键盘与显示资料.pptx

引言引言 在计算机控制系统中，除了与生产过程进行信在计算机控制系统中，除了与生产过程进行信息传递的过程输入输出设备以外，还有与操作人员息传递的过程输入输出设备以外，还有与操作人员进行信息交换的常规输入设备和输出设备。进行信息交换的常规输入设备和输出设备。键盘键盘是是一种最常用的输入设备一种最常用的输入设备,它是一组按键的集合，从功它是一组按键的集合，从功能上可分为数字键和功能键两种，作用是输入数据能上可分为数字键和功能键两种，作用是输入数据与命令，查询和控制系统的工作状态，实现简单的与命令，查询和控制系统的工作状态，实现简单的人机对话。人机对话。键盘接口电路键盘接口电路可分为编码键盘和非编码键盘可分为编码键盘和非编码键盘两种类型。编码键盘采用硬件编码电路来实现键的两种类型。编码键盘采用硬件编码电路来实现键的编码，每按下一个键，键盘便能自动产生按键代码。编码，每按下一个键，键盘便能自动产生按键代码。编码键盘主要有编码键盘主要有BCDBCD码键盘、码键盘、ASCIIASCII码键盘等类型。码键盘等类型。非编码键盘仅提供按键的通或断状态非编码键盘仅提供按键的通或断状态,按键代码的按键代码的产生与识别由软件完成。产生与识别由软件完成。第1页/共82页引言引言 编码键盘的特点编码键盘的特点是使用方便，键盘码产生速度快，占用是使用方便，键盘码产生速度快，占用CPUCPU时间少，但对按键的检测与消除抖动干扰是靠硬件电路来完时间少，但对按键的检测与消除抖动干扰是靠硬件电路来完成的，因而硬件电路复杂、成本高。而成的，因而硬件电路复杂、成本高。而非编码键盘非编码键盘硬件电路简硬件电路简单，成本低，但占用单，成本低，但占用CPUCPU的时间较长。的时间较长。第2页/共82页4.1 4.1 键盘输入电路键盘输入电路主要知识点主要知识点:键盘的抖动干扰键盘的抖动干扰抖动干扰的消除抖动干扰的消除第3页/共82页 键盘的抖动干扰键盘的抖动干扰 由由于于机机械械触触点点的的弹弹性性振振动动，按按键键在在按按下下时时不不会会马马上上稳稳定定地地接接通通而而在在弹弹起起时时也也不不能能一一下下子子完完全全地地断断开开，因因而而在在按按键键闭闭合合和和断断开开的的瞬瞬间间均均会会出出现现一一连连串串的的抖抖动动，这这称称为为按按键键的的抖抖动动干干扰扰，其其产产生生的的波波形形如如图图5-15-1所所示示，当当按按键键按按下下时时会会产产生生前前沿沿抖抖动动，当当按按键键弹弹起起时时会会产产生生后后沿沿抖抖动动。这这是是所所有有机机械械触触点点式式按按键键在在状状态态输输出出时时的的共共性性问问题题，抖抖动动的的时时间间长长短短取取决决于于按按键键的的机机械械特特性性与与操操作作状状态态，一一般般为为1010100ms100ms，此此为为键键处处理理设设计时要考虑的一个重要参数。计时要考虑的一个重要参数。第4页/共82页链接动画链接动画第5页/共82页 抖动干扰的消除抖动干扰的消除 按按键键的的抖抖动动会会造造成成按按一一次次键键产产生生的的开开关关状状态态被被CPUCPU误误读读几几次次。为为了了使使CPUCPU能能正正确确地地读读取取按按键键状状态态，必必须须在在按按键键闭闭合合或或断断开开时时，消消除除产产生生的的前前沿沿或后沿抖动，去抖动的方法有或后沿抖动，去抖动的方法有硬件方法硬件方法和和软件方法软件方法两种。两种。第6页/共82页图图5-2 5-2 滤波延时消抖电路滤波延时消抖电路链接动画链接动画第7页/共82页 2 2软件方法软件方法 软软件件方方法法是是指指编编制制一一段段时时间间大大于于100ms100ms的的延延时时程程序序，在在第第一一次次检检测测到到有有键键按按下下时时，执执行行这这段段延延时时子子程程序序使使键键的的前前沿沿抖抖动动消消失失后后再再检检测测该该键键状状态态，如如果果该该键键仍仍保保持持闭闭合合状状态态电电平平，则则确确认认为为该该键键已已稳稳定定按按下下，否否则则无无键键按按下下，从从而而消消除除了了抖抖动动的的影影响响。同同理理，在在检检测到按键释放后，也同样要延迟一段时间，以消除后沿抖动，然后转入对该按键的处理。测到按键释放后，也同样要延迟一段时间，以消除后沿抖动，然后转入对该按键的处理。第8页/共82页 4.2 4.2 非编码独立式键盘非编码独立式键盘主要知识点主要知识点:5.2.1 5.2.1 查询法接口电路查询法接口电路5.2.2 5.2.2 中断法接口电路中断法接口电路第9页/共82页4.2.1 4.2.1 查询法接口电路查询法接口电路 现现以以3 3个个按按键键为为例例，图图5-35-3即即为为独独立立式式键键盘盘查查询询法法接接口口电电路路。按按键键S S0 0、S S1 1、S S2 2分分别别通通过过上上拉拉电电阻阻与与CPUCPU的的数数据据线线D D0 0、D D1 1、D D2 2相相连连，当当按按键键S Si i闭闭合合时时，数数据据线线直直接接接接地地，因因而而CPUCPU读读入入D Di i=0=0；当当按按键键S Si i断断开开时时，数数据据线线通通过过上上拉拉电电阻阻接接到到正正电电源源，因因而而CPUCPU读入读入D Di i=1=1。该接口电路实现的功能为：查询检测是否有键该接口电路实现的功能为：查询检测是否有键按下，如有键闭合，则消除抖动，再判断键号，然按下，如有键闭合，则消除抖动，再判断键号，然后转入相应的键处理。其程序流程如图后转入相应的键处理。其程序流程如图5-45-4所示。所示。采用采用查询法查询法时，必须保证时，必须保证CPU每隔一定时间每隔一定时间主动地去扫描按键一次，该扫描时间间隔应小于两主动地去扫描按键一次，该扫描时间间隔应小于两次按键的时间间隔，否则会有按键不响应的情形。次按键的时间间隔，否则会有按键不响应的情形。显然这种方式占用显然这种方式占用CPU时间比较多。时间比较多。第10页/共82页图图5-3 5-3 独立式键盘结构原理独立式键盘结构原理第11页/共82页图图5-45-4独立式键盘查询法程序流程图独立式键盘查询法程序流程图链接动画链接动画第12页/共82页 中断法接口电路中断法接口电路 仍仍以以3 3个个按按键键为为例例，图图5-55-5是是一一个个炉炉温温控控制制系系统统的的功功能能键键分分配配图图，S S0 0、S S1 1、S S2 2分分别别代代表表自自动动/手手动动切切换换、炉炉温温参参数数显显示示和和炉炉温温参参数数打打印印功功能能。这这是是在在上上述述查查询询法法接接口口电电路路的的基基础础上上，再再把把按按键键S S0 0、S S1 1、S S2 2的的数数据据输输出出线线经经过过与与非非门门和和反反相相器器后后与与8255A8255A的的选选通通输输入入信信号号PC4PC4相相连连，8255A8255A的的PC3PC3发发出出中中断断请请求求信信号号经经中中断断控控制制器器8259A8259A与与CPUCPU的的中中断断请请求求引引脚脚相相连连，这这是是一一种种典典型型的的中断法键盘接口电路中断法键盘接口电路。第13页/共82页 工作过程如下：当工作过程如下：当CPUCPU对对8255A8255A初始化（初始化（8255A8255A的的A A口工作于方式口工作于方式1 1 输入）输入）后，后，CPUCPU即执行主程序。当按下即执行主程序。当按下S S0 0键即表示要进入自动控制状态，此时与之键即表示要进入自动控制状态，此时与之相连的相连的I/OI/O口线呈现为低电平的同时，与非门输出为高电平，经反相器变为口线呈现为低电平的同时，与非门输出为高电平，经反相器变为低电平，使低电平，使8255A8255A端口端口A A的选通输入信号的选通输入信号PC4 PC4 有效，则有效，则PAPA0 0PAPA2 2引脚接收并引脚接收并存入存入3 3个按键的个按键的“0 0”或或“1 1”状态，当恢复成高电平后，经状态，当恢复成高电平后，经T TSITSIT时间，时间，8255A8255A的的PC3PC3发出发出INTRaINTRa中断请求信号，经中断控制器中断请求信号，经中断控制器8259A8259A向向CPUCPU申请中断，申请中断，CPUCPU响应中断后，即转到中断服务程序中。中断服务程序依次查询按键的通断响应中断后，即转到中断服务程序中。中断服务程序依次查询按键的通断状态，当查询到是自动状态，当查询到是自动/手动（即手动（即S S0 0=0=0）时，则转到自动）时，则转到自动/手动控制子程序手动控制子程序的入口地址，从而使系统进入自动控制状态。如果没有键按下，则相应的的入口地址，从而使系统进入自动控制状态。如果没有键按下，则相应的I/OI/O口线均为高电平，也不会产生中断信号，口线均为高电平，也不会产生中断信号，CPUCPU继续运行主程序。继续运行主程序。第14页/共82页图图5-55-5独立式键盘中断法接口电路独立式键盘中断法接口电路第15页/共82页 键盘中断服务子程序，与查询方式相似，在保护现场后，首先调用键盘中断服务子程序，与查询方式相似，在保护现场后，首先调用100mS100mS延时子程序去除抖动，然后依次查键号，并转入键功能处理程序，最延时子程序去除抖动，然后依次查键号，并转入键功能处理程序，最后恢复现场、中断返回。显然，查询顺序代表了按键的排队优先级。后恢复现场、中断返回。显然，查询顺序代表了按键的排队优先级。采采用用中中断断法法时时，CPUCPU对对按按键键而而言言是是被被动动方方式式，在在无无键键按按下下时时不不占占用用CPUCPU时时间，因而间，因而CPUCPU有更多的时间执行其他程序。有更多的时间执行其他程序。上上述述分分析析说说明明：独独立立式式键键盘盘接接口口电电路路简简单单灵灵活活，软软件件结结构构简简单单，但但每每个个按按键键必必须须占占用用一一根根I/OI/O口口线线，在在按按键键数数量量较较多多时时，需需要要占占用用较较多多的的I/OI/O口口线线。比比如如6464个个按按键键，需需要要有有6464根根线线，不不仅仅连连线线复复杂杂，查查询询按按键键的的时时间间也也较较长长。故故这这种种键键盘盘电电路路只只适适合合于于按按键键数数量量比比较较少少的的小小型型控控制制系系统统或或智智能能控控制制仪仪表表中。中。第16页/共82页 4.3 4.3 非编码矩阵式键盘非编码矩阵式键盘主要知识点主要知识点:矩阵式键盘的结构组成矩阵式键盘的结构组成矩阵式键盘的程序设计矩阵式键盘的程序设计第17页/共82页矩阵式键盘的结构组成矩阵式键盘的结构组成v 矩矩阵阵式式键键盘盘又又叫叫行行列列式式键键盘盘，是是用用I/O口口线线组组成成的的行行、列列矩矩阵阵结结构构，在在每每根根行行线线与与列列线线的的交交叉叉处处，二二线线不不直直接接相相通通而而是是通通过过一一个个按按键键跨跨接接接接通通。采采用用这这种种矩矩阵阵结结构构只只需需M根根行行输输出出线线和和N根根列列输输入入线线，就就可可连连接接MN个个按按键键。通通过过键键盘盘扫扫描描程程序序的的行行输输出出与与列列输输入入就就可可确确认认按按键键的的状状态态，再通过键盘处理程序便可识别键值。再通过键盘处理程序便可识别键值。v 键键盘盘与与CPU的的接接口口可可采采用用并并行行端端口口8255A、锁锁存存器器或或缓缓冲冲器器一一类类。图图5-6给给出出了了一一种种88非非编编码码矩矩阵阵式式键键盘盘的的接接口口电电路路。行行输输出出电电路路由由行行扫扫描描锁锁存存器器74LS273、反反相相器器与与行行线线X0X7连连接接组组成成，列列输输入入电电路路由由三三态态缓缓冲冲器器74LS244与与列列线线Y0Y7以以及及上上拉拉电电阻阻组组成成。X、Y线线的的每每一一个个交交叉叉处处跨跨接接一一个个键键，其其键键值值分分别别是是十十进进制制数数的的01，02，64。该键盘的接口地址为。该键盘的接口地址为PORT1。第18页/共82页图图5-6 5-6 矩阵式键盘接口电路矩阵式键盘接口电路第19页/共82页v 当当键键盘盘中中无无任任何何键键按按下下时时，所所有有的的行行线线和和列列线线被被断断开开且且相相互互独独立立，输输入入线线Y Y0 0Y Y7 7列列都都为为高高电电平平；当当有有任任意意一一键键按按下下时时，则则该该键键所所在在的的行行线线与与列列线线接接通通，因因此此，该该列列线线的的电电平平取取决决于于该该键键所所在在的的行行线线。基基于于此此，产产生生了了“行行扫扫描描法法”与与“线反转法线反转法”两种识别方法。两种识别方法。v 行扫描法行扫描法又称逐行零扫描查询法，即逐行输出行扫描又称逐行零扫描查询法，即逐行输出行扫描信号信号“0 0”，使各行依次为低电平，然后分别读入列数据，使各行依次为低电平，然后分别读入列数据，检查此（低电平）行中是否有键按下。如果读得某列线为低检查此（低电平）行中是否有键按下。如果读得某列线为低电平，则表示此（低电平）行线与此列线的交叉处有键按下，电平，则表示此（低电平）行线与此列线的交叉处有键按下，再对该键进行译码计算出键值，然后转入该键的功能子程序再对该键进行译码计算出键值，然后转入该键的功能子程序入口地址；如果没有任何一根列线为低电平，则说明此入口地址；如果没有任何一根列线为低电平，则说明此(低低电平电平)行没有键按下。接着进行下一行的行没有键按下。接着进行下一行的“0 0”行扫描与列行扫描与列读入，直到读入，直到8 8行全部查完为止，若无键按下则返回行全部查完为止，若无键按下则返回。v 有时为了快速判断键盘中是否有键按下，也可先将全有时为了快速判断键盘中是否有键按下，也可先将全部行线同时置为低电平，然后检测列线的电平状态，若所有部行线同时置为低电平，然后检测列线的电平状态，若所有列线均为高电平，则说明键盘中无键按下，立即返回；若要列线均为高电平，则说明键盘中无键按下，立即返回；若要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被控下，然后再如上有一列的电平为低，则表示键盘中有键被控下，然后再如上那样进行逐行扫描。那样进行逐行扫描。第20页/共82页图图 5-7 5-7 矩阵式键盘扫描及键处理程序流程图矩阵式键盘扫描及键处理程序流程图第21页/共82页 对于键盘处理程序来说，求得键值并不是目的。如果该按键是对于键盘处理程序来说，求得键值并不是目的。如果该按键是数字键数字键，就应把该键值直接送到显示缓冲区进行键值的数字显示；如果该按键是就应把该键值直接送到显示缓冲区进行键值的数字显示；如果该按键是功功能键能键，则应找到该键子程序的入口地址，转而去执行该键的功能命令。，则应找到该键子程序的入口地址，转而去执行该键的功能命令。第22页/共82页4.4 4.4 编码键盘编码键盘主要知识点主要知识点:二进制编码器二进制编码器编码键盘接口电路编码键盘接口电路第23页/共82页图图5-8 5-8 二进制编码键盘接口电路二进制编码键盘接口电路第24页/共82页本章小结本章小结 键盘键盘是计算机与操作人员进行信息交换的一种常用输入设是计算机与操作人员进行信息交换的一种常用输入设备。备。键盘接口电路键盘接口电路可分为可分为非编码键盘非编码键盘和和编码键盘编码键盘两种类型。非两种类型。非编码键盘仅提供按键的通或断状态编码键盘仅提供按键的通或断状态,按键代码的产生与识别是按键代码的产生与识别是由软件完成的，当按键数量少时，一般采用独立式键盘结构；由软件完成的，当按键数量少时，一般采用独立式键盘结构；当按键数量较多时，常采用矩阵式键盘结构。而编码键盘是采当按键数量较多时，常采用矩阵式键盘结构。而编码键盘是采用硬件编码电路来实现键的编码，每按下一个键，键盘电路便用硬件编码电路来实现键的编码，每按下一个键，键盘电路便能自动产生按键代码，编码键盘主要有能自动产生按键代码，编码键盘主要有BCDBCD码键盘、码键盘、ASCIIASCII码键码键盘等类型。盘等类型。第25页/共82页本章小结本章小结 非编码键盘非编码键盘的硬件电路简单，成本低，但占用的硬件电路简单，成本低，但占用CPUCPU的时间较的时间较长。长。编码键盘编码键盘与之相反，硬件电路复杂、成本高，但使用方便，与之相反，硬件电路复杂、成本高，但使用方便，键盘码产生速度快，占用键盘码产生速度快，占用CPUCPU时间少。对按键抖动干扰的消除，时间少。对按键抖动干扰的消除，非编码键盘一般是靠软件而编码键盘一般是靠硬件电路来实现。非编码键盘一般是靠软件而编码键盘一般是靠硬件电路来实现。在一般的小型单片机测控系统中主要使用非编码键盘。在一般的小型单片机测控系统中主要使用非编码键盘。第26页/共82页思考题思考题1 1简述键盘的两种类型及其特点。简述键盘的两种类型及其特点。2 2简述何为键盘的抖动干扰及其消除的两种方法。简述何为键盘的抖动干扰及其消除的两种方法。3 3分析说明矩阵式键盘电路的逐行零扫描法的工作过程。分析说明矩阵式键盘电路的逐行零扫描法的工作过程。第27页/共82页第第5 5讲讲 显示器及其接口技术显示器及其接口技术学习目标学习目标1.1.掌握掌握LEDLED数码管显示器的工作原理、显示方式数码管显示器的工作原理、显示方式及其接口电路。及其接口电路。2.2.理解理解LCDLCD液晶显示器的结构原理、驱动方式及液晶显示器的结构原理、驱动方式及其接口电路。其接口电路。3.3.了解图形显示画面的几种形式与功能作用。了解图形显示画面的几种形式与功能作用。第28页/共82页 引言 在计算机控制中，显示装置是一个重要组成部分，主要用来显示生产过程的工艺状况与运行结果，以便于现场工作人员的正确操作。常用的显示器件有显示记录仪、发光二极管显示器LED、液晶显示器LCD、大屏幕显示器和图形显示器终端CRT。第29页/共82页显示记录仪-是以模拟方式连续显示和记录过程参数的动态变化，但其价格都很贵，在目前的计算机控制系统中已很少采用。LED数码管-由于具有结构简单、体积小、功耗低、配置灵活、显示清晰、可靠性高等优点，目前已被微型计算机控制系统及智能化仪表广泛采用。LCD-则以其功耗极低的特点，占据了从电子表到计算器，从袖珍仪表到便携式微型计算机等应用场合。CRT终端-CRT终端以其图文并茂的直观生动画面，可以显示生产过程中的各种画面及报表，如生产流程图、显示报警图、趋势曲线图、状态和回路查询图等,在很多微型计算机控制系统中，特别在DDC，SCC以及DCS控制系统中，大都采用CRT操作台进行监视和控制。第30页/共82页5.1 LED数码管显示器引言显示器的工作原理 显示器的显示方式显示器接口电路 第31页/共82页显示器工作原理 LED（发光二极管Light Emitting Diode的英文缩写）是利用PN结把电能转换成光能的固体发光器件，根据制造材料的不同可以发出红、黄、绿、白等不同色彩的可见光来。LED的伏安特性类似于普通二极管，正向压降约为2伏左右，工作电流一般在10-20 mA之间较为合适。第32页/共82页 LED显示器有多种结构形式，单段的圆形或方形LED常用来显示设备的运行状态，8段LED可以显示各种数字和字符，所以也称为LED数码管，其外形如图7-2所示。8段LED在控制系统中应用最为广泛，其接口电路也具有普遍借鉴性。因此，我们介绍8段LED数码管显示器。第33页/共82页 8段LED显示器的结构与工作原理如图7-3所示。链接动画链接动画第34页/共82页 8段LED通过不同段点亮时的组合，可以显示09、AF等十六进制数。显然，将单片机的数据输出口与LED各段引脚相连，控制输出的数据就可以使LED显示不同的字符。通常把控制LED数码管发光显示字符的8位字节数据称为段选码或者字符译码，如图7-4所示。链接动画链接动画第35页/共82页显示器显示方式 在计算机控制系统中，常利用n个LED显示器构成n位显示。通常把点亮LED某一段的控制称为段选，而把点亮LED某一位的控制称为位选或片选。根据LED显示器的段选线、位选线与控制端口的连接方式不同，LED显示器有静态显示与动态显示两种方式，下面以4个共阴极LED的组合为例进行说明。1 1、静态显示、静态显示2 2、动态显示、动态显示第36页/共82页1静态显示方式4个LED组合的静态显示电路如图6-3所示 图图6-3 LED6-3 LED静态显示方式静态显示方式 链接动画链接动画第37页/共82页2动态显示方式LEDLED动态显示电路如图动态显示电路如图6-46-4所示所示 图6-4 LED动态显示方式 链接动画链接动画第38页/共82页显示器接口电路 控制系统中的LED显示电路，除了要完成把字符转换成对应的段选码的译码功能以外，还要具有数据锁存与驱动的功能。其中，译码功能可以通过硬件译码器完成，也可通过软件编程实现；而数据锁存与驱动只有依赖硬件电路来实现。结合上面讨论的两种显示方式：v 1 1静态显示接口电路静态显示接口电路v 2 2动态显示接口电路动态显示接口电路 第39页/共82页 1静态显示电路 静态显示方式的关键是多个LED需与多个I/O并行口相连，一般的并行I/O口如8255A或锁存器只具备锁存功能，还要有硬件驱动电路，再配以软件译码程序。目前广泛使用一种集锁存、译码、驱动功能为一体的集成电路芯片，以此构成静态显示硬件译码接口电路。如美国RCA公司的CD4511B是4位BCD码7段十进制锁存译码驱动器，美国MOTOROLA公司的 MC14495是4位BCD码7 段十六进制锁存译码驱动器。下面以CD4511B为例，说明其接口电路。如图6-5所示。第40页/共82页第41页/共82页2动态显示电路 动态显示接口电路的关键是由两个I/O 并行端口分别进行段选码与位选码的锁存，除了需要配置驱动电路以外，译码扫描功能则完全由软件编程来完成。图6-6给出4个LED组成的动态显示软件译码接口电路，4个共阴极LED显示器的段选线对应并接，由一片8D触发器74LS374（U1）进行段选控制，其间串有8个三极管以正向驱动LED的阳极，此可称为段选通道。4个LED的COM端由另一片 74LS374（U2）进行位选控制，其间接有达林顿阵列驱动器MC1413（内含7对复合三极管）以对LED的阴极进行反向驱动，此构成了位选通道。第42页/共82页链接动画链接动画第43页/共82页LEDLED动态扫描流程图如图6-76-7所示。第44页/共82页5.2 LCD5.2 LCD液晶显示器引言显示器结构原理 显示器驱动方式 段位式LCD接口电路 点阵式LCD接口电路 第45页/共82页引言 液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)是一种利用液晶的扭曲/向列效应制成的新型显示器，它具有功耗极低、体积小、抗干扰能力强、价格廉等特点，目前已广泛应用在各种显示领域，尤其在袖珍仪表和低功耗应用系统中。LCD可分为段位式、字符式和点阵式三种。如右图所示。图数字万用表第46页/共82页显示器结构原理 LCD(液晶显示器Liquid Crystal Display的英文缩写)是借助外界光线照射液晶材料而实现显示的被动显示器件。液晶是一种介于液体与固体之间的热力学的中间稳定相，在一定的温度范围内既有液体的流动性和连续性，又有晶体的各向异性。第47页/共82页显示器驱动方式 LCD的驱动方式一般有直接驱动（静态驱动）和多极驱动（时分割驱动）两种方式。采用直接驱动的LCD电路中，显示器件只有一个背极（即下玻璃电极基板），但每个字符段都有独立的引脚；而多极驱动的LCD电路中，显示器具有多个背极，各字符段按点阵结构排列，这是显示字段较多时常采用的驱动方式。第48页/共82页 图6-106-10为段位式7 7段LCDLCD的电极配置及译码驱动电路，7 7个字段的几何排列顺序与LEDLED的“日”字型相同。A A、B B、C C、D D为二进制BCDBCD码的输入端，译码器的7 7段输出a a、b b、c c、d d、e e、f f、g g引脚分别接7 7个字段驱动电路的控制端Y Y，公共端COMCOM接一定周期的方波信号。第49页/共82页段位式段位式LCDLCD接口电路接口电路 1 1、硬件电路 同同8 8段段LEDLED数数码码管管一一样样，段段位位式式LCDLCD与与CPUCPU的的显显示示接接口口电电路路也也有有多多种种。我我们们仍仍讨讨论论上上文文的的直直接接驱驱动动方方式式，现现以以6 6位位LCDLCD静静态态显显示示电电路路为为例例。如如图图6-116-11所所示示，使使用用单单片片机机的的一一个个8 8位位并并行行I/OI/O口口作作为为译译码码驱驱动动以以及及6 6片片BCD7BCD7段段译译码码驱驱动动器器40564056、2 2片片4 4位位液液晶晶显显示示驱驱动动器器40544054、1 1片片4-164-16译译码码器器45144514和和1 1片单稳多谐振荡器片单稳多谐振荡器40474047，就组成了一个完整的，就组成了一个完整的LCDLCD显示接口电路。显示接口电路。第50页/共82页第51页/共82页点阵式LCDLCD接口电路引言1、液晶模块接线原理2、液晶模块指令说明3软件初始化 4、应用举例 第52页/共82页引言引言 点点阵阵式式LCDLCD不不但但可可以以显显示示字字符符，而而且且可可以以显显示示各各种种图图形形及及汉汉字字。把把点点阵阵式式LCDLCD与与配配套套或或选选定定的的驱驱动动器器、控控制制器器集集成成在在一一起起，就就组组成成点点阵阵式式图图形形液液晶晶显显示示模模块块，控控 制制 器器 的的 种种 类类 很很 多多，比比 如如 日日 本本 东东 芝芝 的的 T6963,T6963,日日 立立 的的 HD61880,HD61880,精精 工工 的的SED1330/SED1335SED1330/SED1335等。现以等。现以1286412864点阵式点阵式LCDLCD液晶显示模块为例加以说明。液晶显示模块为例加以说明。液液晶晶显显示示模模块块1286412864主主要要由由行行/列列驱驱动动器器及及1286412864全全点点阵阵液液晶晶显显示示器器组组成成。内内部部含含有有国国标标一一级级、二二级级简简体体中中文文字字库库和和128128个个168168点点的的ASCIIASCII字字符符集集。可可以以同同时时显显示示8484个个（16161616点点阵阵）汉汉字字和和图图形形显显示示。它它与与CPUCPU的的接接口口连连线线可可采采用用并并行行或或串串行行两种方式。两种方式。第53页/共82页1、液晶模块接线原理 图6-12 液晶模块与单片机并行连接原理图 第54页/共82页 图6-12为液晶模块与单片机的并行连接原理图，表6-4为其引脚功能描述。引脚引脚名称电平功能描述1VSS0V电源地2VCC+5V电源正3VEE05V液晶显示器驱动电压，用来调整液晶显示的对比度4RSH/LRS=“H”,表示D7-D0为显示数据，RS=“L”,表示D7-D0为控制指令5R/WH/LR/W=“H”,E=“H”,数据被读到D7-D0，R/W=“L”,E=“HL”,D7-D0数据被写到IR或DR6EH/L使能信号714D0D7H/L数据线15BL_ENH/L背光源使能16BL_VDD4.2V背光源电压第55页/共82页2液晶模块指令说明 第56页/共82页3 3软件初始化 第57页/共82页5 5应用举例 液晶字符显示的RAM地址与32个字符显示区域有着一一对应的关系，其对应关系如表6-6所示，应注意其排列类似于隔行扫描。使用时还应注意以下3点：（1）要在某一个位置显示中文字符时，应先设定显示字符位置，即先设定显示地址，再写入中文字符编码。（2）显示ASCII字符过程与显示中文字符过程相同。不过在显示连续字符时，只须设定一次显示地址，由模块自动对地址加1指向下一个字符位置，否则，显示的字符中将会有一个空ASCII字符位置。（3）当字符编码为2字节时，应先写入高位字节，再写入低位字节。80H81H82H83H84H85H86H87H90H91H92H93H94H95H96H97H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH第58页/共82页例如在第3行第1、2列显示“液晶”两个中文字符时，写入RAM的地址应为88H,89H。具体过程如下：首先，应根据ST7920-BIG5中文字形码(不同的液晶模块采用的字库编码可能不同，如有的使用ST7920-GB简体中文字型)，查找“液”字的编码为“B247”,“晶”字的编码为“B4B9”.在进行了软件初始化后，其软件编程步骤如下：步骤1:令RS，R/W为低电平；(表示后面送入的内容是指令)步骤2:送88H到D7-D0；(设定显示的位置，第三行第一列)步骤3:令RS为高电平，R/W为低电平；（表示后面送入的内容是数据）步骤4:送B2H到D7-D0;（先送高位字节）步骤5:送47H到D7-D0;（后送低位字节，显示“液”字）步骤6:令RS，R/W为低电平；(表示后面送入的内容是指令)步骤7:送89H到D7-D0；(设定显示的位置，第三行第二列)步骤8:令RS为高电平，R/W为低电平；（表示后面送入的内容是数据）步骤9:送B4H到D7-D0;（先送高位字节）步骤10:送B9H到D7-D0;（后送低位字节，显示“晶”字）第59页/共82页5.3 5.3 图形显示器引言图形显示器概述 图形显示画面 第60页/共82页引言 除除了了小小型型控控制制装装置置采采用用数数字字显显示示的的LEDLED和和LCDLCD外外，大大中中规规模模的的计计算算机机控控制制系系统统中中，图图形形显显示示器器已已是是必必不不可可少少的的一一种种人人机机界界面面方方式式，它它能能一一目目了了然然地地展展示示出出图图形形、数数据据和和事事件件等等各各种种信信息息，以以便便操操作作者直观形象地监视和操作工业生产过程。者直观形象地监视和操作工业生产过程。这这种种方方式式的的硬硬件件接接口口技技术术十十分分成成熟熟，其其显显示示器器及及其其控控制制电电路路已已成成为为计计算算机机控控制制的的一一种种基基本本配配置置，而而软软件件设设计计一一般般是是借借助助于于工工控控组组态态软软件件或或高高级级语语言如言如VBVB、VCVC等来完成的。等来完成的。第61页/共82页图形显示器概述常用的图形显示器有两种：常用的图形显示器有两种：CRTCRT显示器和显示器和TFTTFT平面显示器。平面显示器。1 1、CRTCRT显示器显示器 阴极射线管阴极射线管CRTCRT（Cathod Ray TubeCathod Ray Tube）显示器由一个图形监示器和相）显示器由一个图形监示器和相应的控制电路组成。在工业计算机中，插入一块应的控制电路组成。在工业计算机中，插入一块VGA/TVGAVGA/TVGA图形控制板即图形控制板即可实现功能很强的图象显示功能。目前，可实现功能很强的图象显示功能。目前，CRTCRT显示方式因其硬件技术成熟、显示方式因其硬件技术成熟、软件支持丰富、价格比较低廉而成为计算机控制系统中应用最多的一种软件支持丰富、价格比较低廉而成为计算机控制系统中应用最多的一种图形显示技术，可以满足大部分工业控制现场的一般性需要。图形显示技术，可以满足大部分工业控制现场的一般性需要。第62页/共82页图形显示画面引言1总貌画面 2分组画面 3点画面 4流程图画面 5趋势曲线画面 6报警显示画面 7操作指导画面 第63页/共82页引言 采采用用图图形形显显示示器器和和键键盘盘作作人人机机接接口口终终端端,可可以以直直观观形形象象地地监监视视和和操操作作工工业业生生产产过过程程。所所设设计计出出的的显显示示画画面面，既既要要反反映映出出整整个个生生产产的的工工艺艺流流程程，又又要要便便于于单单元元操操作作控控制制；既既要要有有实实时时动动态态数数据据，又又要要有有历历史史记记忆忆功功能能。从从而而使使得得一一台台图图形形显显示示终终端端完完全全替替代代传传统统的的仪仪表表盘盘及及其其盘盘面面上上的的调调节节器器、指指示示仪仪、记记录录仪仪、报报警警仪仪、模模拟屏以及开关按钮、指示灯等。拟屏以及开关按钮、指示灯等。第64页/共82页 早期的系统设计者是用汇编语言来编写画面程序的，后来多采用功能强大的高级语言，现在的控制厂商陆续推出了人机对话式的系统组态软件，诸如美国的Intouch、Fix和德国的Wincc，国内的组态王、力控、MCGS和Controx等。利用这些专用组态软件可以方便地组态成各种需要的显示画面。常用的显示画面有总貌画面、分组画面、点画面、流程图画面、趋势曲线画面、报警显示画面、操作指导画面等等。第65页/共82页 当被控量或控制回路较多时，操作员要逐个地监视判断各过程参数是否正常，并据此对控制回路进行操作是很困难的。为此，在总貌显示画面上用颜色、闪光或音响来最大限度地显示出多个控制回路的运行状态。图6-14 给出一个中央空调控制系统的总貌画面，用棒状图表示控制回路的偏差，用小方块指示控制回路的报警状态，每个棒图或方块的颜色表示1个工位点（参数），一般8个工位点为一组，每幅画面可显示约40个组、320个点。如此，就有可能把整个大型控制系统的几百个参数集中显示在一、二个画面上。1总貌画面总貌画面第66页/共82页第67页/共82页 v 总貌显示画面中的每一组即8个工位点，对应一幅分组画面，如图6-15所示。以棒图或方块方式同时显示8个PID控制回路或开关状态；用数字、光柱表示被控量PV、给定值SP、偏差量DV和控制量OUT；用文字表示回路的的工位号或名称以及运行状态，如自动AUT、手动MAN、串级CAS等。v 在分组画面上，操作员可对控制回路进行必要的操作，如改变SP、OUT、AUT、MAN等。此时，操作员可把每个显示回路当作一台虚拟的仪表调节器来操作，所以分组画面也称为控制画面。2 2分组画面分组画面第68页/共82页第69页/共82页v 分组显示画面中的每一个工位点，对应一幅点显示画面，如图6-16所示。以棒图、曲线、文字三种方式显示该PID控制回路的各种参数，如被控量PV、给定值SP、偏差量DV和控制量OUT、比例带P、积分时间I、微分时间D等；并用PV、SP和OUT三条趋势曲线表示回路的运行状态。v 在点画面上，操作员可对该PID控制回路的各种参数进行调整，所以点画面也称单回路显示画面或调整画面 3 3点画面点画面第70页/共82页第71页/共82页v 原来的仪表控制系统的仪表盘上方都有一块用实物模型和发光体来模拟生产流程的大型模拟屏，以给操作人员直观形象的视觉。与此类似，计算机控制系统则用流程图画面来进行模拟显示。v 流程图画面是用各种图素、文字和数据等组合而成，在一个画面上显示出所有装置回路的图示状况和工艺流程；除静止画面外，还有色彩、闪光、图形和文字连续变化的动态画面标记出各个参数的实时状态，给人以总揽全局且身临其境的感觉。4 4流程图画面流程图画面 第72页/共82页 图6-17为一个中央空调水冷控制系统的工艺流程模拟图。画面上十分形象地展示出水塔、水泵、冷凝器、蒸发器、压缩机、风机盘管、阀门及管路系统，而且当某个动力设备如冷却水塔与冷却水泵启动时，画面上的水塔电机与冷却水泵即刻旋转起来，而且冷却水喷淋而下、管路水流动循环起来。如此，达到一个十分逼真形象的控制效果。第73页/共82页第74页/共82页v 一般的仪表控制系统是采用记录仪来记录过程参数曲线的，并用记录纸保存历史数据曲线。而计算机控制系统则用趋势显示画面来描述过程参数曲线，并将数据存入磁盘保存。趋势显示包括实时趋势记录和历史趋势记录两种，将实时趋势曲线存入磁盘后，当需要时再调出来就成为历史趋势记录，如图6-18所示。v 图中给出了直角坐标下的2条参数曲线：横坐标表示时间，单位是年月日时分秒；纵坐标表示参数值，单位是百分数；工艺过程的温度参数用红颜色代表，液位参数用绿颜色代表。一般，数据采样周期和趋势记录时间可由设计者根据需要适当调定。5趋势曲线画面第75