计算机控制技术计算机控制系统的人机交互接口技术教学PPT.ppt

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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，主要包括有对计算机

2、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、dp不发光外，其他6段均发光

3、，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显示器数码显示,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2-24位静态LED显示电路,2.2.1 LED显示器数码显示,2.LED显示器两种显示方式 LED动态显示方式,2.2.1 LED显示器数码显示,2.LED显示器两种显示方式 LED动态显示方式 所

4、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显示器数码显示,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显示器数码显示,3.LED显示器的译码方式软件译码显示器接口,图2-8

5、 用8155实现8位动态LED显示器,2.2.1 LED显示器数码显示,1.LCD的基本结构及工作原理,2.2.2 液晶显示器（LCD）数码显示,图2-9 液晶显示器基本结构,2.LCD的驱动方式,2.2.2 液晶显示器（LCD）数码显示,图2-10 LCD交流驱动原理图,2.2.2 液晶显示器（LCD）数码显示,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 液晶显示器（LCD）数码显示,图2-12 4位LCD静态显示电路,键盘的结构与类型 键盘是一组按键的集合。按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

6、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 键盘接口及程序,独立式键盘,2.2.3 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“

7、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 键盘接口及程序,行列式（或矩阵式）键盘,2.2.3 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

8、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 键盘接口及程序,键盘的扫描方式扫描法 反转法,2.2.3 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 键盘接口及程序,图2-15中断方式矩阵键盘接口,2.2.3 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 键盘接口及程序,独立式键盘接口及键盘

9、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1 MOV P1,A MOV 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P2F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P5

10、F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 PROM0 P1F:JMP PROM1；入口地址表 P7F：JMP PROM7PROM0：；0号键功能程序 JMP START；0号键执行完返回PROM1:JMP START PROM7：JMP START,2.2.3 键盘接口及程序,行列式键盘接口及键盘程序 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

11、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 编码式键盘接口电路,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 编码式键盘接口电路,图2-19 键盘、显示器与Intel8279的接口逻辑图,2.3项目实现,2.4 知识链接,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。,