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1、第二章第二章 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。2.12.1项目引入项目引入 简简易易LED闪闪烁烁灯
2、灯：在在计计算算机机控控制制系系统统中中，通通常常都都有有人人机机对对话话功功能能，主主要要包包括括有有对对计计算算机机控控制制系系统统的的状状态态的的干干预预与与参参数数设设定定，以以及及计计算算机机控控制制系系统统向向人人报报告告运运行行状状态态与与运运行行结结果。人机对话界面可以通过键盘和果。人机对话界面可以通过键盘和LED等来实现。等来实现。 本本项项目目要要求求采采用用ZLG7289芯芯片片来来实实现现对对LED灯灯每每分分钟钟闪闪烁烁次次数数的的控控制制（50次次）。系系统统运运行行初初显显示示，其其中中闪闪烁烁，为为要要接接收收的的数数据据；设设置置一一定定的的功功能健，如清除键
3、、确定健等。能健，如清除键、确定健等。2.2.1 LED显示器数码显示显示器数码显示 1.LED显示器结构与原理显示器结构与原理2.22.2知识导航知识导航图2-1 7段LED显示器件1.LED显示器结构与原理显示器结构与原理 通通过过7段段的的不不同同组组合合控控制制，可可以以显显示示09和和AF共共16个数字、字母，实现个数字、字母，实现16进制显示。进制显示。 对对于于共共阴阴极极接接法法，当当加加到到阳阳极极的的数数字字量量为为0011 1111B=3FH时时，除除g、dp不不发发光光外外，其其他他6段段均均发发光光，因因此此显示一个显示一个0字符；字符； 对对 于于 共共 阳阳 极极
4、 接接 法法 ， 加加 到到 阴阴 极极 的的 数数 字字 量量 为为 1100 0000B=C0H，则显示，则显示“0”。 2.2.1 LED2.2.1 LED显示器数码显示显示器数码显示 2.LED显示器两种显示方式显示器两种显示方式 点亮点亮LED显示器有两种方式：静态显示和动态显示。显示器有两种方式：静态显示和动态显示。 LED静态显示方式静态显示方式 所所谓谓静静态态显显示示就就是是将将N位位共共阴阴极极LED显显示示器器的的阴阴极极连连在在一一起起接接地地，每每一一位位LED的的8位位段段选选线线与与一一个个8位位并并行行口口相相连连，当当显显示示某某一个字符时，相应的发光二极管就
5、恒定地导通或截止。一个字符时，相应的发光二极管就恒定地导通或截止。 图2-24位静态LED显示电路2.2.1 LED2.2.1 LED显示器数码显示显示器数码显示2.LED显示器两种显示方式显示器两种显示方式 LED动态显示方式动态显示方式2.2.1 LED2.2.1 LED显示器数码显示显示器数码显示2.LED显示器两种显示方式显示器两种显示方式 LED动态显示方式动态显示方式 所所谓谓动动态态显显示示就就是是用用扫扫描描方方式式轮轮流流点点亮亮LED显显示示器器的的各各个个位位。恰恰当当地地选选择择点点亮亮LED的的时时间间间间隔隔(1ms5ms)，会会给人一种视觉暂停效应，似乎多位给人一
6、种视觉暂停效应，似乎多位LED都在都在“同时同时”显示。显示。 特点是：特点是：将多个将多个7段段LED显示器同名端的段选线复接显示器同名端的段选线复接在一起，只用一个在一起，只用一个8位位I/O控制各个控制各个LED显示器的公共阴极显示器的公共阴极轮流接地，逐一扫描点亮，使每位轮流接地，逐一扫描点亮，使每位LED显示该位应当显示显示该位应当显示的字符。的字符。 控制每个控制每个LED显示位轮流接地点亮的代码称为显示位轮流接地点亮的代码称为“位选位选码码”。2.2.1 LED2.2.1 LED显示器数码显示显示器数码显示3.LED显示器的译码方式显示器的译码方式硬件译码显示器接口硬件译码显示器
7、接口图2-4 由MC14558构成的8位动态LED显示器2.2.1 LED2.2.1 LED显示器数码显示显示器数码显示3.LED显示器的译码方式显示器的译码方式软件译码显示器接口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 LED2.2.1 LED显示器数码显示显示器数码显示1.LCD的基本结构及工作原理的基本结构及工作原理2.2.2 2.2.2 液晶显示器（液晶显示器（LCDLCD）数码显示）数码显示图2-9 液晶显示器基本结构2.LCD的驱动方式的驱动方式2.2.2 2.2.2 液晶显示器（液晶显示器（LCDLCD）数码显示）数码显示图2-10 LCD交流驱
8、动原理图2.2.2 2.2.2 液晶显示器（液晶显示器（LCDLCD）数码显示）数码显示2.LCD的驱动方式的驱动方式图2-11 七段液晶显示器电极配置及译码驱动电路3.LCD显示实例显示实例2.2.2 2.2.2 液晶显示器（液晶显示器（LCDLCD）数码显示）数码显示图2-12 4位LCD静态显示电路 键盘的结构与类型键盘的结构与类型 键键盘盘是是一一组组按按键键的的集集合合。按按键键闭闭合合时时能能向向微微型型机机输输入入数数字字（09或或0F）的的键键称称为为数数字字键键，能能向向微微型型机机输输入入命命令以实现某项功能的键称为功能键或命令键。令以实现某项功能的键称为功能键或命令键。
9、键键盘盘接接口口与与键键盘盘程程序序的的根根本本任任务务就就是是要要监监测测有有没没有有键键按按下下？按按下下的的是是哪哪个个位位置置的的键键？这这个个键键的的键键值值是是多多少少？这这个任务叫做键盘扫描。个任务叫做键盘扫描。 键键盘盘扫扫描描可可以以用用硬硬件件来来实实现现，也也可可以以用用软软件件来来实实现现。带带有有键键盘盘扫扫描描硬硬件件电电路路的的键键盘盘称称为为编编码码键键盘盘，不不带带键键盘盘扫扫描描硬硬件件电电路路的的键键盘盘称称为为非非编编码码键键盘盘，非非编编码码键键盘盘的的扫扫描描靠靠软软件件实实现现。为为了了节节省省成成本本起起见见，一一般般的的计计算算机机控控制制系系
10、统统多多采用非编码键盘。采用非编码键盘。 根根据据按按键键开开关关与与CPU的的连连接接方方式式不不同同，键键盘盘又又可可分分为为独立式和行列式（或矩阵式）两大类。独立式和行列式（或矩阵式）两大类。 2.2.3 2.2.3 键盘接口及程序键盘接口及程序独立式键盘独立式键盘 2.2.3 2.2.3 键盘接口及程序键盘接口及程序图2-13 独立式键盘接口电路 独立式键盘的特点是：独立式键盘的特点是： 各各按按键键相相互互独独立立，每每个个按按键键的的“接接零零端端”均均接接地地，每每个按键的个按键的“测试端测试端”各接一根输入线；各接一根输入线； 一一根根输输入入线线上上的的按按键键工工作作状状态
11、态不不会会影影响响其其他他输输入入线线上上的的工工作作状状态态。这这样样，通通过过检检测测输输入入线线的的电电平平状状态态就就可可以以很很容容易易地地判判断断哪哪个个按按键键被被按按下下了了，因因此此操操作作速速度度高高而而且且软软件件结构很简单；结构很简单； 由由于于独独立立式式键键盘盘每每个个按按键键需需占占用用一一根根输输入入口口线线，在在按按键键数数量量较较多多时时，输输入入口口浪浪费费大大，故故此此种种键键盘盘只只适适用用于于按按键键较少或操作速度较高的场合。较少或操作速度较高的场合。 2.2.3 2.2.3 键盘接口及程序键盘接口及程序行列式（或矩阵式）键盘行列式（或矩阵式）键盘
12、2.2.3 2.2.3 键盘接口及程序键盘接口及程序图2-14 矩阵式键盘接口电路行列式键盘的特点是：行列式键盘的特点是： 行行线线、列列线线分分别别接接输输入入线线、输输出出线线，按按键键设设置置在在行行、列列线线的的交交叉叉点点上上，每每一一行行线线（水水平平线线）和和列列线线（垂垂直直线线）的交叉处不相通，而是通过按键来连通；的交叉处不相通，而是通过按键来连通； 利利用用这这种种矩矩阵阵结结构构只只需需m根根行行线线和和n根根列列线线就就可可组组成成mn个个按按键键的的键键盘盘，因因此此矩矩阵阵式式键键盘盘适适用用于于按按键键数数量量较较多多的的场合。场合。 由由于于矩矩阵阵键键盘盘中中
13、行行、列列线线为为多多键键共共用用，所所以以必必须须将将行行、列列线线信信号号配配合合起起来来并并作作适适当当处处理理，才才能能确确定定闭闭合合键键的的位位置，因此，软件结构较为复杂。置，因此，软件结构较为复杂。 2.2.3 2.2.3 键盘接口及程序键盘接口及程序键盘的扫描方式键盘的扫描方式扫描法扫描法 反转法反转法 2.2.3 2.2.3 键盘接口及程序键盘接口及程序键盘的工作方式键盘的工作方式编程扫描工作方式编程扫描工作方式 ；定时扫描方式；定时扫描方式；中断工作方式中断工作方式 2.2.3 2.2.3 键盘接口及程序键盘接口及程序图2-15中断方式矩阵键盘接口 2.2.3 2.2.3
14、键盘接口及程序键盘接口及程序键输入中存在的问题及解决办法键输入中存在的问题及解决办法键抖动键抖动 重键重键按键持续时间的长短不一按键持续时间的长短不一 图2-16 按键时的抖动 2.2.3 2.2.3 键盘接口及程序键盘接口及程序独立式键盘接口及键盘程序独立式键盘接口及键盘程序独独立立式式键键盘盘的的按按键键可可以以直直接接与与CPU的的I/O口口相相接接，如如图图2-13所所示示；也也可可以以用用扩扩展展I/O口口（如如8255扩扩展展I/O口口或或三三态态缓缓冲器扩展冲器扩展I/O口）来搭接独立式按键接口电路。口）来搭接独立式按键接口电路。 START：MOV A，#0FFH ；输入时先置
15、；输入时先置P1口为全口为全1 MOV P1,A MOV A,P1 ；键状态输入；键状态输入 JNB ACC.0,P0F ；0号键按下转号键按下转P0F标号地址标号地址 JNB ACC.1,P1F ；1号键按下转号键按下转P1F标号地址标号地址 JNB ACC.2,P2F ；2号键按下转号键按下转P2F标号地址标号地址 JNB ACC.3,P3F ；3号键按下转号键按下转P3F标号地址标号地址 JNB ACC.4,P4F ；4号键按下转号键按下转P4F标号地址标号地址 JNB ACC.5,P5F ；5号键按下转号键按下转P5F标号地址标号地址 JNB ACC.6,P6F ；6号键按下转号键按下
16、转P6F标号地址标号地址 JNB ACC.7,P7F ；7号键按下转号键按下转P7F标号地址标号地址 JMP START ；无键按下返回；无键按下返回 P0F: JMP PROM0 P1F: JMP PROM1 ；入口地址表；入口地址表 P7F：JMP PROM7PROM0： ；0号键功能程序号键功能程序 JMP START ；0号键执行完返回号键执行完返回PROM1: JMP START PROM7： JMP START 2.2.3 2.2.3 键盘接口及程序键盘接口及程序 行列式键盘接口及键盘程序行列式键盘接口及键盘程序 计计算算机机控控制制系系统统中中，任任何何I/O口口或或扩扩展展I/
17、O口口均均可可构构成成行行列列式式键键盘盘。MCS-51单单片片机机用用于于系系统统扩扩展展时时，可可提提供供用用户户直直接接使使用用的的I/O口口线线很很少少，故故大大多多采采用用扩扩展展I/O来来构构成成行行列列式式键键盘盘，典典型型的的键键盘盘接接口口有有通通用并行扩展用并行扩展I/O口（如口（如8155、8255等）等） 2.2.3 2.2.3 键盘接口及程序键盘接口及程序图2-17 8155扩展I/O口组成的行列式键盘 2.2.4 2.2.4 编码式键盘接口电路编码式键盘接口电路 上上面面都都是是采采用用软软件件方方法法实实现现对对键键盘盘和和显显示示器器的的扫扫描描，不不但但程程序
18、序比比较较复复杂杂，而而且且实实时时性性差差。若若要要简简化化键键盘盘编编码码所所需需的的软软件件和和减减少少占占用用CPU的的时时间间，可可以以选选用用供供键键盘盘编编码码用用的的集集成成芯芯片片Intel8279 ; Intel8279芯芯片片作作为为通通用用接接口口电电路路，一一方方面面接接受受来来自自键键盘盘的的输输入入数数据据并并进进行行预预处处理理，另另一一方方面面实实现现对对显显示示数数据据的的管管理理和和对对数码显示器的控制。数码显示器的控制。 2.2.4 2.2.4 编码式键盘接口电路编码式键盘接口电路图2-19 键盘、显示器与Intel8279的接口逻辑图 2.32.3项目
19、实现项目实现2.4 2.4 知识链接知识链接 2.4.1 ZLG7289 数码管显示驱动及键盘扫描管理芯片数码管显示驱动及键盘扫描管理芯片 ZLG7289是是广广州州周周立立功功单单片片机机发发展展有有限限公公司司设设计计的的数数码码管管显显示示驱驱动动及及键键盘盘扫扫描描管管理理芯芯片片，采采用用SPI串串行行总总线线与与计计算算机机接接口口，近近占占用用少少数数几几根根I/O口口线线，可可直直接接驱驱动动8位位共共阴阴式式数数码码管管，同时还可以扫描，同时还可以扫描64只按键。相关知识可查阅网站只按键。相关知识可查阅网站: http:/。 2.4.2 打印机接口及程序打印机接口及程序 打打印印机机是是计计算算机机控控制制系系统统的的常常用用输输出出设设备备之之一一，微微型型打打印印机机主主要要用用于于基基于于单单片片机机的的控控制制系系统统，目目前前国国内内流流行行的的微微型型打打印印机机主主要要有有GP16、PP40等等。相相关关知知识识可可参参阅阅教教材材智智能能仪仪表表原原理理与与设设计计技技术术（凌凌志志浩浩主主编编，华华东东理理工工大大学学出出版版社社，2003年年8月第月第1版）第版）第4.3部分的内容。部分的内容。
