《人机接口技术》PPT课件.ppt

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1、第第10章章 人机接口技术人机接口技术 人机接口是指单片机的输入人机接口是指单片机的输入输出设备，包括输入键盘、开关输出设备，包括输入键盘、开关按钮和显示装置、打印机等。通按钮和显示装置、打印机等。通过单片机的人机接口设备，向单过单片机的人机接口设备，向单片机输入命令和数据，了解单片片机输入命令和数据，了解单片机运行的状态和显示相关的工作机运行的状态和显示相关的工作参数。参数。第第10章章 人机接口技术人机接口技术10.1.开关接口 开关是一种有二个可选择的、开关是一种有二个可选择的、有固定位置的装置，主要用于向有固定位置的装置，主要用于向单片机输入电平信号。通过拨动单片机输入电平信号。通过拨

2、动开关的位置，使单片机得到一个开关的位置，使单片机得到一个固定不变的电平信号，用于向单固定不变的电平信号，用于向单片机输入控制命令或数据，开关片机输入控制命令或数据，开关信号可以通过机械式开关、电子信号可以通过机械式开关、电子式开关等方式产生。式开关等方式产生。第第10章章 人机接口技术人机接口技术10.1.1 机械式开关接口的基本应用 在大多数情况下，都是在大多数情况下，都是使用机械式开关来产生二个使用机械式开关来产生二个固定的位置得到固定的位置得到0、l电平信号。电平信号。图是开关通过单片机的图是开关通过单片机的I/O口口输入电平信号的电路。输入电平信号的电路。第第10章章 人机接口技术人

3、机接口技术图图10.1 开关输入电路开关输入电路 在图中共有在图中共有3个开关，个开关，K0 K2，电阻，电阻R0 R2为上拉电为上拉电阻，开关在断开状态时，阻，开关在断开状态时，+5V电压通过上拉电阻向口输入电压通过上拉电阻向口输入一个高电平信号，开关在闭合状态时，口直接接地，接收一个高电平信号，开关在闭合状态时，口直接接地，接收到一个低电平信号。由于开关的断开和闭合状态是稳定的，到一个低电平信号。由于开关的断开和闭合状态是稳定的，所以输入单片机的所以输入单片机的I/O口的电平信号也是稳定的，在编写口的电平信号也是稳定的，在编写程序时，只要读取端口的程序时，只要读取端口的0、1状态，就可以知

4、道开关断开状态，就可以知道开关断开和闭合的状态。基本判别语句有：和闭合的状态。基本判别语句有：JB P1.0 Re1 ;语句用于当语句用于当Pl.0=l，则程序转，则程序转Rel执行。或执行。或JNB P1.0 Re2 ;语句用于当语句用于当P1.0=0，则程序转，则程序转Re2执行执行 第第10章章 人机接口技术人机接口技术 在图在图10.1 的电路中，通过的电路中，通过K0 K2三个开关三个开关,可以向单片机输入三个开关的不同电平信号，可以向单片机输入三个开关的不同电平信号，表示三种命令，单片机通过对三个开关状态的表示三种命令，单片机通过对三个开关状态的判别执行相应的程序。判别执行相应的程

5、序。在图电路中，对在图电路中，对K0 K2三个开关的断开和三个开关的断开和闭合状态的组合，还可以获得闭合状态的组合，还可以获得8个不同的电平信个不同的电平信号，通过应用程序，向单片机输入号，通过应用程序，向单片机输入8个不同的命个不同的命令信号或数据。由于这种开关一次设置后能一令信号或数据。由于这种开关一次设置后能一直保持，在很多单片机应用系统中，使用这种直保持，在很多单片机应用系统中，使用这种开关来向系统输入某些固定不变的常数。也可开关来向系统输入某些固定不变的常数。也可以通过单片机扩展电路来设计开关接口电路。以通过单片机扩展电路来设计开关接口电路。如图是通过如图是通过74LS244电路来进

6、行设计的。电路来进行设计的。第第10章章 人机接口技术人机接口技术图图10.2 开关接口开关接口电路的扩展设计电路的扩展设计 图中的图中的74LS244是八同相三态缓冲器，可以接入是八同相三态缓冲器，可以接入8个个开关量信号。开关量信号。74LS244的数据输入端与单片机的数据输入端与单片机CPU的的P0口相连接，用于口相连接，用于8位数据的传送，位数据的传送，CPU的和相或后作为的和相或后作为74LS244的片选信号，在的片选信号，在74LS244被选中的情况下，三态被选中的情况下，三态缓冲器打开，开关量信号进入缓冲器打开，开关量信号进入CPU内存。在没有被选中内存。在没有被选中时，三态缓冲

7、器关闭，开关量信号被阻隔，无法进入时，三态缓冲器关闭，开关量信号被阻隔，无法进入CPU。也可以通过。也可以通过P2口的其他地址线，设计多个口的其他地址线，设计多个74LS244集成电路，扩展更多的开关量。集成电路，扩展更多的开关量。第第10章章 人机接口技术人机接口技术 在编写程序读取开关的状态与前在编写程序读取开关的状态与前面有所不同，面有所不同，74LS244应该被单片机应该被单片机看作是一个外存储单元，基本语句有：看作是一个外存储单元，基本语句有：MOV DPTR,#7FFFH;设置设置74LS244集成电路的片选地址值集成电路的片选地址值 MOVX A,DPTR;将八个开关量的状况读入

8、单片机内将八个开关量的状况读入单片机内 通过上述两个语句，就可以把扩通过上述两个语句，就可以把扩展的展的8个开关量所表示的命令或数据个开关量所表示的命令或数据读入单片机内存读入单片机内存,并作相应的处理。并作相应的处理。第第10章章 人机接口技术人机接口技术10.1.2 电子式开关接口的基本应用 除了使用机械式开关装置设除了使用机械式开关装置设计开关接口电路外，还可以应用计开关接口电路外，还可以应用光电传感器、接近开关、霍尔传光电传感器、接近开关、霍尔传感器等电子元器件设计成感器等电子元器件设计成0、l电电平信号输入单片机，完成开关量平信号输入单片机，完成开关量输入的作用。图为光电传感器的输入

9、的作用。图为光电传感器的应用电路。应用电路。第第10章章 人机接口技术人机接口技术图图10.3 光电传感器开关光电传感器开关 接口应用电路接口应用电路 图中的图中的D为红外发光二极管，为红外发光二极管，R1为为限流电阻，限流电阻，T是光电接收三极管，是光电接收三极管，R2为为取样电阻。取样电阻。D在在+5V的作用下，产生红的作用下，产生红外光线，当红外光线没有被挡住时，外光线，当红外光线没有被挡住时，T导通饱和向导通饱和向CPU输入一个输入一个O电平信号，电平信号，当红外光线被挡住时，当红外光线被挡住时，T截止向截止向CPU输输入一个入一个1电平信号。电平信号。第第10章章 人机接口技术人机接

10、口技术 光电传感器的二极管大多光电传感器的二极管大多采用砷化镓红外二极管，接收采用砷化镓红外二极管，接收三极管输出电流较小，在毫安三极管输出电流较小，在毫安左右左右,接收三极管与晶体三极管接收三极管与晶体三极管组成的达林顿输出型，输出电组成的达林顿输出型，输出电流可达流可达20 30mA，可以直接驱，可以直接驱动继电器等功率器件。表和是动继电器等功率器件。表和是光电传感器的基本参数。光电传感器的基本参数。第第10章章 人机接口技术人机接口技术第第10章章 人机接口技术人机接口技术 向单片机输入开关信号向单片机输入开关信号,就能就能对红外光线进行控制。根据发光对红外光线进行控制。根据发光二极管与

11、接收三极管的不同位置二极管与接收三极管的不同位置设计的开关接口电路，可以应用设计的开关接口电路，可以应用于计数、位置状态、转速等多方于计数、位置状态、转速等多方面的测试。图是转速测量电路。面的测试。图是转速测量电路。第第10章章 人机接口技术人机接口技术 图图10.4 光电传感器在转光电传感器在转速测量中的应用速测量中的应用 在图中在图中,带透光方孔的转盘与要测量转速的传动轴带透光方孔的转盘与要测量转速的传动轴相连结，轴转动时，带动带透光方孔的转盘一起转动，相连结，轴转动时，带动带透光方孔的转盘一起转动，使红外接收三极管断续地接收到发光二极管发出的红使红外接收三极管断续地接收到发光二极管发出的

12、红外光，在其输出端产生一系列脉冲电平信号，单片机外光，在其输出端产生一系列脉冲电平信号，单片机通过对输入的脉冲电平信号进行计数，就可以测量出通过对输入的脉冲电平信号进行计数，就可以测量出该转动装置的转速了。设转速为该转动装置的转速了。设转速为S，转动盘上有，转动盘上有N个方个方孔，单片机在孔，单片机在l秒钟内的计数值为秒钟内的计数值为M，则，则S=M/N(转转/秒秒)。很显然，很显然，N值越大，测量的转速越精确。值越大，测量的转速越精确。第第10章章 人机接口技术人机接口技术 在图中，红外发光二极管和红外接收三极管在图中，红外发光二极管和红外接收三极管分别安装在产品流水线传送带的二边，每当传送

13、分别安装在产品流水线传送带的二边，每当传送带上有一个产品经过，就会遮挡红外光线一次，带上有一个产品经过，就会遮挡红外光线一次，使红外接收三极管的输出使红外接收三极管的输出一个脉冲电平信号。单片机对输入的脉冲信号进一个脉冲电平信号。单片机对输入的脉冲信号进行计数，就可以对产品的产量进行统计。行计数，就可以对产品的产量进行统计。图图10.5 光电传感器在产光电传感器在产量计数中的应用量计数中的应用第第10章章 人机接口技术人机接口技术图是位置检测电路。图是位置检测电路。图图10.6 光电传感器在位置光电传感器在位置检测中的应用检测中的应用 在图中，当移动的物体一旦挡住红外光线，在图中，当移动的物体

14、一旦挡住红外光线，红外接收三极管就会输出一个脉冲信号。此装置红外接收三极管就会输出一个脉冲信号。此装置可以用来检测物体的有或无，可以作为运动物体可以用来检测物体的有或无，可以作为运动物体的限位检测电路，可以作为外人侵入的报警检测的限位检测电路，可以作为外人侵入的报警检测电路，也可以作为自动门的控制电路。电路，也可以作为自动门的控制电路。关于红外光电还可以有更多的应用，这里不关于红外光电还可以有更多的应用，这里不再一一例举。再一一例举。第第10章章 人机接口技术人机接口技术 除了光电传感器外，还有电感式接近开关。图是电感式除了光电传感器外，还有电感式接近开关。图是电感式接近开关的应用原理图。接近

15、开关的应用原理图。图图10.7 电感式接近开电感式接近开关应用原理图关应用原理图 电感式接近开关由高频振荡器、检波放大器、输出电感式接近开关由高频振荡器、检波放大器、输出电路和开关组成。由感应线圈产生高频振荡信号形成一电路和开关组成。由感应线圈产生高频振荡信号形成一交变磁场，当有金属类物体接近时，在金属物体内产生交变磁场，当有金属类物体接近时，在金属物体内产生涡流并吸收振荡器的能量，使振荡信号变弱或停止振荡，涡流并吸收振荡器的能量，使振荡信号变弱或停止振荡，在检波放大器和输出电电路的作用下，产生一个开关信在检波放大器和输出电电路的作用下，产生一个开关信号输入单片机的端口，用于有无物体接近的检测

16、。因此号输入单片机的端口，用于有无物体接近的检测。因此电感式接近开关可以和红外光电管一样，用于有无物体电感式接近开关可以和红外光电管一样，用于有无物体接近或对经过物体进行计数，或者用于物体的位置状态接近或对经过物体进行计数，或者用于物体的位置状态进行检测。进行检测。第第10章章 人机接口技术人机接口技术图是开关型霍尔传感器的应用。图是开关型霍尔传感器的应用。图图10.8 开关型霍尔传感器的应用原理图开关型霍尔传感器的应用原理图第第10章章 人机接口技术人机接口技术 在图中，霍尔传感器为开关型霍尔传感器，在图中，霍尔传感器为开关型霍尔传感器，在在5V电压的作用下，外加一个磁场会在霍尔传电压的作用

17、下，外加一个磁场会在霍尔传感器的感器的3端输出一个电平信号。当开关型霍尔传端输出一个电平信号。当开关型霍尔传感器在固定电平的作用下，若外加一个固定的感器在固定电平的作用下，若外加一个固定的磁场，则一个金属类物体接近或通过时，会改磁场，则一个金属类物体接近或通过时，会改变磁场对传感器的作用，随之改变它的输出电变磁场对传感器的作用，随之改变它的输出电平。若不外加一个固定磁场，而是一个带永久平。若不外加一个固定磁场，而是一个带永久磁钢的物体接近或通过，那么在磁场的作用下，磁钢的物体接近或通过，那么在磁场的作用下，也会改变传感器的输出电平状态。因此，当有也会改变传感器的输出电平状态。因此，当有一个金属

18、物体或带磁钢的物体通过或接近开关一个金属物体或带磁钢的物体通过或接近开关型霍尔传感器时，会引起输出电平的变化型霍尔传感器时，会引起输出电平的变化,霍尔霍尔传感器的输出端与单片机的端口相连接，单片传感器的输出端与单片机的端口相连接，单片机就会接收到一个开关信号。开关型霍尔传感机就会接收到一个开关信号。开关型霍尔传感器同样可以应用于测量转速、计数、物体的位器同样可以应用于测量转速、计数、物体的位置和有无的检测。置和有无的检测。第第10章章 人机接口技术人机接口技术 图是霍尔效应原理图，一个半导体簿片图是霍尔效应原理图，一个半导体簿片的两个端面通过控制电流的两个端面通过控制电流I，并在簿片的垂直，并

19、在簿片的垂直方向上施加磁感应强度为方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么在的磁场，那么在垂直于电流垂直于电流I和磁场和磁场B的方向上会产生电势的方向上会产生电势U，称为霍尔电势。霍尔效应是由运动的电荷，称为霍尔电势。霍尔效应是由运动的电荷受磁场中洛伦兹力的作用而产生的，霍尔电受磁场中洛伦兹力的作用而产生的，霍尔电势势U可用下式表示：可用下式表示：U=RIB/d (V)其中其中 R-霍尔常数霍尔常数(m3C)I-控制电流控制电流(A)B-磁场强度磁场强度(T)d-半导体簿片的厚度半导体簿片的厚度(m)可以表示为可以表示为 U=KIB 其中其中 K=R/d 由此可知，霍尔传感器的霍尔电势与控由此可知

20、，霍尔传感器的霍尔电势与控制电流、磁场强度成正比。制电流、磁场强度成正比。第第10章章 人机接口技术人机接口技术 图图10.9 霍尔效应原理图霍尔效应原理图第第10章章 人机接口技术人机接口技术 图是开关型霍尔传感器的结构框图，它由霍尔元图是开关型霍尔传感器的结构框图，它由霍尔元件、电压放大器、电压波形整形电、集电极开路输出件、电压放大器、电压波形整形电、集电极开路输出电路等部分组成。图是开关型霍尔传感器的工作特性，电路等部分组成。图是开关型霍尔传感器的工作特性，由图可知，开关型霍尔传感器的工作特性存在磁滞由图可知，开关型霍尔传感器的工作特性存在磁滞,B1点为工作点开状态的磁场强度成，点为工作

21、点开状态的磁场强度成，B2点为关状态的磁点为关状态的磁场强度。场强度。图图10.10 开关型霍尔传感器的结构和工作特性开关型霍尔传感器的结构和工作特性 第第10章章 人机接口技术人机接口技术10.2 键盘接口 键盘，是一种按钮，与开关不同的是键盘，是一种按钮，与开关不同的是它只有一个稳定的位置，当按下键盘时，它只有一个稳定的位置，当按下键盘时，改变了开关的位置，但是一旦放开就会回改变了开关的位置，但是一旦放开就会回到原来的位置。因此在按键过程中会产生到原来的位置。因此在按键过程中会产生抖动，从而引起读键误判断，需要对键抖抖动，从而引起读键误判断，需要对键抖动进行处理。键抖动处理有硬件和软件两动

22、进行处理。键抖动处理有硬件和软件两种处理方法，软件处理方法更方便更常用。种处理方法，软件处理方法更方便更常用。键盘有简单键和矩阵键，应该根据实际情键盘有简单键和矩阵键，应该根据实际情况来设计。况来设计。在单片机应用系统中，键盘是人机对在单片机应用系统中，键盘是人机对话的主要设备，用于向单片机应用系统输话的主要设备，用于向单片机应用系统输入数据、程序和操作命令。键盘分机械式入数据、程序和操作命令。键盘分机械式键盘和触摸式键盘两大类。键盘和触摸式键盘两大类。第第10章章 人机接口技术人机接口技术 当键按下或松开时，会向单片机当键按下或松开时，会向单片机CPU输入输入一个一个“0”电平或电平或“1”

23、电平，电平，CPU根据接收到根据接收到的的“0”或或“1”电平信号，决定具体的操作。电平信号，决定具体的操作。但是在键的按下和松开时，开关的机械触点会但是在键的按下和松开时，开关的机械触点会产生抖动，一般抖动时间在产生抖动，一般抖动时间在5ms-10ms左右，抖左右，抖动的波形如图所示。在抖动期间动的波形如图所示。在抖动期间CPU不能接收不能接收到稳定的电平信号而无法作出正确的判断，因到稳定的电平信号而无法作出正确的判断，因此需要对键进行去抖动处理。此需要对键进行去抖动处理。图图 按键时产生抖按键时产生抖动的波形示意动的波形示意第第10章章 人机接口技术人机接口技术10.2.1.硬件消除抖动法

24、 硬件消除抖动的原理见图，是利用硬件消除抖动的原理见图，是利用R-S触发触发器集成电路来实现消除抖动功能的。当键按下器集成电路来实现消除抖动功能的。当键按下时，时，R-S触发器的触发器的1端为高电平，端为高电平，2端为低电平，端为低电平，尽管按下的键会产生抖动，但由于触发器的作尽管按下的键会产生抖动，但由于触发器的作用，在用，在3端会产生一个稳定的低电平。在键松开端会产生一个稳定的低电平。在键松开的过程中，由于的过程中，由于1端变为低电平，端变为低电平，2端变为高电端变为高电平，同样平，同样R-S触发器的作用，在触发器的作用，在3端会产生一个端会产生一个稳定的高电平。稳定的高电平。图图10.1

25、2 硬件消除抖动硬件消除抖动电路原理图电路原理图 第第10章章 人机接口技术人机接口技术10.2.2.软件消除抖动法 硬件消除抖动法需要增加电子元件，电路硬件消除抖动法需要增加电子元件，电路复杂，特别是按键比较多的时候，实现起来有复杂，特别是按键比较多的时候，实现起来有困难。而用软件消除抖动法，不需要增加电子困难。而用软件消除抖动法，不需要增加电子元件，只要编写一段延时的程序元件，只要编写一段延时的程序,就可以达到消就可以达到消除抖动的作用。在软件消除抖动方法中，若除抖动的作用。在软件消除抖动方法中，若CPU检测到有键按下，就执行一段延时程序后检测到有键按下，就执行一段延时程序后再检测此按键，

26、若仍为按下状态，再检测此按键，若仍为按下状态，CPU则认为则认为该键确实按下。同样，当键从按下再松开时，该键确实按下。同样，当键从按下再松开时，CPU检测到有键松开，并在延时一段时间后仍检测到有键松开，并在延时一段时间后仍检测到键在松开状态，则认为键确实松开，这检测到键在松开状态，则认为键确实松开，这样就消除了抖动的影响，实现了软件消除抖动样就消除了抖动的影响，实现了软件消除抖动的功能。图所示为软件去抖动判别程序的流程的功能。图所示为软件去抖动判别程序的流程图图.第第10章章 人机接口技术人机接口技术图图10.13 软件消除抖动流程图软件消除抖动流程图 第第10章章 人机接口技术人机接口技术1

27、0.2.3 简单键盘接口 每个键盘独立地与单片机的每个键盘独立地与单片机的I/O线直接相连线直接相连接就构成了简单键盘。如图所示，键与键之间接就构成了简单键盘。如图所示，键与键之间的工作状态互不影响。简单按键可以根据需要的工作状态互不影响。简单按键可以根据需要灵活地进行设计，每键占用一根灵活地进行设计，每键占用一根I/O线，软件编线，软件编写方便。在图中，写方便。在图中，R1-R4为上拉电阻，为上拉电阻，K1-K4为为按键，当键未按下时，按键，当键未按下时，CPU从从I/O口接收到的是口接收到的是“1”电平，当某个键按下，则电平，当某个键按下，则CPU读取该读取该I/O端口的电平变化状态，以确

28、定键是按下或松开端口的电平变化状态，以确定键是按下或松开的状态。的状态。图图10.14 单片机简单单片机简单按键电路按键电路 第第10章章 人机接口技术人机接口技术 单片机简按键电路，采用了软件消除抖动方式来消除按键单片机简按键电路，采用了软件消除抖动方式来消除按键的抖动，参考程序如下。的抖动，参考程序如下。ORG 0003H AJMP JPCON JPCON:MOV P1,#0FFH ；P1口输入准备口输入准备 MOV A,P1 ；输入；输入P1口的值口的值 JNB ACC.3,PROC3 ；查询键；查询键K4 JNB ACC.2,PROC2 ；查询键；查询键K3 JNB ACC.1,PRO

29、C1 ；查询键；查询键K2 JNB ACC.0,PROC0 ；查询键；查询键K1 RET PROC3:CALL D20 ；调用；调用2Oms延时程序延时程序 MOV P1,#0FFH ；再次读；再次读P1准备准备 MOV A,P1 ；再次确认；再次确认P1值值 JNB ACC.3,JPC4 ；再次查询；再次查询K4键，真的按下处理键，真的按下处理 RET PROC2:；K3及其它键的处理及其它键的处理 在该程序中，第一次读键盘并判别在该程序中，第一次读键盘并判别K1K4中哪个键按下，中哪个键按下，确定哪个键后，延时确定哪个键后，延时20ms后再次查该键是否仍按下，若确实按后再次查该键是否仍按下

30、，若确实按下则转到该键的处理子程序进行处理，由于两次读键过程中延下则转到该键的处理子程序进行处理，由于两次读键过程中延迟了迟了2Oms，起到了软件消除抖动的作用。，起到了软件消除抖动的作用。第第10章章 人机接口技术人机接口技术10.2.4 10.2.4 矩阵式键盘接口矩阵式键盘接口 图是一个图是一个4*4的矩阵式键盘接口，一共使用了的矩阵式键盘接口，一共使用了8个个I/O口，可以实现口，可以实现16个键的输入。从这里可以看到，个键的输入。从这里可以看到，矩阵式键接口比简单键接口有更多的键容量。如果十矩阵式键接口比简单键接口有更多的键容量。如果十根根I/O线，矩阵式键接口键的数量可的达到线，矩

31、阵式键接口键的数量可的达到25个。个。其中，为行线，用于输出低电平。为列线，其中，为行线，用于输出低电平。为列线，用于检测的输入线，判别键盘的状态。用于检测的输入线，判别键盘的状态。图图单单片片机机矩矩阵阵式式键键盘盘 第第10章章 人机接口技术人机接口技术 CPU采用定时查询方式工作。先采用定时查询方式工作。先使为使为0，然后分别读取的状态，当没，然后分别读取的状态，当没有任何键按下时，在上拉电阻作用下，有任何键按下时，在上拉电阻作用下，全为全为1电平。当中有某一个值为电平。当中有某一个值为0，就可以判断是哪个键按下。例如，就可以判断是哪个键按下。例如9键键按下，则为按下，则为0电平。若是电

32、平。若是8键按下，应键按下，应为低电平。为低电平。CPU依次轮流使为依次轮流使为0，逐列读取的状态，可以确定一个具逐列读取的状态，可以确定一个具体的键按下，并进行相应的键盘处理。体的键按下，并进行相应的键盘处理。下面是这个键盘接口的键盘处理下面是这个键盘接口的键盘处理参考程序：参考程序：第第10章章 人机接口技术人机接口技术MOV R4，#00H ；R4为返回键值，初值为为返回键值，初值为0 MOV P1，#0F0H ；行线为行线为0，列线为，列线为1 MOV A，P1 ；读列线值读列线值 ANL A，#0F0H ；分离高分离高4位位 CJNE A，#0F0H，PRSO；不全为不全为1，有键按

33、下，有键按下 SJMP DONE ；无键按下，返回无键按下，返回PRSO：ACALL DL ；延时子程序调用延时子程序调用 MOV A，P1 ANL A，#0F0H CJNE A，#0F0H，PRS1；确认有键按下，识别键确认有键按下，识别键 SJMP DONE ；抖动，返回执行抖动，返回执行PRS1：MOV R2，#04H ；四次扫描数四次扫描数 MOV R3，#01H ；记录扫描到第几行记录扫描到第几行SCA：MOV A，R3 ；开始扫描开始扫描 CPL A ；使第一行为低电平使第一行为低电平 MOV P1，A ；输出扫描值输出扫描值 MOV A，P1 ；读列线电平读列线电平 ANL A，

34、#0F0H ；分离列线电平分离列线电平 CJNE A，#0F0H，FN ；找按键行找按键行 MOV A，R3 ；准备一下行扫描准备一下行扫描 RL A MOV R3，A DJNZ R2，SCA ；判四次扫描完成否判四次扫描完成否 SJMP DONE ；无键按下，返回无键按下，返回FN：CPL A ADD A，R3 MOV R4，A ；返回键值返回键值DONE RET第第10章章 人机接口技术人机接口技术 在矩阵键盘接口中，也可以在矩阵键盘接口中，也可以采用中断扫描方式。采用中断扫采用中断扫描方式。采用中断扫描方式，可以提高描方式，可以提高CPU的工作效的工作效率，仅在有键按下时，向率，仅在有键

35、按下时，向CPU申申请中断，请中断，CPU才响应中断，对键才响应中断，对键盘进行扫描，识别键码进行键盘盘进行扫描，识别键码进行键盘事件处理。事件处理。第第10章章 人机接口技术人机接口技术10.2.5 BCD码拨盘接口 BCD码十进制拨盘是向单片机应用系码十进制拨盘是向单片机应用系统输入数据的设备，并且十分方便，是一种统输入数据的设备，并且十分方便，是一种硬件设置数据的设备。使用拨盘输入的数据硬件设置数据的设备。使用拨盘输入的数据具有不可变性，却又易于修改。十进制输入具有不可变性，却又易于修改。十进制输入BCD输出的拨盘是最常使用的一种。图是输出的拨盘是最常使用的一种。图是一个四位一个四位BC

36、D码拨盘组结构和连接示意。码拨盘组结构和连接示意。每位拨盘有每位拨盘有09十个拨动位置，每个位置有十个拨动位置，每个位置有相应的数字表示，分别代表拨盘输入的十进相应的数字表示，分别代表拨盘输入的十进制数。所以，一位拨盘可以代表一位十进制制数。所以，一位拨盘可以代表一位十进制数，可以根据设计的需要，用多位数，可以根据设计的需要，用多位BCD码码拨盘组成多位十进制数。拨盘组成多位十进制数。第第10章章 人机接口技术人机接口技术 BCD码有一个输入控制线码有一个输入控制线A，四，四个个BCD码输出信号线。拨盘的各个不码输出信号线。拨盘的各个不同的位置，使输入控制线同的位置，使输入控制线A分别与四分别

37、与四根根BCD码输出线中的某几个根接通，码输出线中的某几个根接通，使使BCD码输出线的状态与拨盘所显示码输出线的状态与拨盘所显示的值一致，并使该编码信号输入单片的值一致，并使该编码信号输入单片机的机的CPU。BCD码拨盘的输入输出状码拨盘的输入输出状态见表。态见表。图图 10.16 4位位BCD码拨盘结构和连接码拨盘结构和连接 第第10章章 人机接口技术人机接口技术第第10章章 人机接口技术人机接口技术 BCD码拨盘与单片机相连的应码拨盘与单片机相连的应用见图。拨盘的输入控制线用见图。拨盘的输入控制线A接接+5V，四根输出线通过电阻接地并接单片，四根输出线通过电阻接地并接单片机机CPU的的P1

38、口。由表可知，当拨盘在口。由表可知，当拨盘在09的某个位置时，四根输出线的的某个位置时，四根输出线的8、4、2、1端有一组相应的电平状态生端有一组相应的电平状态生成，成，CPU可以通过读取可以通过读取P1口的端口状口的端口状态知道拨盘设置的数据。在这种情况态知道拨盘设置的数据。在这种情况下，拨盘输出的下，拨盘输出的BCD码为正逻辑电平。码为正逻辑电平。如果如果BCD码拨盘的输入控制线码拨盘的输入控制线A接地，接地，四根输入线通过电阻接四根输入线通过电阻接+5V，那么拨，那么拨盘输出的盘输出的BCD码为负逻辑电平。见图码为负逻辑电平。见图所示。所示。第第10章章 人机接口技术人机接口技术 图图1

39、0.17 单片机与单片机与BCD码拨盘的接口码拨盘的接口 图图10.18 BCD码拨盘负逻辑接口码拨盘负逻辑接口 在实际应用中，常常需要多位十在实际应用中，常常需要多位十进制数据输入，因此需要多位进制数据输入，因此需要多位BCD码码拨盘组成。拨盘组成。第第10章章 人机接口技术人机接口技术串行键盘应用 除了利用并行输入口设计键盘电路外，除了利用并行输入口设计键盘电路外，还可以用串行方式设计键盘电路。图为用串还可以用串行方式设计键盘电路。图为用串行口设计的串行键盘电路。行口设计的串行键盘电路。图图 10.19 单片机串行口键盘控制电路单片机串行口键盘控制电路 第第10章章 人机接口技术人机接口技

40、术 CD4014是是8位表态移位寄存器（同步并位表态移位寄存器（同步并入），实现并行输入串行输出，其引脚排列入），实现并行输入串行输出，其引脚排列如图所示，功能如表。如图所示，功能如表。图图10.20 CD4014 引脚排列图引脚排列图 表表10.4 CD4014逻辑功能表逻辑功能表第第10章章 人机接口技术人机接口技术 如图，如图，P1P8作为作为8个开关输入个开关输入K1K8，输入的，输入的开关量通过开关量通过TXD控制控制CLK端，把值逐次串行数位进端，把值逐次串行数位进入入RXD端口，并存入寄存器端口，并存入寄存器A中。中。键盘电路程序如下：键盘电路程序如下：S1：SETB P1.0

41、;置位置位CD4014的的 P/S端端 CLR P1.0;清清CD4014的的 P/S端端,开始串行移位开始串行移位 MOV SCON,#10H;设置串行方式设置串行方式0,开始接收开始接收 W1：JNB RI,W1 ;判判RI状态状态 CLR RI ;一次串行输入完成一次串行输入完成 MOV A,SBUF ;存放输入的数据存放输入的数据 RET 除了使用除了使用CD4014集成电路外，还可以使用集成电路外，还可以使用74LS165等集成电路芯片设计串行键盘控制电路。等集成电路芯片设计串行键盘控制电路。第第10章章 人机接口技术人机接口技术10.3 LED显示接口 LED发光二极管和数码管是单

42、片机应用发光二极管和数码管是单片机应用系统的主要显示设备。发光二极管可以用于系统的主要显示设备。发光二极管可以用于状态的指示，数码管用于数字和字符的显示。状态的指示，数码管用于数字和字符的显示。在控制中有静态显示和动态显示二种，与单在控制中有静态显示和动态显示二种，与单片机的接口有并行的或串行的方式。由于单片机的接口有并行的或串行的方式。由于单片机接口的驱动能力较差，需要在单片机和片机接口的驱动能力较差，需要在单片机和LED之间加接口电路实现译码驱动。应该根之间加接口电路实现译码驱动。应该根据据LED数码管的位数、电流大小来决于接口数码管的位数、电流大小来决于接口电路的形式。电路的形式。显示器

43、接口是实现单片机信息输出的重显示器接口是实现单片机信息输出的重要接口。用户的程序、数据、命令都需要通要接口。用户的程序、数据、命令都需要通过显示装置显示，才知道输入的正确与否。过显示装置显示，才知道输入的正确与否。目前在单片机上常用的有目前在单片机上常用的有LED显示器和显示器和LCD显示器两大类，显示的方式有静态显示和动显示器两大类，显示的方式有静态显示和动态显示两种。态显示两种。第第10章章 人机接口技术人机接口技术10.3.1 发光二极管接口 发光二极管在单片机应用中，可以用于各种信发光二极管在单片机应用中，可以用于各种信号指示、红外发光源，可以用于光电测量和控制，号指示、红外发光源，可

44、以用于光电测量和控制，可以做成光电隔离器，增加抗干扰能力，可以用可以做成光电隔离器，增加抗干扰能力，可以用于文字、图形显示。于文字、图形显示。发光二极管的基本驱动电路如图。发光二极管的基本驱动电路如图。图图10.21 二极管基本驱动电路二极管基本驱动电路第第10章章 人机接口技术人机接口技术 图图a为负极控制，图为负极控制，图b为正极控制，为正极控制，Vi为控制信号为控制信号 当当Vi=1时，发光二极管时，发光二极管D上无电流流过，不发光上无电流流过，不发光 Vi=0时，时，I=5V-Vf-Vs R 式中式中 Vf LED正向导通压降正向导通压降 Vs Vi为低电平时的电压为低电平时的电压 R

45、 LED的限流电阻的限流电阻 I LED的工作电流的工作电流 设设 Vf 则则 I=(5-1.7-0.2)V=R R 一般选取一般选取I=415mA，当取，当取I=10mA，亮度已够，亮度已够，但使用寿命可以大大延长。但使用寿命可以大大延长。图图b中，当中，当Vi=0时，时，LED上无电流流过不发光上无电流流过不发光 当当Vi=1时，时，I=5-Vf-Vs，有电流流过，有电流流过LED产生光产生光 R第第10章章 人机接口技术人机接口技术 大多数情况下，大多数情况下，Vi为为CPU的的I/O口或集口或集成缓冲器的端口。对于用低电平吸收电流的成缓冲器的端口。对于用低电平吸收电流的方式工作，可以不

46、加缓冲器。因为方式工作，可以不加缓冲器。因为CPU的的I/O口低电平吸收电流在口低电平吸收电流在20mA左右，左右，CD4000系列和系列和74LS系列电路的低电平吸收系列电路的低电平吸收电流也在电流也在20mA左右，图所示为单片机通过左右，图所示为单片机通过I/O口驱动三极管来点亮口驱动三极管来点亮LED灯的。在灯的。在a图中，图中，单片机输出低电平，三极管单片机输出低电平，三极管G截止，截止，Vc电源电源通过通过R2使使LED点亮，当单片机输出高电平点亮，当单片机输出高电平时，三极管时，三极管G导通，导通，LED被短路不发光。图被短路不发光。图b中，单片机输出中，单片机输出0电平，三极管电

47、平，三极管G截止，截止，LED上无电流流过不发光，当单片机输出上无电流流过不发光，当单片机输出高电平时，三极管导通有电流流过，高电平时，三极管导通有电流流过，LED发光。使用时可以根据需要选择控制的方式。发光。使用时可以根据需要选择控制的方式。第第10章章 人机接口技术人机接口技术图图10.22 单片机通过三极管对单片机通过三极管对LED的控制的控制/管无电流流过，不发光。管无电流流过，不发光。CPU为为0时，反相缓冲器时，反相缓冲器输出为输出为1电平，发光二极管上有电流流过发光。电平，发光二极管上有电流流过发光。图图10.23 单片机通过反相器对单片机通过反相器对LED的控制的控制第第10章

48、章 人机接口技术人机接口技术10.3.2 LED数码管接口 LED数码管是由发光二极管组成并封装在一个数码管是由发光二极管组成并封装在一个标准的外壳中，有标准的外壳中，有8字形和米字形之分，各有共阳极字形和米字形之分，各有共阳极和共阴极两种。如图所示为和共阴极两种。如图所示为8字形共阳极和共阴极两字形共阳极和共阴极两种连接方式。种连接方式。图图10.24 LED数码管的结构数码管的结构 第第10章章 人机接口技术人机接口技术 LED数码管的发光二极管负极连接在一起数码管的发光二极管负极连接在一起接地接地(COM端端)的称为共阴极，的称为共阴极，LED数码管的发数码管的发光二极管正极连接在一起接

49、到光二极管正极连接在一起接到+VC端的称为共端的称为共阳极。两种形式的阳极。两种形式的LED数码管的外形及管脚排数码管的外形及管脚排列相同。图所示为米字形列相同。图所示为米字形LED数码管外形和共数码管外形和共阴极，共阳极接法。阴极，共阳极接法。图图10.25 米字形米字形LED数码管的结构数码管的结构 第第10章章 人机接口技术人机接口技术 LED显示器显示接口有静态和动态两显示器显示接口有静态和动态两种。在静态显示接口中每一个接口驱动器件种。在静态显示接口中每一个接口驱动器件驱动一个显示器，一些常用的驱动一个显示器，一些常用的LED静态驱静态驱动接口器件特性见表。在静态显示时，单片动接口器

50、件特性见表。在静态显示时，单片机把数据写入接口驱动电路后，驱动电路能机把数据写入接口驱动电路后，驱动电路能够锁存数据并使显示器显示输入的值，因此，够锁存数据并使显示器显示输入的值，因此，接口驱动电路应该有锁存数据的功能，表中接口驱动电路应该有锁存数据的功能，表中的的TTL电路和电路和CMOS电路中的电路中的CD14547均无均无锁存功能，电路设计中应增加锁存功能。其锁存功能，电路设计中应增加锁存功能。其它器件均有锁存功能。所有器件均为它器件均有锁存功能。所有器件均为BCD码，输出均不能驱动小数点。码，输出均不能驱动小数点。第第10章章 人机接口技术人机接口技术第第10章章 人机接口技术人机接口