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1、第五章 数字化医疗仪器人机接口数字化医疗仪器要有人机对话功能，即人与数字化医疗仪器要有人机对话功能，即人与 机器交换信息的功能。它有两方面的含义：机器交换信息的功能。它有两方面的含义：一是人对数字化医疗仪器进行状态干预和数一是人对数字化医疗仪器进行状态干预和数 据输入；据输入；二是数字化医疗仪器向人报告运行状态与处二是数字化医疗仪器向人报告运行状态与处 理结果。理结果。实现人机对话的部件有键盘、显示器和打印实现人机对话的部件有键盘、显示器和打印 机等，这些部件同医疗仪器主体电路的连接是由机等，这些部件同医疗仪器主体电路的连接是由 人机接口电路来完成的。人机接口电路来完成的。人机接口技术是数字化
2、医疗仪器设计的关键人机接口技术是数字化医疗仪器设计的关键 技术之一。技术之一。数字化医疗仪器主要人机接口 键盘接口键盘接口 LEDLED显示及接口显示及接口 CRTCRT显示及接口显示及接口 LCDLCD数码显示技术数码显示技术 打印机接口打印机接口第一节 键盘接口键盘与微机的接口包括硬件和软件二部分。 硬件：是指键盘的组织，即键盘结构及与主机的 连接方式。 软件：软件是指对按键操作的识别与分析，称为 键盘管理程序。 虽然对不同的键盘组织其键盘管理程序存在很 大的差异，但任务大体可分为下列几项：(1)识键识键 ：判断是否有键按下。若有，则进行译码 ；若无，则等待或转做别的工作。(2)译键译键
3、：识别出哪一个键被按下并求出被按下键 的键值。(3)键值键值 分析：根据键值，找出对应处理程序的入 口并执行之。一、键盘输入基础知识（一） 键盘的组织 1. 编码式键盘键和专用键盘编码器构成. 有键按下,自动生成键值。 例如: MM5740AA芯片; INTEL 8279等。 2. 非编码式键盘不含编码器,键盘只送出一个简单的闭合信号,对应的键 值需有软件来译出。 显然，非编码键盘的软件是比较复杂的，并且要占用较 多的CPU时间，这是非编码键盘的不足之处。但非编码键 盘可以任意组合、成本低、使用灵活，因而数字化医疗仪 器大多采用非编码式键盘。 非编码键盘按照与主机连接方式的不同：有独立式键盘
4、和矩阵式键盘之分。 1)独立式键盘如图 1(a)特点: 一键一线. 优点: 结构简单,键容易识 别。 缺点: 占用较多检测线，不便组成大型键盘。S0S1S2S3RRRR+5VR=5KD0D1D2D3图1（a）2)矩阵式键盘如图1(b) 特点: 把检测线分成二组 ，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。 优点: 键盘规模可扩大。 缺点: 键盘分析程序较复 杂。RRRR+5VX0X1X2X3Y0Y1Y2Y3R=5K图1（b）（二）键盘的工作方式 数字化医疗仪器中数字化医疗仪器中CPUCPU对键盘进行扫描时，要兼顾对键盘进行扫描时，要兼顾 两方面的问题：一是要及时，以保证对用户
5、的每一次两方面的问题：一是要及时，以保证对用户的每一次 按键都能作出响应；二是扫描不能占用过多的时间，按键都能作出响应；二是扫描不能占用过多的时间， CPUCPU还有大量的其他任务要去处理，因此，要根据智还有大量的其他任务要去处理，因此，要根据智 能仪器中的能仪器中的CPUCPU忙、闲情况，选择适当的键盘工作方忙、闲情况，选择适当的键盘工作方 式。式。 a) a) 编程扫描方式编程扫描方式( (查询方式查询方式) )；b) b) 中断工作方式；中断工作方式；c) c) 定时扫描方式。定时扫描方式。（三）键抖动及消除 键盘按键一般都采用触点式按键开关。当按键被按键盘按键一般都采用触点式按键开关。
6、当按键被按 下或释放时，按键触点的弹性会产生一种抖动现象。下或释放时，按键触点的弹性会产生一种抖动现象。 键抖动可能导致计算机将按键操作识别为多次操 作.可采取以下措施:(010) ms(50200) ms(010) ms键抖动现象图2(2) 软件延时法 当判定按键按下时,用软件延时10ms20ms,等待键稳 定后重新再判一次,以躲过触点抖动期。(1) 硬件电路消除法 RRR=5K S 输出图6 软件流程图+5V8031S0S1S2RRRR=10kP1.0P1.1P1.2图5图62.中断方式 用中断方式处理8只按键电路图7ORG 0000HAJMP MAIN ；上电后转主程序ORG 0003H
7、 ；外部中断0入口AJMP KEYJMP ；指向中断服务程序ORG 0100HMAIN： SETB IT0 ；选择边沿触 发方式SETB EX0 ；允许外部中断0SETB EA ；允许CPU中断 MOV DPTR，#0EF00H ；送8155命令口地址MOV A，#02H ；置A口为输入口MOVX DPTR，A ；控制字写入 HERE： AJMP HERE ；模拟主程序 ORG 0120H ；中断服务程序KEYJMP：MOV R3，#08H ；设循环次数MOV DPTR，#0EF01H ；送A口地址MOV R4，#00H ；计数器清零MOVX A，DPTR ；读入按键状态KEYADl：RRC
8、A ；状态字右移 一位 JNC KEYAD2 ；C=0，转KEYAD2INC R4 ；计数器加1DJNZ R3，KEYADl KEYRET：RETIKEYAD2：MOV DPTR，#JMPTBLMOV A，R4RL AJMP A+DPTR ；转相应功能 处理 JMPTBL：AJMP SB0AJMP SBlAJMP SB2AJMP SB3AJMP SB4AJMP SB5AJMP SB6AJMP SB7 三、矩阵式键盘接口方法当采用矩阵式键盘时，为了编程方便，应 将矩阵键盘中的每一个键按一定的顺序编号，这 种按顺序排列的编号叫顺序码，也称键值。为了 求得矩阵式键盘中被按下键的键值，常用的方法 有行
9、扫描法和线路反转法。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。 （一）行扫描法 步骤: 1.判是否有键按下(没有键按下，读入值为FFH )。 2.若有键按下,消除键抖动(延时10ms ),再判是否有键按下 。 3.若确定有键按下,则求出按下键的键值。键值= 行值+ 列值 4. 为保证按键每闭合一次,CPU只作一次处理,程序需等闭 合的键释放后再对其处理。 RAM/IO 扩展器 8155结构: 1. 256BITS的静态RAM; 2. 二个可编程的8位并行I/O 口PA,PB; 3.一个可编程的6位并
10、行I/O口 PC ; 4.一个可编程的14位减法计数器TC.图83210765489ABCDEF8031P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7（二）线路反转法原理图9线路反转法的原理 （1）先从P1的高四位输出“0”电平，从P1的低四位 读键盘状态，设图中E键被按下，从P1的低四位输 入为1101， “0”对应按键代表的列。（2）线路反转，P1的低四位输出“0”电平，从P1高 四位读键盘状态，从P1高四位输入0111， “0”对应 按键代表的行位置。（3）数据合成特征码0111、1101，完全确定按键 位置。（4）通过查键码转换表找到对应的键值(顺序码)。 表1第二节
11、 键盘分析程序 单义键: 一键一义 多义键: 一键多义键盘分析程序的任务是对键盘的操作做出识别并 调用相应的功能模块完成预定的任务。 一、直接分析法(单义键构成的键盘) 根据当前按键的键值, 把控制直接分支到相应处理程序 的 入口, 而无须知道在此之前的按键情况。图10 、 11 优点: 简明直观。 缺点: 命令的识别和处理程序的执行交错在一起,层次不清 楚。 简单多义键的分析程序仍可用直接分析法来进行设计, 不 过要用多张转换表。图 12图10图11图12二、状态分析法将键盘分析程序作为时序系统，当条件改 变后，它的状态可以发生变迁。当一个按键按下时，分析程序将根据它的 现行状态和输入条件，
12、决定产生何种相应动 作以及变迁到哪一个新状态。在不同的状态下，同一按键会具有不同的 含义。引入状态概念后，只需在存储器内开 辟存储单元“记忆”当前状态，就能对当前按 键的含义作出正确的解释，简化程序设计。 三、触摸屏 （一）概述一些医疗场所不便安装键盘、鼠标 等输入设备，同时也要让任何人都能操 作，触摸屏就是一种理想的输入设备。 （二）分类及原理触摸屏需收集以下信息：触摸物进 入触摸屏的坐标、触摸物在触摸屏上移 动的新坐标、触摸物离开触摸屏的坐标 、是否有东西触摸等 1.红外线触摸屏（以红外线检测技术为 基础） 原理：物体进入检测区，遮挡住若干条红 外光栅，红外接收管输出的信号就会发 生变化，
13、从而检测出触摸点的坐标和触 摸屏的状态。 优点：对触摸的物体没有太严格的要求； 触摸物只要进入红外检测区域即可；触摸 屏不易损坏，寿命较长，成本也较低。 缺点：外界光线变化会影响其准确度；不防水，不防污秽，易导致误差 。2电阻式触摸屏（压力感应式 ） 原理：外层OTI（氧化铟 ）作导电体，第二 层OTI附上电压场，层间以细小的透明隔离 点隔开。平时这些隔离点的电阻近似相同， 当手指接触屏幕，两层导电层出现一个接触 点，该点电阻发生变化，便可以计算出触摸 的位置。 优点：不受尘埃、水、污秽影响 缺点：触摸屏的寿命不长久3电容式触摸屏电容式触摸屏是在玻璃表面贴上一层透明的特殊 金属导电物质。当手指
14、触摸在金属层上时，触点 的电容就会发生变化，使得与之相连的振荡器频 率发生变化，通过测量频率变化可以确定触摸位 置获得信息。v优点：电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感 应器，更有效地防止外在环境因素对触摸屏造成 影响，就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式 触摸屏依然能准确算出触摸位置。 v缺点：由于电容随温度、湿度或接地情况的不同 而变化，故其稳定性较差，往往会产生漂移现象 。 v电容屏反光严重，而且，电容技术的四层复合触 摸屏对各波长光的透光率不均匀，存在色彩失真 的问题，由于光线在各层间的反射，还造成图像 字符的模糊。 4声表面波式触摸屏v由触摸屏、声波发生器、反射器和声波接收器组 成。
15、v声波发生器发出声波在触摸屏表面传递，经反射 器传递给声波接收器，声波转换成电信号送给主 机。v声表面波式触摸屏效果比较好，应用比较广泛。v在屏幕大小相同的情况下,红外线触摸屏价格最低 且安装最方便;电阻和电容式触摸屏性能相差不大, 同属中档,价格也差不多,电容式触摸屏总体效果要 好些;声表面波触摸屏的价格最贵，当然性能也最 好。 第三节 LED显示及接口一、LED显示原理 LED-发光二极管. LED的正向压降: 1.2V 2.6V。工作电流: 5mA 20mA。 适合于脉冲工作状态, 电路须串联适当的限流 电阻. LED显示器的类型: 单个、七段和点阵式。 （一）单个LED显示器 常用于仪器的状态显示之用. 图13CS IOWD0774LS374CLKD0D7Q0.Q7+5VLED单个LED显示器的接口电路图13将数个LED组成一个阵列，并封装于一个 标准的外壳中。七段LED显示器有共阳极和共阴 极两种结构，如下图。可用于显示09数字和 多种字母。 （二）七段LED显示器10 9 8 7 6g f k a be d k c dpK +5Vabfecg
