f g dp
COM
显示字符
共阴极段选码
共阳极段选码
显示字符
共阴极段选码
共阳极段选码
0 1
3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 77H 7CH
C0H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H 80H 90H 88H 83H
C D E F 0． 1． 2． 3． 4． … 8．
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
LED 1 COM
LED 2 COM
LED 3 COM
LED 4 COM
图 6-5 LED静态显示硬件译码接口电路
人机界面接口技术
预期目标与挑战
明确了下一阶段的预期目标，同 时分析了可能面临的挑战和困难， 提出了相应的应对策略。
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人机界面接口技术
目 录
• 引言 • 人机界面接口技术基础 • 人机界面接口技术应用 • 人机界面接口技术发展趋势 • 人机界面接口技术挑战与解决方案 • 总结与展望
01 引言
目的和背景
目的
介绍人机界面接口技术的概念、原理 、应用及发展趋势，使读者对该领域 有全面深入的了解。
背景
随着计算机技术的飞速发展，人机界 面接口技术已成为人机交互领域的重 要研究方向，广泛应用于各个领域。
用户意图理解
如何准确理解用户的输入和意 图，是人机界面接口技术的核
心挑战。
多模态交互
实现语音、文字、图像、手势 等多种模态的交互，需要克服 多种技术难题。
智能化水平不足
当前人机界面接口技术在智能 化方面还存在不足，难以满足 复杂场景下的用户需求。
隐私与安全问题
在收集、处理用户数据时，如 何保障用户隐私和数据安全也
是一大挑战。
解决方案及优化建议
引入自然语言处理技术
通过自然语言处理技术，提高对用户输入的理解能力， 使交互更加自然、智能。
深度学习技术
利用深度学习技术，提高人机界面接口技术的智能化水 平，使其能够更好地适应复杂场景。
ABCD
多模态融合技术
将不同模态的信息进行融合，提高交互的准确性和效率 。
加强隐私与安全保护
汇报范围和内容
汇报范围
本次汇报将涵盖人机界面接口技术的概念、原理、应用案例及发展趋势等方面。
内容安排
首先介绍人机界面接口技术的基本概念和原理，然后分析几个典型的应用案例， 最后探讨该技术的发展趋势和未来挑战。具体内容包括但不限于输入输出设备、 交互设计原则、智能语音识别与合成技术、虚拟现实与增强现实技术等。
《人机接口技术》课件
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
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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
人机通信智能接口技术简介
3
报告主要内容
• 人机通信的概念 • 人机通信的简要历史 • 什么是人机通信智能接口(HCCI)技术 • HCCI的主要研究方向及相关学术领域 • 典型的HCCI技术简介 • SCUT-HCII实验室部分HCII系统演示
4
什么是人机通信智能接口(HCCI)技术
• 人机交互(Human Computer Interaction, HCI)
Computing ）
– Xerox 公司首席科学家Mark Weiser在90年代初提出了的构想 – 基本思想：随着计算机技术的发展，个人计算机和工作站会逐渐淡化’
消失’，计算会变得无处不在，而这种消失不仅仅是技术发展的直接后 果，而是人类心理的作用。当人类对某些事物掌握得足够好的时候， 这些事物就会成为我们生活不可分的一部分，我们就会慢慢地不觉得 它们的存在。
• 应用：
– 语音导航 – 电子图书 – 人机对话 – 玩具、娱乐…
29
30
5
手势/手语识别
• 手势是人们进行信息交流的一个重要手段 • 手势识别（Gesture Recognition) 是实现自然、直
接人机交互不可缺少的关键技术
• 基于数据手套和基于视觉两种 • 人手是复杂变形体，并且由于视觉本身的不稳定
• Computation and recognition
process may carried out to give corresponding result
• The device is with a LCD display
25
26
微软的数字墨水技术
27
笔计算人机交互技术
• 中国科学院软件所HCII
– Eg. 呼吸, 笔纸的使用…
人机接口计算机如何与人类进行直接交互和沟通
人机接口计算机如何与人类进行直接交互和沟通随着科技的进步，人机接口计算机已经成为了现代社会不可或缺的工具。
人机接口计算机是一种能够实现人与计算机直接交互和沟通的技术，它极大地改善了我们对计算机操作的便利性和效率。
在本文中，我们将探讨人机接口计算机是如何实现与人类的直接交互和沟通的。
一、触摸屏技术触摸屏是人机接口计算机中最常用的技术之一。
通过触摸屏，用户可以通过直接触摸屏幕上的图标、按钮和其他元素来操作计算机。
触摸屏技术的出现，使得我们摆脱了传统键盘和鼠标的束缚，更加方便快捷地与计算机进行交互。
触摸屏技术采用了电容感应或者电阻感应来感知触摸动作，并将这些动作转换成计算机所能理解的指令。
电容感应触摸屏基于人体的电容变化原理，可以通过感应人体与屏幕之间的电容变化来判断触摸位置。
而电阻感应触摸屏则是通过感应触摸压力来判断触摸位置。
触摸屏技术的优点在于它的直观性和便携性。
用户可以直接点击屏幕上的目标，而无需再另外使用外设。
而且，触摸屏技术还可以将计算机变成一种更加便携的设备，例如触摸屏笔记本电脑和平板电脑。
二、语音识别技术语音识别技术是人机接口计算机中另一个重要的交互方式。
通过语音识别技术，用户可以通过语音指令来操作计算机。
这种技术的出现，使得计算机不再只局限于键盘和鼠标的输入，而是可以通过声音来理解用户的需求。
语音识别技术的核心是将声音转换为文字或指令。
它基于语音信号的频谱分析和模式匹配来实现声音的识别和理解。
当用户说出指令时，语音识别系统会将声音转换为文本，并将其解释成计算机所能理解的指令。
语音识别技术的优点在于它的便捷性和人性化。
用户可以通过语音与计算机进行沟通，无需再进行复杂的输入操作。
这对于那些键盘输入不方便或者需要进行多任务操作的人来说尤为重要。
三、手势识别技术手势识别技术是人机接口计算机中的另一种交互方式。
通过手势识别技术，用户可以通过手势动作来操作计算机。
这种技术通过感测人体的手势变化，并将它们转换为计算机所能理解的指令。
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
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
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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。
HMI人机接口及应用教学课件
20
3.3.3 PLC和触摸屏技术应用案例
1.案例来源
在“3.2.1可编程逻辑控制器”节的“可 编程序控制器应用案例”基础上，我们用触 摸屏做HMI实现对传送带的控制。PLC、变频 器及其控制要求与3.2.1相同。
21
3.3.3 PLC和触摸屏技术应用案例
2.创建工程
22
3.3.3
3.设备窗口
4.用户窗口
(4)下载工程
27
小结
一、MCGS触摸屏的电源进线、各种通信接口均在背面。其中USB1口用来连接 鼠标和U盘等，USB2口用作工程项目下载，COM（RS232和RS485）口和以太 网口RJ45口用来通信可以连接PLC等下位机。 二、 MCGS嵌入版组态软件的体系结构分为组态环境、模拟运行环境和运行环境 三部分，一个应用系统由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策 略五个部分组成。 三、触摸屏应用工程主要包括：创建工程、设备组态、用户窗口组态、实时数据 库中增加对象等。
3.3 HMI人机接口及应用
《机电一体化技术与实训》
1
HMI人机接口及应用
HMI人机接口（界面）是操作者与机电系统之间进行信息交换的 接口。 利用工控计算机或者触摸屏组 态现场人机界面监控、实时监控现 场的运行状态、实时查询数据和曲 线、打印各种报表，将工控组态与 触摸屏技术、可编程控制器技术、 变频器技术、传感器技术、驱动技 术的集成应用。
19
3.3.2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
MCGS嵌入版组态软件
3.体系结构
组态工作开始时，系统只为用户搭建了一个能够独立运行的空框架，提供了 丰富的动画部件与功能部件。如果要完成一个实际的应用系统，应主要完成以下 工作：
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
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
智能仪器作业63
《数据采集与智能仪器》课程考核（大作业）武汉理工大学信息学院参考书赵茂泰《智能仪器原理及应用》（第三版）电子工业出版社程德福《智能仪器》（第二版）机械工业出版社第1章概述本章要求掌握的内容：智能仪器分类、基本结构及特点、智能仪器设计的要点考试题（10分）智能仪器设计时采用CPLD/FPGA有哪些优点？第2章数据采集技术本章要求掌握的内容：数据采集系统的组成结构、模拟信号调理、A/D转换技术、高速数据采集与传输、D/A转换技术、数据采集系统设计考试题（30分）1、设计一个MCS-51单片机控制的程控增益放大器的接口电路。
已知输入信号小于10mv,要求当输入信号小于1mv时，增益为1000，而输入信号每增加1mv时，其增益自动减少一倍，直到100mv为止。
（15分）评分标准：正确设计硬件电路图（5分）；正确编写控制程序（5分）；完成仿真调试，实现基本功能（5分）；2、运用双口RAM或FIFO存储器对教材中图2-22所示的高速数据采集系统进行改造，画出采集系统电路原理图，简述其工作过程。
（15分）评分标准：正确设计硬件电路图（10分）；正确描述工作过程（5分）第3章人机接口本章要求掌握的内容：键盘；LED、LCD、触摸屏考试题（30分）设计8031单片机与液晶显示模块LCM-512-01A的接口电路，画出接口电路图并编写上下滚动显示XXGCXY(6个大写英文字母)的控制程序（包含程序流程图）。
评分标准：正确设计硬件电路图（10分）；正确画出程序流程图（5分）；正确编写控制程序（5分）；完成仿真调试（10分）第4章数据通信本章要求掌握的内容：RS232C、RS485串行总线，USB通用串行总线，PTR2000无线数据传输。
考试题（30分）设计PC机与MCS-51单片机的RS232C数据通信接口电路（单片机端含8位LED显示），编写从PC机键盘输入数字，在单片机的6位LED上左右滚动显示的通信与显示程序。
人机接口-详解
人机接口-详解人机接口(Human-Computer Interface)目录• 1 什么是人机接口[1]• 2 人机接口的类型[2]• 3 人机接口的特点[3]• 4 参考文献什么是人机接口[1]人机接口是指人与计算机之间建立联系、交换信息的输入／输出设备的接口，这些设备包括键盘、显示器、打印机、鼠标等。
人机交互设备是计算机系统中最基本的设备之一，是人和计算机之间建立联系、交换信息的外部设备，常见的人机交互设备可分为输入设备和输出设备两类。
1．输入设备输入设备是人向计算机输入信息的设备，常用的输入设备有：①键盘是人向计算机输入信息最基本的设备；②鼠标是一种光标指点设备；③触摸屏是一种坐标定位设备，常用于公共查询系统。
2．输出设备输出设备是直接向人提供计算机运行结果的设备，常用的输出设备有：①显示器是计算机的主要输出设备，它与键盘一起构成最基本的人机对话环境；②打印机为用户提供计算机信息的硬拷贝。
常用的打印机有击打式、喷墨式和激光打印机。
3．人机接口人机接口是计算机同人机交互设备之间实现信息传输的控制电路。
它与人机交互设备一起完成信息形式的转换和信息传输的控制两个任务。
人机接口的类型[2]人机接口是用户与操作系统之间的桥梁，通过人机接口，用户只需进行简单操作，就能实现复杂的应用计算与处理。
人机接口有两种类型：1．直接接口用户通过交互命令、图形界面或网络界面直接对(网络)计算机进行操作。
DOS操作系统采用的是纯命令行输入方式，而Windows操作系统大大简化了用户的操作，提供命令行输入和鼠标操作共存的方式。
DOS命令行或Windows的图形界面，都是直接接口。
QQ软件的用户界面也是一种直接接口。
2．间接或程序接口间接接口供用户以程序方式进行操作。
程序员使用操作系统或第三方厂商提供的应用程序设计接口API来调用系统提供的例行程序，实现既定的操作。
DOS提供的程序接口主要是中断服务功能，Windows的程序接口以Windows API函数为主。
工学3人机对话与数据通信ppt课件
7
• 静态式编码器接口
0 10
A2
6
1
A2’
1 11
2 12
A1
7
1
A1’
3 13
A0
9
1
A0’
4 1 74148
52
EI 8
63
7 4
键
A2’ A1’ A0’
0
0
0
0
1
0
0
1
2
0
1
0
3
0
1
1
4
1
0
0
5
1
0
1
6
1
1
0
7
1
1
1
a）接口电路
b）真值表 8
CLK
RL7
RL6
RL5
ALE
A0 74LS373
1/7、1/9等。
11
硬件译码的LCD驱动接口---ICM7211
第4位段输出
第3位段输出
第2位段输出
第1位段输出
七位宽 驱动器
七位宽 驱动器
七位宽 驱动器
七位宽 驱动器
七位宽 锁存器
七位宽 锁存器
七位宽 锁存器
七位宽 锁存器
可编程 4/7译码器
可编程 4/7译码器
可编程 4/7译码器
可编程 4/7译码器
RL4 RL3
8051
RL2
P0.0
D0
RL1
P0.1
D1
RL0
15 7
14 6
13 5
12 4
11 3
10 2
9
1
8
0
P0.2
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第一节 键 一、非编码键盘
1. 独立连接式非编码键盘
盘
+5V
10kΩ*4
µP 接
口
2.矩阵式非编码键盘
识别按键的方法
行扫描法 线反转法
+5V
行 码
列 码
0键：1 1 0
1 0 1 0
1 1 1 0
1 1 0 1 1 0 1 1
行 线 x1 x0
x2
8
9
A
B
4
0
5
1
6
2
7
3
10KΩ*3 1键：1 2键：1 3键：1 4键：1 5键：1
（三）主机如何通信
分层驱动 驱动程序的选择
应用程序 Win32 API调用函数 Win32子系统 I/O请求封包（IRP） 硬件设备驱动程序
用户模式
核心模式
I/O请求封包（IRP） 总线驱动程序 硬件特定接口 硬件
USB的通信中使用的阶层式驱动程序
（四）USB接口器件及应用
PDIUSBD12与微控制器的接口
1
0 0
1
0
1
1 0
1
1
a）接口电路
b）真值表
第二节
LCD显示器
LCD数码显示器：段码式、点阵字符式
LCD图形显示器：点阵图形式、条图式
LCD显示是一种功耗极低的被动式显示器件。 其优点为：工作电流比LED小几个数量级，尺 寸小，厚度约为LED的1/3等。
第二节
LCD显示器
点阵字符式液晶显示模块
第一节
静态式编码器接口
0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 6 A2 A1 1
键
盘
键 0 A2 ’ A1 ’ 1 2 3 4 5 6 7 A2 ’ A1 ’ A0 ’ 0 0 0 0 0 1 1 0
7 1 12 A0 13 9 1 1 741 2 48 8 EI 3 4
0
0 1 1 1 1
A0 ’
8155
4×8 非编码键盘接口
第一节
键
盘
3. 非编码键盘信号的三种获取方法 程序扫描法
中断扫描法
定时中断法
第一节
键
盘
二、编码键盘
编码键盘的基本任务是识别按键，提供按 键读数，一个高质量的编码键盘还应具反 弹跳、处理同时按键等功能. 静态编码器—普通编码器如74148
可编程键盘/显示接口 如8279
3.5
PTR2000无线数据传输
第六节 无线数据传输
一、调制--解调器的功能 调制:在发送端把数字信号变换成能被模拟信 道传输的模拟信号，是一种数/模变换过程; 解调:在接收端把接收到的模拟信号转换成数 字信号，是一种模/数变换过程. 调制解调器的构成 调制解调器的分类
第六节 无线数据传输
电阻式
电容式
表面声波式
第三节
触摸屏简介:电阻触摸屏
电阻触摸屏的主要部分是一块多层的复合电阻薄膜.
优点：不怕油污，灰尘，水。
缺点：因为复合薄膜的外层采用塑胶材料, 不知道 的人太用力或使用锐器触摸可能划伤整个触摸屏而 导致报废。常用在PDA等手持设备或其它.
第三节 触摸屏简介: 红外触摸屏
以光束阻断技术为基本原理，不需要在原来的显示器表面覆 盖任何材料. 优点：价格低廉、安装方便、可以用在各档次的计算机。 缺点:发光二极管寿命比较短，影响了整个触摸屏的寿命; 外 界光线变化会影响其准确性, 不防水不防污物。
第五节 USB通用串行总线及应用
（一）USB基本特性 USB采用四线电缆，其中两根是用来传送数 据的串行通道，另两根为下游设备提供电 源。
VBUS D+ D— GND VBUS D+ D— GND
第五节 USB通用串行总线及应用 USB系统架构
USB主机控制器/根集线器；USB集线器；USB设备
MODEM构成
信道
基 {an} 带 处 理 调 制 载 频 发 送 滤 波 器 信 道 噪 声 接 收 滤 波 器 解 调 载 频 定 时 均 衡 取 样 判 决
二、PTR系列无线MODEM
PTR系列包括PTR2000、PTR6000、PTR8000等 PTR2000的特性
接收发射合一 . 频段433MHz ; FSK（频移键控）调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合 ;
不耀眼、不怕震、抗干扰强等特点；抗刮伤性良好，不受 温度、湿度等环境因素影响，寿命长透光率高，能保持清 晰透亮的图像质量；没有漂移，只需安装时一次校正；有 第三轴（即压力轴）响应。
超 声 波 发 射
玻璃
反 射 条 纹 手指触摸屏表面 吸收部分声波 屏幕表面布满超声波
接 收 换 能 器
第四节 RS-232C RS-422/485串行总线数据通讯
“Universal Serial Bus”
USB特点： 统一了各种接口设备的连接头; 即插即用（plug-and-play），并能自动 检测与配置系统的资源; 具有“热插拨“（hot attach &detach ）的特性; 最多可以连接127个接口设备; USB 2.0的传输速度最高可达到480Mbps ，也即是480Mbit/s.
8031 TXD MAX232A T1IN T1OUT MAX232A T2OUT T2IN 8031 TXD
RXD
R1OUT R1IN
R2IN R2OUT
RXD
二、RS-422/485标准总线及其应用
RS-449接口是利用信号导线之间的电位差，可在
1200m的双绞线上进行数字通信，速率可达90kb/s。
采用DDS+PLL频率合成技术，频率稳定性极好;
灵敏度高，达到-105dBm .发射功率最ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ+10dBm ; 低工作电压（2.7V），功耗小，接收状态250uA，待机状态仅为8uA;
具有两个频道，特别满足需要多信道工作的特殊场合 ;
工作速率最高可达20Kbit/s（也可在较低速率下工作如9600bps) ; RS232接口，软件编程非常方便; 采用了低发射功率、高接收灵敏度的设计，使用无需申请许可证 .
主机
根集线器 Hub 端口 Hub 端口 Hub 端口 Hub 端口 USB 设备 USB 设备 Hub USB 设备 USB 设备 Hub 端口 Hub 端口 Hub 端口 Hub 端口 Hub 端口 Hub Hub 端口 Hub 端口
USB 设备
USB 设备
（二）USB的传输内幕
1．传输基础 配置通信 应用通信 管理总线上的数据 PC到PC的通信 2． 设备端点 3． 连接设备到主机（设备列举） 4． 传输类型 控制传输 中断传输 批量传输 等时传输
触摸启动
光点距离框
显示屏幕
光电距离四边排列了红外线发射管 及接收管在屏幕表面形成红外线网
第三节 触摸屏简介: 电容触摸屏
把人体当作一个电容器元件的一个电极使用， 利用人体的电流感应进行工作. 优点：最可靠、最精确；
缺点：反光严重, 漂移.
第三节 触摸屏简介:表面声波触摸屏
是众多触摸屏中较可靠、较精确的一种，它具有低辐射、
自带驱动IC和液晶显示控制IC。模块内部有字符 发生器和显示数据存储器，可显示ASCII字符和特 殊字符。（图形类似）
E R/W RS DB0~DB7 VDD V0 VSS
LCD显示屏
控制器 驱动器
第三节
一、触摸屏的类型
触摸屏简介
1.按触摸屏的结构进行分类 嵌入式(内置式)结构 外挂式 2.按触摸屏的检测手段进行分类 红外式
一、RS-232C总线标准及应用
引脚号
1 2 3 4 5 6 7 8 20 22 9-19，21， 23-25
信号名称
ShieldGnd TXD RXD RTS CTS DSR GND DCD DTR RI NC
方
向
信
号
功
能
PC机→仪器 PC机←仪器 PC机→仪器 PC机←仪器 PC机←仪器 PC机←仪器 PC机→仪器 PC机←仪器 -
噪声低，又可以多点或者使用公用线通信。 RS-422是RS-449标准的子集，传输率最大为10Mb/s ，在此速率下，电缆允许长度为120m。如果采用较低 传输速率，如90kb/s，最大距离可达1200m。 RS-485是RS-422A的变形。RS-422A为全双工，可同 时发送和接收；RS-485则为半双工，在某一时刻，一个
接设备外壳，安全地 PC机发送数据 PC机接收数据 PC机请求发送数据 仪器已切换到接收状态（清除 发送） 仪器准备就绪 信号地 PC 机收到远程信号（载波检测） PC机准备就绪 通知 PC 机，线路正常（振铃指 示） 空
电平转换芯片介绍
(1)驱动器的输出电平 逻辑0：+5V～+15V； 逻辑1：-5V~ -15V (2)接收器的输入检测电平 逻辑0：＞+3V ； 逻辑1：＜-3V RS-232C使用的是负逻辑。
发送另一个接收。
第四节 RS-232C RS-422/485串行总线数据通讯
RS-232C、RS-422A、RS485性能比较
接 性 能 口 RS-232A
单端 15(24kb/s) 200kb/s 1 1 ±3V 300Ω 3～7kΩ 3～7kΩ ±25
RS-422A
差动方式 1200(100kb/s) 10Mb/s 1 10 ±200mV 60kΩ >4kΩ 100Ω -0.25～+6
第六节 无线数据传输
将PTR2000更换为PTR6000 或8000，传输能力增强
AD
uP
PTR2000
PTR2000
RS232
PC
三、基于移动通信网的无线数据传输