[精选]微机原理与接口技术-第10章人机交互设备交口技术_2633123.pptx
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1、+5V+5V+5Vn最简单的线性结构键盘最简单的线性结构键盘n每一个引脚连接一个键n输入0/1反映健是否高低第第10 10章章 人机交互设备接口技术人机交互设备接口技术 10.1 键盘及其接口键盘及其接口+5V+5V控制线控制线检检测测线线n常用的常用的矩阵结构矩阵结构键盘键盘n每行连接一个引脚n每列连接一个引脚n利用控制线为低、读取检测线来识别闭合键10.1 键盘及其接口键盘及其接口1.扫描法扫描法n先使第先使第0行接低电平,其余行为高电平,然后看第行接低电平,其余行为高电平,然后看第0行是否有键闭合(通过检查列线电位实现)行是否有键闭合(通过检查列线电位实现)n此后,再将第此后,再将第1行
2、接地,然后检测列线是否有变为行接地,然后检测列线是否有变为低电位的线。如此往下一行一行地扫描,直到最低电位的线。如此往下一行一行地扫描,直到最后一行后一行n在扫描过程中,当发现某一行有键闭合时,便在在扫描过程中,当发现某一行有键闭合时,便在扫描中途退出扫描中途退出n通过组合行线和列线可识别此刻按下的是哪一键通过组合行线和列线可识别此刻按下的是哪一键10.1 键盘及其接口键盘及其接口2.抖动和重健问题抖动和重健问题n机械按键存在机械按键存在抖动现象抖动现象n当按下或释放一个键时,往往会出现按键在闭合位置当按下或释放一个键时,往往会出现按键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳定到闭合状态和断开位置之
3、间跳几下才稳定到闭合状态n抖动的持续时间通常不大于抖动的持续时间通常不大于10msn采用采用硬件消抖电路硬件消抖电路或软件延时方法解决或软件延时方法解决n重键指两个或多个键同时闭合重键指两个或多个键同时闭合n出现重键时,读取的键值必然出现有一个以上的出现重键时,读取的键值必然出现有一个以上的0n是否给予识别和识别哪一个键是否给予识别和识别哪一个键重健问题的处理重健问题的处理n简单情况:不予识别,认为是错误的按键简单情况:不予识别,认为是错误的按键n通常情况:只承认先识别出来的键通常情况:只承认先识别出来的键n正常的组合键:都识别出来正常的组合键:都识别出来DBPB6PB7PAIRQ1T1P10
4、P21P11P22P204 GND1 CLOCK2 DATA5 +5V3 RESETPC机键盘机键盘系统板系统板80488255A8259ALS322串串并并转转换换器器键键盘盘阵阵列列按键按键选通选通PC机键盘的工作原理机键盘的工作原理PC机键盘的工作过程机键盘的工作过程n键盘电路正常工作时不断地扫描键盘矩阵键盘电路正常工作时不断地扫描键盘矩阵n有按键,则确定按键位置之后以串行数据有按键,则确定按键位置之后以串行数据形式发送给系统板键盘接口电路形式发送给系统板键盘接口电路n键按下时,发送该键的接通扫描码键按下时,发送该键的接通扫描码n键松开时,发送该键的断开扫描码键松开时,发送该键的断开扫描
5、码n若一直按住某键,则以拍发速率(每秒若一直按住某键,则以拍发速率(每秒230次)连续发送该键的接通扫描码次)连续发送该键的接通扫描码n接通接通扫描码扫描码反映该键在键盘上的位置反映该键在键盘上的位置n断开扫描码(接通扫描码最高位置断开扫描码(接通扫描码最高位置1)n=接通扫描码接通扫描码80H 模拟量模拟量D/A传感器传感器执行元件执行元件A/D数字量数字量数字量数字量模拟量模拟量模拟量输入模拟量输入(数据采集数据采集)模拟量输出模拟量输出(过程控制过程控制)计算机计算机10.2 D/A 转换器转换器模拟量模拟量I/O通道的组成通道的组成模拟接口电路的任务模拟接口电路的任务模拟电路的任务模拟
6、电路的任务0010110110101100工工业业生生产产过过程程传传感感器器放大放大滤波滤波多路转换多路转换&采样保持采样保持A/D转换转换放大放大驱动驱动D/A转换转换输出输出接口接口微微型型计计算算机机执行执行机构机构输入输入接口接口物理量物理量变换变换信号信号处理处理信号信号变换变换I/O接口接口输入通道输入通道输出通道输出通道10.2.1 D/A转换器概述转换器概述nD/A变换器的基本工作原理变换器的基本工作原理n组成:模拟开关、组成:模拟开关、电阻网络电阻网络、运算放大器、运算放大器 n两种电阻网络:权电阻网络、两种电阻网络:权电阻网络、R-2R梯形电阻网络梯形电阻网络n基本结构如
7、图:基本结构如图:VrefRf 模拟开关模拟开关电阻网络电阻网络VO数字量数字量D/A变换原理变换原理 n运放的放大倍数足够大时,输出电压运放的放大倍数足够大时,输出电压Vo与输与输入电压入电压Vin的关系为:的关系为:式中:式中:Rf 为反馈电阻为反馈电阻 R 为输入电阻为输入电阻 VinRf VoR n若输入端有若输入端有n个支路个支路,则输出电压则输出电压VO与输入与输入电压电压Vi的关系为:的关系为:VinRf VOR1式中:式中:Ri 为第为第i支路的支路的输入电阻输入电阻Rnn令每个支路的输入电阻为令每个支路的输入电阻为2iRf,并令并令Vin为为一基准电压一基准电压Vref,则有
8、,则有n如果每个支路由一个开关如果每个支路由一个开关Si控制,控制,Si=1表表示示Si合上,合上,Si=0表示表示Si断开,则上式变换为断开,则上式变换为 若若Si=1,该项对该项对VO有贡献有贡献若若Si=0,该项对该项对VO无贡献无贡献2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRf VOS1S2S3S4S5S6S7S8与上式相对应的电路如下与上式相对应的电路如下(图中图中n=8)n图中的电阻网络就称为图中的电阻网络就称为权电阻网络权电阻网络R-2R梯形电阻网络梯形电阻网络10.2.2 典型典型D/A转换器转换器nDAC0832n特性:特性:n8位电流输出型位电流输出型D/A转
9、换器转换器nT型电阻网络型电阻网络n差动输出差动输出DAC0832内部结构内部结构引脚功能引脚功能nD7D0:输入数据线:输入数据线nILE:输入锁存允许:输入锁存允许nCS#:片选信号:片选信号 用于把数据写入到输入锁存器用于把数据写入到输入锁存器nWR1#:写输入锁存器:写输入锁存器 nWR2#:写:写DAC寄存器寄存器nXFER#:允许输入锁存器的数据传送到:允许输入锁存器的数据传送到DAC寄存器寄存器 上述二个信号用于启动转换上述二个信号用于启动转换nVREF:参考电压,:参考电压,-10V+10V,一般为,一般为+5V或或+10VnIOUT1、IOUT2:D/A转换差动电流输出,接运
10、放的输入转换差动电流输出,接运放的输入nRfb:内部反馈电阻引脚,接运放输出:内部反馈电阻引脚,接运放输出nAGND、DGND:模拟地和数字地:模拟地和数字地 工作时序工作时序nD/A转换可分为两个阶段:转换可分为两个阶段:CS#=0、WR1#=0、ILE=1,使输入数据锁存到输入寄存器,使输入数据锁存到输入寄存器WR2#=0、XFER#=0,数据送到,数据送到DAC寄存器,并开始转换寄存器,并开始转换写输入写输入寄存器寄存器写写DAC寄存器寄存器工作模式工作模式n单缓冲模式单缓冲模式n双缓冲模式双缓冲模式DAC0832的接口设计的接口设计-单缓冲方式单缓冲方式1.使数据输入寄存器工作在锁存状
11、态,使数据输入寄存器工作在锁存状态,DAC寄存器工寄存器工作在不锁存状态作在不锁存状态(LE2始终有效,始终有效,DAC寄存器直通)。寄存器直通)。只使用一级缓冲。适用于大多数情况只使用一级缓冲。适用于大多数情况.单缓冲模式单缓冲模式n使输入锁存器或使输入锁存器或DAC寄存器二者之一处于直寄存器二者之一处于直通,即芯片只占用一个端口地址。通,即芯片只占用一个端口地址。nCPU只需一次写入即开始转换。写入数据的只需一次写入即开始转换。写入数据的程序为:程序为:MOV DX,PORT MOV AL,DATA OUT DX,AL双缓冲模式双缓冲模式(标准模式标准模式)n对输入寄存器和对输入寄存器和D
12、AC寄存器均需控制;寄存器均需控制;n当输入寄存器控制信号有效时,数据写入输入寄当输入寄存器控制信号有效时,数据写入输入寄存器中;再在存器中;再在DAC寄存器控制信号有效时,数据寄存器控制信号有效时,数据才写入才写入DAC寄存器,并启动变换;寄存器,并启动变换;n此时芯片占用两个端口地址;此时芯片占用两个端口地址;n优点:数据接收与优点:数据接收与D/A转换可异步进行;转换可异步进行;可实现多个可实现多个DAC同步转换输出同步转换输出n特点:特点:分时写入、同步转换分时写入、同步转换双缓冲方式双缓冲方式同步转换举例同步转换举例A10-A0译码器译码器0832-10832-2port1port2
13、port3双缓冲模式的数据写入程序MOV AL,data MOV DX,port1 0832-1的输入寄存器地址的输入寄存器地址OUT DX,ALMOV DX,port2 0832-2的输入寄存器地址的输入寄存器地址OUT DX,AL MOV DX,port3 DAC寄存器地址寄存器地址OUT DX,AL HLTD/A转换器的应用转换器的应用n函数发生器函数发生器n只要往只要往D/A转换器写入按规律变化的数据,即可转换器写入按规律变化的数据,即可在输出端获得正弦波、三角波、锯齿波、方波、在输出端获得正弦波、三角波、锯齿波、方波、阶梯波、梯形波等函数波形。阶梯波、梯形波等函数波形。n直流电机的转
14、速控制直流电机的转速控制n用不同的数值产生不同的电压,控制电机的转速用不同的数值产生不同的电压,控制电机的转速n其他需要用电压其他需要用电压/电流来进行控制的场合电流来进行控制的场合 10.3 模模/数(数(A/D)转换器)转换器n用途用途n将连续变化的模拟信号转换为数字信号,以便将连续变化的模拟信号转换为数字信号,以便于计算机进行处理。于计算机进行处理。n常用于数据采集系统或数字化声音。常用于数据采集系统或数字化声音。采样:采样:采样:采样:把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。把时间连续变化的信号变换为
15、时间离散的信号。保持:保持:保持:保持:保持采样信号保持采样信号保持采样信号保持采样信号,使有充分时间转换为数字信号。使有充分时间转换为数字信号。使有充分时间转换为数字信号。使有充分时间转换为数字信号。量化:量化:量化:量化:把采样保持电路的输出信号用单位量化电压的把采样保持电路的输出信号用单位量化电压的把采样保持电路的输出信号用单位量化电压的把采样保持电路的输出信号用单位量化电压的 整数倍表示。整数倍表示。整数倍表示。整数倍表示。编码:编码:编码:编码:把量化的结果用二进制代码表示。把量化的结果用二进制代码表示。把量化的结果用二进制代码表示。把量化的结果用二进制代码表示。A/D 转换的一般步
16、骤转换的一般步骤 uI(t)C量化量化编码编码电路电路Dn-1D1D0uI(t)S采样保持电路采样保持电路输入模拟量输入模拟量输入模拟量输入模拟量输出数字量输出数字量输出数字量输出数字量1)采样和保持采样和保持n采样采样n将一个时间上连续变化的模拟量转为时间上断续变化的将一个时间上连续变化的模拟量转为时间上断续变化的(离散的)模拟量。(离散的)模拟量。n或:把一个时间上连续变化的模拟量转换为一个脉冲串,或:把一个时间上连续变化的模拟量转换为一个脉冲串,脉冲的幅度取决于输入模拟量。脉冲的幅度取决于输入模拟量。n保持保持n将采样得到的模拟量值保持下来,使之等于采样控制脉将采样得到的模拟量值保持下来
17、,使之等于采样控制脉冲存在的最后瞬间的采样值。冲存在的最后瞬间的采样值。n目的:目的:A/D转换期间保持采样值恒定不变。转换期间保持采样值恒定不变。n对于慢速变化的信号,可省略采样保持电路对于慢速变化的信号,可省略采样保持电路采样保持电路(采样保持电路(S/H)n由由MOS管采样开关管采样开关T、保持电容保持电容Ch和运放构成的跟随器三和运放构成的跟随器三部分组成。部分组成。n采样控制信号采样控制信号S(t)=1时,时,T导通,导通,Vin向向Ch充电,充电,Vc和和Vout跟跟踪踪Vin变化,即对变化,即对Vin采样。采样。S(t)=0时,时,T截止,截止,Vout将保持前一将保持前一瞬间采
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