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1、第四章 人-机接口电路设计,本章主要内容：,4.1 概述,4.2 显示器接口,4.3 键盘接口,4.4 打印机接口,4.1 概述,接收各种命令和数据 给出运算和处理结果,人-机联系部件的功能,人-机联系部件的种类,4.1 概述,键盘 显示器 打印机,4.2 显示器接口,4.2.1 显示器概述,4.2.2 LED显示器,4.2.3 LCD显示器,4.2 显示器接口,发光二极管显示器LED 液晶显示器LCD 等离子显示器PDP,显示器的种类,4.2.1 显示器概述,4.2 显示器接口,LED: 工作电压低、响应速度快、寿命长、价低 。 LCD：低电压、微功耗，但光线暗，视角小，屏幕越大成本越高，寿
2、命短。 PDP：视角大、寿命长、响应速度快、光强好、价格高，适用于大屏幕。,显示器的性能,4.2 显示器接口,常用显示器类型,7段LED显示器 单片3- 1/2位的7段LCD显示器 点阵式显示器,由发光二极管显示字段的显示器件，结构有两种： 七段式 点阵式,4.2.2 LED显示器,4.2 显示器接口,七段LED 字符有失真，但控制简单，使用方便， 可显示字符09，AF，点亮合适字段即可。 共阴极，共阳极两种连接方式。,4.2.2 LED显示器,工作方式,动态显示,静态显示,当显示器显示某一字符时， 相应的发光二极管恒定地通以电流；输出口可直接驱动。但每显示一位需一个8位输出口，适合显示位数少
3、时。,用扫描的方流点亮各位显示器，需要较大的驱动电流，输出口需接驱动电路。,4.2.2 LED显示器,译码方式,4.2.2 LED显示器,LED显示数字前，需进行译码，将二、十进制数译成相应段码。,硬件译码：,软件译码：,采用能输出7段码的译码/驱动集成电路。实时性好，显示位多时，硬件电路太过复杂，成本较高。,预先在存储器中存储一张段码表，通过查表方式获取相应段码。智能仪表一般采用此种译码方式。,LED显示器与单片机的接口电路,显示的6位数据分别存放在单片机的RAM单元7AH7FH中，作为显示缓冲单元，通过查表8155的PB口经同相驱动器输出字形码。PA输出扫描信号，通过反相驱动器去逐个点亮各
4、位LED（共阴极），8155I/O口的地址为7F00H7F05H。,LED显示字符与PB口中代码的对应关系（显示器为共阴极）,DIS: MOV DPTR,#7F00H MOV A,#03H MOVX DPTR,A ;置8155PA口、PB口为基本输出 MOV R0,#7AH ;指向显示缓冲区起始单元 MOV R3,#01H ;字位码初值R3 MOV A,R3 ;取字位码 DSP1: MOV DPTR,#7F01H ;指向字位口 （PA口） MOVX DPTR,A ;输出字位码，显示其中1位 INC DPTR ;指向字段口（PB口） MOV A,R0 ;取一个显示数据 ADD A,#0DH ;查
5、表偏移量 MOVC A,A+PC ;取出字形码 MOVX DPTR,A ;输出字形码至PB口 ACALL DLY1MS ;延时1ms INC R0 ;指向显缓区下一单元 MOV A,R3 ;修改字位码 JB ACC.5,DSP2 ;显示完毕 RL A ;显示下一位 MOV R3,A AJMP DSP1 DSP2: RET ;全部扫描一遍，结束 SEGPT: DB 3FH,06H,5BH , ;字形表 DLY1MS: ;延时1ms子程序,8031的显示子程序如下（略去伪指令ORG等，以下程序同）：,121131121,4.2.3 LCD显示器,LCD基本结构,根据液晶的 扭曲-向列 效应原理制成
6、,LCD工作原理,4.2.3 LCD显示器,点亮方式,4.2.3 LCD显示器,可采用如同LED的静态显示方式。但是为了延长LCD的使用寿命，避免直流电压使液晶发生电化学分解反应而导致液晶损坏，驱动电流应改为交流。 LCD两极间的交流方波电压幅值为45V。从显示清晰稳定角度要求，交流电压的频率约在30100Hz为宜，其频率的下限决定于人的视觉暂停特性，上限取决于LCD的高频特性。,（a）驱动回路 （b）真值表 （c）驱动波形,LCD驱动回路及波形,图中LCD表示某个液晶显示字段，其显示控制电极和公共电极分别与异或门的C端和A端相连。当异或门的B端为低电平时，此字段上两个电极的电压相位相同，两电
7、极的相对电压为零，该字段不显示；当异或门的B端为高电平时，此字段上两个电极的电压相位相反，两电极的相对电压为两倍幅值方波电压，该字段呈黑色显示。,C,LCD分类：,段码式LCD：,段码型液晶显示模块 结构简单，主要用于显示数字、西文字符、某些专用符号、固定图形等。具体用途有：各种数字仪表，计时器，计数器等。,7段LCD电极配置和驱动电路,字符点阵液晶显示模块的特点本身具有字符发生器，显示容量大、功能丰富，价格适中；主要用于显示西文、数字、字母。具体用途有：多功能的仪器仪表及功能显示。,图形点阵液晶显示模块的特点是像素连续排列，可以编辑显示连续、完整的图形、汉字；其显示信息量大，适应性强。被广泛
8、地应用于手机、PDA及各种信息电话上。,点阵式LCD：,DMC202点阵式LCD作显示单元，液晶板上排列着两行57点阵的字符显示位，每行可显示12位。多种字符包括英文大小写字母，数字和书写符号等，用户还可自定义8个57点阵的字符。 DMC202有11条指令，可以编程控制LCD的字符显示。其八位数据线，三位控制线与微处理器相连。,点阵字符LCD显示器 与单片机的接口电路,4.3 键盘接口,4.3.1 键盘处理任务,主要研究内容：,4.3.2 键盘类型,4.3.3 抖动与串键,4.3.4 键盘结构,4.3.5 非编码式键盘接口电路,* 4.3.6 编码式键盘接口电路,键输入,键译码,键处理,4.3
9、.1 键盘处理任务,键输入,检查键盘是否有键被按下，消除按键抖动。确定被按键的键号，并获取键号。 硬件电路消除抖动或软件消除抖动。,4.3.1 键盘处理任务,4.3.1 键盘处理任务,键译码,键号为键盘位置码，根据键号查表得出被按键的键值。 键值：数字键、字符键及功能键等。,根据键值转移到不同程序段。 若键值属于数字、字符键，则调用显示数字和字符的子程序。 若键值属于功能键，则进行多分支转移，执行各个功能程序段。,键处理,4.3.1 键盘处理任务,4.3.2 键盘类型,常用的按键类型有：,机械触点式按键 导电橡胶式按键 柔性按键（轻触键盘）,机械触点式： 利用金属的弹性使按键复位。 特点：手感
10、明显，接触可靠。,4.3.2 键盘类型,导电橡胶式： 利用橡胶的弹性使按键复位。 特点：把所有的按键压制成一块，体积小，装配方便。,4.3.2 键盘类型,4.3.2 键盘类型,柔性按键（轻触键盘）： 新型按键，分凸球型和平面型。 凸球型特点：动作行程和触感明显，富有立体感，工艺复杂。 平面型特点：动作行程极微，触感较弱，工艺简单，寿命长，廉价、装嵌简单等。,4.3.3 抖动与串键,抖动,从键按下到接触稳定或键松开时都要经过数毫秒的抖动。可能会引起一次按键多次读数的问题。,抖动示意图,抖动的概念：,可使用硬件或软件方法。硬件用 R-S触发器或RC滤波器，软件用延时的方法。,键抖动的解决办法：,串
11、键,串键是数键同时按下，接收可能出错的的情况。,4.3.3 抖动与串键,处理串键的三种技术：,两键同时按下：,n键同时按下：,两键同时按下时产生保护作用。最后仍被按下的键为有效的正确按键。软件扫描键盘时采用。 第一个按下的键未松开，按第二个键无效。借助硬件来实现。,不理会所有被按下的键，直至只剩下一个键按下时为止。,4.3.3 抖动与串键,n键锁定：,只处理一个键。第一个键被按下或最后一个松开的键。,行列式键盘电路,独立式键盘 直接用I/O口线构成的单个按键电路。每根I/O口线上按键的工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态。,行列式（矩阵式）键盘 由行线和列线组成，按键设置在行列式交点上。,
12、4.3.4 键盘结构,键码识别方法有编码式和非编码式两种: 编码式： 自动提供被按键的键码。 非编码式：是靠软件来完成按键的识别。,4.3.5 非编码式键盘接口电路,工作原理,行扫描：每次在键盘的一行发出扫描信号，同时检查列线输入信号。若发现某列输入信号与扫描信号一致，则位于该列和扫描行交点的键被按下。,扫描方式：采用行扫描法识别按键,一般先输出全“0”(“1”)测试是否有键按下，如上图 (a)所示。如果有，才在各输出线上依次送“0”，这可减少在没有按键时的扫描时间。图中假设K9键闭合，其余断开，程序在判断有键按下后，再逐行扫描，如图 (b)所示，以确定所按下的键号。,非编码式键盘与单片机及L
13、ED显示器的接口电路,键盘与单片机及LED显示器的接口电路,8031的判键号子程序：,KEY:,KEY1:,KEY2:,KEY3:,KEY4:,KEY5:,NEXT:,MOV DPTR,#7F00H MOV A,#03H MOVX DPTR,A MOV R4,#00H MOV R2,#01H MOV DPTR,#7F01H MOV A,R2 MOVX DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,DPTR JB ACC.0,KEY2 MOV A,#00H AJMP KEY5 JB ACC.1,KEY3 MOV A,#01H,AJMP KEY5 JB ACC.2,KEY4 MO
14、V A,#02H AJMP KEY5 JB ACC.3,NEXT MOV A,#03H ADD A,R4 MOV R4,A RET MOV A,R4 ADD A,#04H MOV R4,A MOV A,R2 JB ACC.3,NEXT1 RL A MOV R2,A AJMP KEY1,MOV R4,#0FFH RET,NEXT1:,4.3.6 编码式键盘接口电路,(1)自动完成键盘扫描输入和键码识别，有自动消抖和多个按键处理功能，可充分提高CPU的工作效率。 (2)LED动态扫描输出，168显示RAM中的段码连续扫描输出。 (3)与MCS-51接口方便，由它构成的标准键盘/显示器接口在微机应用
15、系统中使用广泛。,专用键盘/显示器控制芯片8279,功能特点：,8279管脚功能,数据输入（三种方式）,专用键盘/显示器控制芯片8279,键扫描方式 传感器方式 选通输入方式,键扫描方式 (1)扫描线SL0SL3，回馈线RL0RL7。 (2)每按一键，8279自动编码，送入FIFO，同时产生中断信号IRQ。 (3)扫描方式：译码扫描，编码扫描。 译码扫描：键盘扫描线最多4条,同一时刻只有一条是低电平。 编码扫描：经译码器输出扫描信号（如3-8译码器）。 （SL3仅用于显示器编码扫描输出，不能用于键编码扫描。） (4)FIFO(88) ，内部堆栈，暂存按键代码，只能用输入和读取指令而不能用弹出指令。先进先出,如果芯片的控制端CNTL和换档端SHIFT接地，则编码的最高两位均取“0”。例如被按下键的位置在第2行（扫描行序号为010），且与第4列回馈线（列序号为100）相交，则该键所对应的代码为00010100，为14H。,键的编码格式为:,传感器方式 对传感器状态开关阵列进行扫描，任一位状态变化时，自动产生中断信号IRQ。 FIFO寄存传感器状态，CPU读入后与原有状态进行比较。 中断处理子程序判断哪一个传感器状态发生变化,
