智能仪器第五章 智能仪器的人机接口技术学习提纲1 键盘处理与接口设计2 LED显示处理及接口设计3 LCD显示处理及接口设计4 触摸屏处理及接口设计 1 键盘处理与接口设计l键抖动、键连击及串键的处理l键抖动l键按下或松开会产生短暂的抖动，一般510msl硬件去抖 1 键盘处理与接口设计l软件去抖l键连击l消除连击l合理利用l串键lN键锁定技术lN键有效技术l键盘处理步骤l监视有无键按下l判断哪个键按下l实现按键的功能l键盘的组织形式l非编码式和编码式两种l键盘的工作方式l编程扫描方式l定时扫描方式l中断扫描方式 1 键盘处理与接口设计 1 键盘处理与接口设计l非编码键盘的处理l独立式键盘l特点：一键一线l优点：简单，键易识别l缺点：占用资源l键盘结构及处理方法 1 键盘处理与接口设计l矩阵式键盘 1 键盘处理与接口设计l键盘扫描方式l扫描法l键监视l扫描识别l键处理 1 键盘处理与接口设计l线反转法l行列均为双向口l均上拉l中断方式l两步扫描l键码转换按键S9特征码 11011011顺序码 09H 1 键盘处理与接口设计l程序设计（仅获取特征码和顺序码）KEYIN: MOV P1，#0F0H MOV A, P1 ANL A, #0F0H MOV B, A MOV P1，#0FH MOV A, P1 ANL A, #0FH ORL A, B CJNE A, #0FFH, KEYIN1 RETKEYIN1: MOV B, A MOV DPTR, #KEYCOD MOV R3，#00HKEYIN2: MOV A，R3 MOVC A, A+DPTR CJNE A, B, KEYIN3 MOV A, R3 RETKEYIN3: INC R3 CJNE A, #0FFH, KEYIN2 RETKEYCODE: DB 0EEH, 0DEH, 0BEH, 7EH DB 0EDH, 0DDH, 0BDH, 7DH DB 0EBH, 0DBH, 0BBH, 7BH DB 0E7H, 0D7H, 0B7H, 77H DB 63H, 0FFH 1 键盘处理与接口设计 1 键盘处理与接口设计l编码键盘的处理l硬件自动完成键监视、键识别操作l自动产生选通脉冲与CPU联络l具有自动去抖、处理串键等功能 2 LED显示处理及接口设计lLED显示器的特点l工作电压低：正向压降1.22.6Vl功耗小：发光电流520mAl温度范围宽（30+85）l响应速度快（小于1s）l成本低、可靠性高、寿命长、颜色丰富 2 LED显示处理及接口设计l分类l单个LEDlLED数码管l点阵式LED显示器 2 LED显示处理及接口设计lLED数码管l以发光二极管（LED）为组成单元的显示器件l常用七段数码管和八段数码管l多位一体数码管 2 LED显示处理及接口设计l内部结构 2 LED显示处理及接口设计l译码 待显示数字和字符必须先转换为字形段码才能控制数码管进行显示，该转换过程称为译码l硬件译码l一般为BCD型，将BCD码译为7段字形段码l常用的译码器：74LS47，MC14495，74LS248l优缺点：节省CPU时间，成本和体积有所上升l软件译码lCPU查表，找出要显示数字或字符对应的字形段码l优缺点：与硬件译码相反 2 LED显示处理及接口设计l显示与驱动l静态显示及接口l每位数码管需要一个锁存器锁存段码信号l驱动：515mA，可借助锁存器l接口：根据CPU的引脚资源，串行或并行l译码方式l软件译码，直接输出字形段码l硬件译码，一般输出BCD码硬件译码并行输入静态显示 2 LED显示处理及接口设计 2 LED显示处理及接口设计l动态显示及接口l所有数码管共用一个段码驱动器，每位的位控制端（公共端）需分别控制l任何时刻仅一位数码管选通显示l每位显示要保持一定时间，最长不超过20msl所有数码管必须轮流刷新显示l由于是交替显示，点亮电流比静态显示要大一些l每位数码管的显示时间、交替时间由CPU控制 2 LED显示处理及接口设计软件译码串行输入动态显示 2 LED显示处理及接口设计l动态显示编程l专门设置动态显示子程序，应具通用性lLED位数较多时，CPU负担较重 3 LCD显示处理及接口设计lLCD显示器l本身不发光，是一种被动显示器件l较之本身发光的显示器件，具有如下特点：l体积小、重量轻、外形薄l低电压、微功耗l特别适合袖珍式、便携式智能仪器 3 LCD显示处理及接口设计lLCD分类l段码式：类似于数码管l点阵式：类似于点阵式LEDl字符点阵式 可显示字母、数字和特定符号l图形点阵式 可显示汉字、图形、图像 3 LCD显示处理及接口设计lTFT液晶显示屏（Thin Film Transistor）“真彩”l每个像素点都由集成在像素点背后的薄膜晶体管驱动l亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳、耗电、成本高l目前最好的LCD显示设备，效果接近CRT显示器，是主流 3 LCD显示处理及接口设计lLCD驱动方式l必须采用交流驱动方式，直流在100mV以下l交流电压频率：30200Hz；幅值：45V像素点基本驱动回路驱动波形 3 LCD显示处理及接口设计l静态驱动方式l每个像素的像素电极单独引出，公共电极接在一起。电极配置静态显示（BCD译码兼驱动） 3 LCD显示处理及接口设计l动态驱动方式l将显示器的所有电极制成矩阵结构l行电极：水平一组像素的背电极连在一起l列电极：纵向一组像素的像素电极连在一起l驱动方法：循环地给每行电极施加选择脉冲，同时所有列电极给出该行像素的选择或非选择驱动脉冲段码式LCD动态驱动的行列电极划分 3 LCD显示处理及接口设计l段码式LCD接口设计l与LED数码管的静动态显示类似l字符点阵式LCD接口设计l一般将LCD显示器与控制电路组装为显示模块lEDM2004-03模块 3 LCD显示处理及接口设计l控制器读写时序lRS：寄存器选择信号；0-指令寄存器，1-数据寄存器lR/W：读/写信号；1-读操作，0-写操作lE：使能信号；读操作，下降沿；写操作，高电平 3 LCD显示处理及接口设计l寄存器与存储器l指令寄存器（IR）l存储指令代码l数据寄存器（DR）无相应操作指令l暂存CPU与控制器内部DDRAM和CGRAM之间传送的数据l忙标志位（BF）lBF=1，内部忙，不接受任何外部指令和数据lRS=0，R/W=1，E=1时，BF输出到DB7l每次操作前都应检测BF的状态l地址计数器（AC）l设置地址指令写入指令寄存器后，地址信息自动存入AClDR与DDRAM或CGRAM完成一次数据传输，AC自动加减l当RS=0，R/W=1，E=1时，AC内容输出至DB6DB0 3 LCD显示处理及接口设计l显示数据寄存器（DDRAM）l存储欲显示字符的字符代码l容量为80个，因此地址也有80个，分4行，行内连续，但行之间有跳跃，见P118表5-14。l字符代码与字符的关系见P119表5-15。l字符发生器ROM（CGROM）l固化有208个57点阵的字符字模l0007H字符代码对应CGRAM中生成的自定义字符l字符发生器RAM（CGRAM）l由用户生成自定义字符l可存放8个5 8点阵字模 3 LCD显示处理及接口设计l指令l清显示指令l归位指令l输入方式设置指令l显示开/关控制指令l光标或显示移动指令l功能设置指令lCGRAM地址设置指令lDDRAM地址设置指令l读取忙标志BF和地址计数器AC指令lCGRAM或DDRAM写数据指令lCGRAM或DDRAM读数据指令 3 LCD显示处理及接口设计l接口设计 3 LCD显示处理及接口设计l程序设计l检测忙标志BF子程序BF: CLR A CLR RS SETB R/W MOVX A, R0 JB ACC.7，BF RET 3 LCD显示处理及接口设计l写数据到指令寄存器IR子程序，R1暂存指令WI: CLR R/W CLR RS MOV A, R1 MOVX R0，A RETl写数据到数据寄存器DR子程序，R2暂存字符代码WD: SETB RS CLR R/W MOV A, R2 MOVX R0，A RET 3 LCD显示处理及接口设计l初始化INI: MOV R1，#38H ;功能设置 LCALL BF LCALL WI MOV R1，#01H ;清显示 LCALL BF LCALL WI MOV R1，#06H ;输入方式设置 LCALL BF LCALL WI MOV R1，#0CH ;显示开/关控制设置 LCALL BF LCALL WI 3 LCD显示处理及接口设计l写欲显示字符的字符代码到DDRAM，字符代码存放在0300H起始的程序存储器中，共40个字符WDD: MOV DPTR, #0300H MOV R5，#20 ;每行显示20个字符 MOV R1，#80H ;屏幕第一行 LCALL BF LCALL WILOOP1： CLR A MOVC A, A+DPTR MOV R2，A LCALL BF LCALL WD INC DPTR DJNZ R5，LOOP1 3 LCD显示处理及接口设计 MOV R5，#20 ;显示数量 MOV R1，#0C0H ;屏幕第二行 LCALL RF LCALL WILOOP3： CLR A MOVC A, A+DPTR MOV R2，A LCALL BF LCALL WD INC DPTR DJNZ R5，LOOP3 END 4 触摸屏处理及接口设计l触摸屏概述l基本原理l操作者用手指或其他工具触摸屏，系统根据触摸的图标或菜单定位选择信息输入l基本组成l检测部件l安装在显示器前面，检测触摸位置，转 换为触摸信号l控制器l将触摸信号再转换成触摸坐标送给CPU，同时能接收CPU指令并加以执行 4 触摸屏处理及接口设计l几个问题l透明性能l触摸屏由多层复合薄膜构成，透明性能直接影响视觉效果，衡量指标：透明度、色彩失真度、反光性、清晰度l绝对坐标系统l每次触摸产生的数据通过校准转为屏幕上的坐标，同一位置点的输出数据是固定的l漂移问题l不能保证同一触摸点每一次采样数据相同l检测与定位l触摸屏的绝对定位是依靠传感器来完成的，不同的定位原理和传感器决定了触摸屏的反应速度、可靠性、稳定性等。 4 触摸屏处理及接口设计l触摸屏的分类、原理、结构和特点l电阻式l两导体层中间衬隔离层，触摸时，两导体层在触摸点接触。 4 触摸屏处理及接口设计l由于导体层是阻性的，导体层两边加电压后，整个导体层存在电压梯度，故不同触点的电压不同，据此计算接触点坐标。lX和Y方向分开计算坐标，一个方向加电压VREF和0V，另一个方向的负电极悬空，从正极获取分压，进行A/D转换，并与VREF比较，得到坐标。 4 触摸屏处理及接口设计l优点：不怕油污、灰尘、水，经济，占90%市场l缺点：复合薄膜的外层采用塑料材料，易划伤报废l电容式l在玻璃屏幕上镀一层透明的阻性导体层，上面加一层保护玻璃。导体层作为工作面，四周镀电极，从四个角引线，加入高频信号。 4 触摸屏处理及接口设计l当手指触摸外层玻璃时，由于人体电场的存在，手指与导体层形成一个耦合电容，高频电流会被电容分流，分去的电流与触摸位置到电极的距离成反比，据此计算出触点坐标。l优点l最可靠l最精确l缺点l最贵l反光严重l色彩失真l易随温度和湿度变化漂移，导致定位不准确l绝缘碰触没反应 4 触摸屏处理及接口设计l红外线式l基于光束阻断技术，显示器表面不需覆盖任何材料。仅在四周安放光点距架框，排放红外发射管和接收管，在屏幕表面形成红外线栅格。 4 触摸屏处理及接口设计l当触摸屏幕时，会挡住红外线，接收管信号发生变化，控制器根据X、Y两个方向接收管信号的变化确定触点坐标。l优点l价格低l完全透光，不影响显示器清晰度l响应速度比电容式快l缺点l分辨率不高l寿命短l易受外界光干扰l不防水防尘 4 触摸屏处理及接口设计l表面声波触摸屏l显示器前面安装玻璃屏，左上角和右下角各固定垂直和水平方向的超声波发射换能器，右上角在两个方向固定相应的接收换能器，玻璃的四边刻有45由疏到密的反射条纹。 4 触摸屏处理及接口设计l发射器发出的超声波经反射形成均匀波面，再经反射被接收器接收，接收器将声波能量转换为电信号。发射器发出一个窄脉冲，就有不同路径的能量到达接收器，对应输出的电信号在时间上有先后。l触摸屏时，某条路径上的声波能量被部分吸收，接收器输出的电信号在某一时间产生衰减，根据衰减时间确定触点坐标。l优点l低辐射、不怕震、抗刮性能好l透光率高，能保证图像质量l没有漂移，有第三轴（压力）效应l缺点l导波槽易被阻塞，需经常维护；容易受噪声干扰 4 触摸屏处理及接口设计l控制器ADS7843l内部组成l模拟开关l12位逐次逼近ADCl同步串行接口l引脚配置l2/3：触摸屏正极l4/5：触摸屏负极l11：触摸中断l12/14/16：串行口l13：忙指示l15：片选l控制字lS：数据传输起始标志位，必须为1lA2/A1/A0：选择采集触点的X轴或Y轴信号 001Y轴，101X轴lMODE：ADC位数选择，18bit，012bitlSER/DFR：参考电压输入模式，1非差动，0差动lPD1/PD0：省电模式选择，00省电模式允许，中断允许；01同00，但不允许中断；11禁止省电模式D7D6D5D4D3D2D1D0SA2A1A0MODESER/DFRPD1PD0 4 触摸屏处理及接口设计 4 触摸屏处理及接口设计lA/D转换时序l为获得触点坐标，CPU需要进行3次8位串行操作 4 触摸屏处理及接口设计l接口设计 4 触摸屏处理及接口设计l程序流程