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1、第二章 计算机控制系统的人机交互接口技术 计算机控制系统要完成对生产过程进行检测和控制的任 务，首先需配置与操作人员进行信息交换的输入、输出设备 或器件，这种人机联系的设备或器件称为人机接口。 由人机接口完成各种控制操作，显示生产过程的工艺 状况与运行结果。 人机接口的典型装置是一个操作显示台或操作显示面 板。由于生产过程要求控制和管理的内容不同，操作显示台 或操作显示面板也有较大差异。操作台除开关、旋钮、拨盘 及各种打印机、绘图仪类的I/O设备以外，一般必不可少的 是键盘与LED显示器或LCD显示器或CRT显示器。2.1项项目引入 简易LED闪烁灯：在计算机控制系统中，通常都 有人机对话功能
2、，主要包括有对计算机控制系统的状态的 干预与参数设定，以及计算机控制系统向人报告运行状态 与运行结果。人机对话界面可以通过键盘和LED等来实现 。本项目要求采用ZLG7289芯片来实现对LED灯每 分钟闪烁次数的控制（50次）。系统运行初显示 ，其中闪烁，为要接收的数据；设置 一定的功能健，如清除键、确定健等。2.2.1 LED显示器数码显示1.LED显示器结构与原理2.2知识导识导 航图2-1 7段LED显示器件1.LED显示器结构与原理通过7段的不同组合控制，可以显示09和AF共16个数字、字母，实现16进制显示。对于共阴极接法，当加到阳极的数字量为0011 1111B=3FH时，除g、d
3、p不发光外，其他6段均发光，因此显示一个0字符； 对于共阳极接法，加到阴极的数字量为1100 0000B=C0H，则显示“0”。 2.2.1 LED显显示器数码显码显 示2.LED显示器两种显示方式点亮LED显示器有两种方式：静态显示和动态显示。 LED静态显示方式所谓静态显示就是将N位共阴极LED显示器的阴极连在一起 接地，每一位LED的8位段选线与一个8位并行口相连，当显示某 一个字符时，相应的发光二极管就恒定地导通或截止。 图2-2 4位静态LED显示电路2.2.1 LED显显示器数码显码显 示2.LED显示器两种显示方式LED动态显示方式2.2.1 LED显显示器数码显码显 示2.LE
4、D显示器两种显示方式LED动态显示方式所谓动态显示就是用扫描方式轮流点亮LED显示器的 各个位。恰当地选择点亮LED的时间间隔(1ms5ms)，会 给人一种视觉暂停效应，似乎多位LED都在“同时”显示。特点是：将多个7段LED显示器同名端的段选线复接 在一起，只用一个8位I/O控制各个LED显示器的公共阴极 轮流接地，逐一扫描点亮，使每位LED显示该位应当显示 的字符。控制每个LED显示位轮流接地点亮的代码称为“位选 码”。2.2.1 LED显显示器数码显码显 示3.LED显示器的译码方式 硬件译码显示器接口图2-4 由MC14558构成的8位动态LED显示器2.2.1 LED显显示器数码显码
5、显 示3.LED显示器的译码方式 软件译码显示器接口图2-8 用8155实现8位动态LED显示器 2.2.1 LED显显示器数码显码显 示1.LCD的基本结构及工作原理2.2.2 液晶显显示器（LCD）数码码 显显示图2-9 液晶显示器基本结构2.LCD的驱动方式2.2.2 液晶显显示器（LCD）数码码 显显示图2-10 LCD交流驱动原理图2.2.2 液晶显显示器（LCD）数码码 显显示2.LCD的驱动方式图2-11 七段液晶显示器电极配置及译码驱动电路3.LCD显示实例2.2.2 液晶显显示器（LCD）数码码 显显示图2-12 4位LCD静态显示电路键盘的结构与类型键盘是一组按键的集合。按
6、键闭合时能向微型机输入 数字（09或0F）的键称为数字键，能向微型机输入命 令以实现某项功能的键称为功能键或命令键。 键盘接口与键盘程序的根本任务就是要监测有没有键 按下？按下的是哪个位置的键？这个键的键值是多少？这 个任务叫做键盘扫描。 键盘扫描可以用硬件来实现，也可以用软件来实现。 带有键盘扫描硬件电路的键盘称为编码键盘，不带键盘扫 描硬件电路的键盘称为非编码键盘，非编码键盘的扫描靠 软件实现。为了节省成本起见，一般的计算机控制系统多 采用非编码键盘。根据按键开关与CPU的连接方式不同，键盘又可分为 独立式和行列式（或矩阵式）两大类。 2.2.3 键盘键盘 接口及程序独立式键盘 2.2.3
7、 键盘键盘 接口及程序图2-13 独立式键盘接口电路 独立式键盘的特点是： 各按键相互独立，每个按键的“接零端”均接地，每个 按键的“测试端”各接一根输入线；一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上 的工作状态。这样，通过检测输入线的电平状态就可以很 容易地判断哪个按键被按下了，因此操作速度高而且软件 结构很简单；由于独立式键盘每个按键需占用一根输入口线，在按 键数量较多时，输入口浪费大，故此种键盘只适用于按键 较少或操作速度较高的场合。 2.2.3 键盘键盘 接口及程序行列式（或矩阵式）键盘 2.2.3 键盘键盘 接口及程序图2-14 矩阵式键盘接口电路行列式键盘的特点是：行线、列线分
8、别接输入线、输出线，按键设置在行、 列线的交叉点上，每一行线（水平线）和列线（垂直线） 的交叉处不相通，而是通过按键来连通；利用这种矩阵结构只需m根行线和n根列线就可组成 mn个按键的键盘，因此矩阵式键盘适用于按键数量较多 的场合。 由于矩阵键盘中行、列线为多键共用，所以必须将行 、列线信号配合起来并作适当处理，才能确定闭合键的位 置，因此，软件结构较为复杂。2.2.3 键盘键盘 接口及程序键盘的扫描方式 扫描法 反转法 2.2.3 键盘键盘 接口及程序键盘的工作方式 编程扫描工作方式 ； 定时扫描方式； 中断工作方式2.2.3 键盘键盘 接口及程序图2-15中断方式矩阵键盘接口2.2.3 键
9、盘键盘 接口及程序键输入中存在的问题及解决办法 键抖动 重键 按键持续时间的长短不一 图2-16 按键时的抖动2.2.3 键盘键盘 接口及程序独立式键盘接口及键盘程序 独立式键盘的按键可以直接与CPU的I/O口相接，如图2 -13所示；也可以用扩展I/O口（如8255扩展I/O口或三态 缓冲器扩展I/O口）来搭接独立式按键接口电路。 START：MOV A，#0FFH ；输入时先置P1口为全1MOV P1,AMOV A,P1 ；键状态输入JNB ACC.0,P0F ；0号键按下转P0F标号地址JNB ACC.1,P1F ；1号键按下转P1F标号地址JNB ACC.2,P2F ；2号键按下转P2
10、F标号地址JNB ACC.3,P3F ；3号键按下转P3F标号地址JNB ACC.4,P4F ；4号键按下转P4F标号地址JNB ACC.5,P5F ；5号键按下转P5F标号地址JNB ACC.6,P6F ；6号键按下转P6F标号地址JNB ACC.7,P7F ；7号键按下转P7F标号地址JMP START ；无键按下返回P0F: JMP PROM0P1F: JMP PROM1 ；入口地址表P7F：JMP PROM7 PROM0： ；0号键功能程序 JMP START ；0号键执行完返回 PROM1: JMP START PROM7： JMP START2.2.3 键盘键盘 接口及程序行列式键
11、盘接口及键盘程序计算机控制系统中，任何I/O口或扩展I/O口均可构成行列 式键盘。MCS-51单片机用于系统扩展时，可提供用户直接使用 的I/O口线很少，故大多采用扩展I/O来构成行列式键盘，典型的 键盘接口有通用并行扩展I/O口（如8155、8255等） 2.2.3 键盘键盘 接口及程序图2-17 8155扩展I/O口组成的行列式键盘2.2.4 编码编码 式键盘键盘 接口电电 路上面都是采用软件方法实现对键盘和显示器的扫描，不但 程序比较复杂，而且实时性差。若要简化键盘编码所需的软件 和减少占用CPU的时间，可以选用供键盘编码用的集成芯片 Intel8279 ;Intel8279芯片作为通用
12、接口电路，一方面接受来自键盘的 输入数据并进行预处理，另一方面实现对显示数据的管理和对 数码显示器的控制。2.2.4 编码编码 式键盘键盘 接口电电 路图2-19 键盘、显示器与Intel8279的接口逻辑图2.3项项目实实 现现2.4 知识链识链 接 2.4.1 ZLG7289 数码管显示驱动及键盘扫描管理芯片ZLG7289是广州周立功单片机发展有限公司设计的数码 管显示驱动及键盘扫描管理芯片，采用SPI串行总线与计算机 接口，近占用少数几根I/O口线，可直接驱动8位共阴式数码管 ，同时还可以扫描64只按键。相关知识可查阅网站:http:/。2.4.2 打印机接口及程序打印机是计算机控制系统的常用输出设备之一，微型打印 机主要用于基于单片机的控制系统，目前国内流行的微型打印 机主要有GP16、PP40等。相关知识可参阅教材智能仪表原 理与设计技术（凌志浩主编，华东理工大学出版社，2003年 8月第1版）第4.3部分的内容。
