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计算机控制系统电子课件3.1独立式键盘接口设计3.1.1键盘的特点及确认•键盘是计算机控制系统中不可缺少的输入设备，它是对话的纽带，它能实现向计算机输入数据、传送命令•1．键盘的特点键盘实际上是一组按键开关的组合。通常，按键所用为机械弹性开

关，均利用了机械触点的合、断作用。按键开关通过机械触点的断开、闭合过程，其波形如所示。键按下键闭合前沿抖动后沿抖动图3-1按键抖动波形第2页/共42页•按键的稳定闭合期长短则是由操作人员的按键动作决一般为零点几秒

到几秒的时间。•2．按键的确认•一个按键的电路如图3-2所示。当按键S按下时，VA=低电平；当按键S未按下时，VA=1，为高电平。反之VA=0时，表示按键S按下；当VA=1时，表示按键S未•键的闭合与否，反应在电压上就是呈现出高电平或低如果高电平表示断开的话，那么低电平则表示闭合，通过电

平的高低状态的检测，便可确认按键按下与否图3-2按键电路+5VVA10kΩS第3页/共42页•3．消除按键的抖动•消除按键抖动的方法有两种：硬件方法和软件方法。（1）硬件方法•采用RC滤波消抖电路或RS双稳态

消抖电路。（2）软件方法•如果按键较多，硬件消抖将无法胜任，因此，常采用方法进行消抖。•独立式按键就是各按键相互独立，每个按键各接一根，一根输入线上的按键工作状态不会影响其它输入线作状态。因此，通过检测输入线的电平

状态可以很容哪个按键被按下了。•独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。但每个按用一根输入口线，在按键数量较多时，输入口浪费大3.1.2独立式按键扩展实例第4页/共42页结构显得很复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作较

高的场合。•1．采用可编程并行接口•采用8255A可编程并行输入输出接口扩展独立式按键路如图3-3所示。图3-3采用8255A扩展独立式按键10kΩ×8S1S2S3S4S5S6S7S8PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7+5V

8255A第5页/共42页•当某一键按下时，对应位为0，用位检测可以识别按作状态。•2．采用三态缓冲器•采用74HC245三态缓冲器扩展独立式按键的电路如图示。图3-4采用74HC245扩展独立式按键D0D1D2D3D4D5D6D7KEYCS74HC2451A1B2A2B3A3

B4A4B5A5B6A6B7A7B8A8BGDIRS1S2S3S4S5S6S7S8+5V10kΩ×8第6页/共42页•在图3-4中，KEYCS为读键值口地址。按键S1~S8的键00H~07H，如果这八个按键均为功能键，为简化程序，可采用散转程序设计方

法。•假设背景机为MCS51及其兼容单片微控制器，则程序如下：KEYPR：MOVDPTR，#JPTAB；跳转首地址送DPTRMOVA，KEYBUF；从键值缓冲区KEYBUF中取键值MOVB，AADDA，BADDA，B；键值乘3JMP@A+DPTR；转到相应地址JMTAB：LJM

PS1PR；转S1功能处理程序LJMPS2PR；转S2功能处理程序LJMPS3PR；转S3功能处理程序LJMPS4PR；转S4功能处理程序LJMPS5PR；转S5功能处理程序LJMPS6PR；转S6功能处理程序LJMPS7

PR；转S7功能处理程序LJMPS8PR；转S8功能处理程序第7页/共42页3.2矩阵式键盘接口设计•矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合，它由行线和组成，按键位于行、列的交叉点上。如图3-5所示，4×4的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘明显，在按键数量

较多的场合，矩阵键盘与独立式按盘相比，要节省很多的I/O口。图3-5矩阵式键盘结构10kΩ+5V01231456728910113121314154123410kΩ10kΩ10kΩ第8页/共42页•按键设置在行、列线交点上，

行、列线分别连接到关的两端，行线通过上拉电阻接到+5V上。平时无按时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行状态将由与此行线相连的列线电平决定。列线电平低，则行线电平为低；列线电平如果为高，则行线为高。•矩阵式键盘结构如图

3-5所示。•矩阵键盘按键的识别方法，此方法分两步进行：第一步，识别键盘有无键被按下；第二步，如果有键被按下，识别出具体的按键。•识别键盘有无键被按下的方法是：让所有行线均置为，检查各列线电平是否有变化，如

果有变化，则说明被按下，如果没有变化，则说明无键被按下。（实际时应考虑按键抖动的影响，通常总是采用软件延时的进行消抖处理。）3.2.1矩阵键盘工作原理3.2.2按键的识别方法第9页/共42页•识别具体按键的方法是（亦称之为扫描法）：逐行置，其

余各行置为高电平，检查各列线电平的变化，如平由高电平变为零电平，则可确定此行此列交叉点处被按下。•对于独立式按键键盘，由于按键的数目较少，可根据要灵活编码。•对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号唯一确定分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成符

，高4位是行号，低4位是列号，这将是非常直观的12H表示第1行第2列的按键，而A3H则表示第10行第按键等等。3.2.3键盘的编码第10页/共42页3.3显示技术的发展及其特点3.3.1显示技术的发展•20世纪是信息大爆炸的

时代。1960~1990年信息的平长率为20%，到2020年将达到每两个半月翻一番的惊度。大量的信息通过“信息高速公路”传送着，要将信息传送给人们必然要有一个下载的工具，即接口的。•研究表明，在人们经各种感觉器官从外界获得的信息视觉占60%，听觉占20%，

触觉占15%，味觉占3%，占2%。可见，近2/3的信息是通过眼睛获得的。所以示成为信息显示中的最重要的方式。•进入20世纪以来，显示技术作为人机联系和信息展示口已应用于娱乐、工业、军事、交通、教育、航空航卫星遥感和医疗等各个方面，显示产业已经成为电子工业的一大支柱产业。在我

国，显示技术及相关产业品占信息产业总产值的45%左右。第11页/共42页•电子显示器可分为主动发光型和非主动发光型两大类是利用信息来调制各像素的发光亮度和颜色，进行直；后者本身不发光，而是利用信息调制外

光源而使其示的目的。•显示器件的分类有各种方式，按显示内容、形状可分、字符、轨迹、图表、图形和图像显示器；按所用显可分为固体（晶体和非晶体）、液体、气体、等离子晶体显示器。•但是最常见的是按显示原理分类，其主要类型有：发光二极管（LED）显示液晶显示（LCD）阴极射线管（CRT）显

示等离子显示板（PDP）显示电致发光显示（ELD）第12页/共42页有机发光二极管（OLED）显示真空荧光管显示（VFD）场发射显示（FED）只有LCD是非主动发光显示，其它皆为主动发光显示3.3.2显示器件的主要参数•1．亮度亮度（L）的单位是坎德拉每平方米（cd/m2）。对画度的要

求与环境光强度有关，例如，在电影院中，电度有30~45cd/m2就可以了；在室内看电视，要求显示面亮度应大于70cd/m2；在室外观看则要求画面亮度300cd/m2。所以对高质量显示器亮度的要求应为300左右。

•2．对比度和灰度对比度（C）是指画面上最大亮度（Lmax）和最小亮第13页/共42页（Lmin）之比，即：•3．分辨力•分辨力是指能够分辨出电视图像的最小细节的能力，眼观察图像清晰程度的标志，通常用屏面上能够分辨明暗交替线条的总数来表示，而对于用矩阵显示的平示器常用电极线数目表示其分辨力。•

4．响应时间和余辉时间•响应时间是指从施加电压到出现图像显示的时间，又升时间。从切断电源到图像显示消失的时间称为下降，又称余辉时间。•5．显示色•发光型显示器件发光的颜色和非发光型显示器件透射射光的颜色称作显示色。显示色分为黑白、单色、多全

色四大类。maxminLCL第14页/共42页•6．发光效率•发光效率是发光型显示器件所发出的光通量与器件所功率之比，单位为流明每瓦（lm/W）。•7．工作电压与消耗电流•驱动显示器件所施加的电压为工作电压（V），流过称为消耗电流（A）。工作电

压与消耗电流的乘积就器件的消耗功率。外加电压有交流电压与直流电压之如LCD必须用交流供电，而OLED、LED等则用直流•在计算机控制系统中，常用的显示器有：发光二极管）显示器，液晶显示器（LCD），阴极射线管（C

R器。根据不同的应用场合及需要，选择不同的显示器第15页/共42页3.4LED显示器接口设计•发光二极管（LightEmittingDiode,LED）是一种电—换型器件，是PN结结构。在PN结上加正向电压，产注入，少子在传输过程中不断扩散，不断复合而发光变

所采用的半导体材料，就能得到不同波长的发光颜•Losev于1923年发现了SiC中偶然形成的PN结中的发光。•早期开发的为普通型LED，是中、低亮度的红、橙、绿LED，已获广泛使用。近期开发的为新型LED是指LED和高亮度、超高亮度LED。•LED的主要优点：主动发光，一般产品亮度>1cd

/m2，高的可达10cd/m工作电压低，约为2V；第16页/共42页由于是正向偏置工作，因此性能稳定，工作温度范围寿命长(105h)；响应速度快。对于直接复合型材料为16~160MHz；对接复合材料为105~106Hz；尺寸小。一般LED的

PN结芯片面积为0.3mm2。用于通LED芯片面积只有发可见光的LED芯片面积的1/50。•LED的主要缺点是电流大，功耗大。•LED数码显示器是由发光二极管组成的，分为共阴极阳极两种，其结构如图3-7所示。•图3-7a为共阴极接法，

图3-7b为共阳极接法。•LED数码显示器的外形图如图3-8所示。3.4.1LED显示器的结构第17页/共42页COMCOM图3-7LED显示器结构图gabcdefdp图3-8LED显示器外形图abcdefgdpabcdefg第18页/共42页•在图3-8中，每一段与数据线的对

应关系如下。•共阴极和共阳极LED数码显示器的字模如表3-2所示。数据线：D7D6D5D4D3D2D1DLED段：dpgfedcb显示字符共阳极共阴极显示字符共阳极共阴极0C0H3FHb83H7CH1F9H06HcC6H39H2A4H5BHdA1H5EH3

B0H4FHE86H79H499H66HF8EH71H592H6DHp8CH73H682H7DHUC1H3EH7F8H07HY91H31H880H7FHH89H6EH990H6FHLC7H76HA88H77H“灭”FFH00H表3-2LED显示器字模表第19页/共4

2页•3.4.2LED显示器的扫描方式LED显示器为电流型器件，有两种显示扫描方式。•1．静态显示扫描方式（1）显示电路•每一位LED显示器占用一个控制电路，如图3-9所示。图3-9静态扫描显示a～g、dpa～g、dpa～

g、dpDBCS0CS1…CSn…驱动器译码器锁存器驱动器译码器锁存器驱动器译码器锁存器第20页/共42页（2）程序设计•被显示的数据（一位BCD码或字模）写入相应口地址CS0~CSn）。•2．动态显示扫描方式（1）显示电路•所有LED显示器共用a~g、d

p段，如图3-10所示。图3-10动态扫描显示…a～g、dp段驱动器锁存器位驱动器锁存器···CS1CS0DB第21页/共42页（2）程序设计•以六位LED显示器为例，设计方法如下。①设置显示缓冲区，被显示的数放于对

应单元。②设置显示位数计数器DISPCNT，表示现在显示哪DISPCNT初值为00H，表示在最低位。每更新一位显容加1，当加到06H时，回到初值00H。③设置位驱动计数器DRVCNT初值为01H，对应最低位。某位为0，禁止显示；某位为1，允许显示。DIS

PBF+0低位+1+2+3+4+5高位第22页/共42页④确定口地址段驱动口地址：CS0位驱动口地址：CS1⑤建立字模表SEGTB：DB3FH；0DB06H；1DB5BH；2DB4FH；3DB66

H；4DB6DH；5DB7DH；6DB07H；7DB7FH；8DB6FH；9DB77H；ADB7CH；BDB39H；CDB5EH；DDB79H；EDB71H；F第23页/共42页⑥显示程序流程图显示程序流程图如图3-11所示。关显

示根据DISPCNT的内容从DISPBF开始的单元中取被显示的数从SEGTB中查表取字模送CS0口位驱动计数器DRVCNT内容送CS1口位驱动计数器DRVCNT内容左移一位显示位数计数器DISPCNT内容加1(DISPCNT)=00

H(DRVCNT)=01HRETYN（DISPCNT）=06H?图3-11显示程序流程图第24页/共42页3.5段型LCD显示器接口设计3.5.1LCD的发展过程•1888年奥地利植物学家F.Reinetzer首先观察到液晶现•它在测定有机物熔点时，发现某些有机物熔化后会经不透明浑浊

的液态阶段，继续加热，才成为透明的各液态。•1889年，德国物理学家O.Lehmann观察到同样的现象现呈浑浊状液体的中间具有和晶体相似的性质，故称晶”。这是世界上首次被发现的一种热致液晶：胆甾酸脂，在60±15℃的温度下呈乳白色粘状液体。由于件所限

，当时并没有引起很大重视，只是把液晶用在温度的指示器上。•现在，液晶已形成一个独立的学科。液晶知识涉及多，如化学、电子学、光学、计算机、微电子、精细加度学、照明等。第25页/共42页•要全面、深入了解液晶显示器件必须对上述提及的领一定的了解。•1．

液晶显示的优点（1）低压、微功耗•极低的工作电压，只要2~3V，工作电流只有几个微功耗只有10-6~10-5W/cm2。这是任何别的显示器件做的。（2）平板结构•液晶显示器的基本结构是两片导电玻璃，中间灌有液薄形盒。（3）被动显示型•液晶本身不发

光，靠调制外界光达到显示目的，即依外界光的不同反射和透射形成不同对比度来达到显示。（4）显示信息量大3.5.2LCD的特点第26页/共42页•液晶显示中，各像素之间不用采取隔离措施或预留隔所以在同样显示窗口面积内可容纳更多的像素

，利于清晰度电视。（5）易于彩色化•一般液晶为无色，所以可采用滤色膜很容易实现彩色所能重视的彩色可与CRT显示器相媲美。（6）长寿命•只要液晶的配套件不损坏，液晶本身由于电压低，工小，所以几乎不会劣化，寿命很

长。（7）无辐射、无污染•CRT显示中有X射线辐射，PDP显示中有高频电磁辐液晶显示中不会出现这类问题。第27页/共42页•2．液晶显示的缺点（1）显示视角小•由于大部分液晶显示的原理依靠液晶分子的各向异性不同方向的入射光、反射率是不一样的，所以视角较

只有30º~40º，随着视角的变大，对比度迅速变坏。（2）响应速度慢•液晶显示大多是依靠在外加电场的作用下，液晶分子列发生变化，所以响应速度受材料的粘滞度影响很大般均为100~200ms。（3）非主动发光，暗时看不清第28页/共42页•液

晶是一种介于流体与固体之间的热力学的中间稳定其特点是在一定的温度范围内既有液体的流动性和连，又有晶体的各向异性，其分子呈长棒形，长宽之比，分子不能弯曲，是一个刚性体，中心一般有一个桥分子两头有极性。•LCD器件的结构如图3-12所示。3.5

.3LCD的基本结构及工作原理下偏振片封接剂下电级基板（背)反射板..上电级基板（正）上偏振片电极液晶材料图3-12液晶显示器基本构造第29页/共42页•由于液晶的四壁效应，在定向膜的作用下，液晶分子、背玻璃电极上呈水平排列，但排列方向互为正交，璃间的分子呈连续扭转过渡，这样的构造能使液晶对生

旋光作用，使光的偏振方向旋转90º。•图3-13显示了液晶显示器的工作过程。•当外部光线通过上偏振片后形成偏振光，偏振方向成方向，当此偏振光通过液晶材料之后，被旋转90º，偏向成水平方向，此方向与下偏振片的偏振方向一致，此光线能完全穿过下偏振片而到达反射板，经反射后路返回，从而呈现出来

透明状态。•当在液晶盒的上、下电极加上一定的电压后，电极部液晶分子转成垂直排列，从而失去旋光性。因此，从振片入射的偏振光不被旋转，当此偏振光到达下偏振，因其偏振方向与下偏振片的偏振方向垂直，因而被振片吸收

，无法到达反射板形成反射，所以呈现出黑•根据需要，将电极做成各种文字、数字或点阵，就可所需的各种显示。第30页/共42页光源上偏振片液晶盒下偏振片反射板图3-13液晶显示工作原理第31页/共42页3.5.4LCD的驱动方式•液晶显示

器的驱动方式由电极引线的选择方式确定，，在选择好液晶显示器之后，用户无法改变驱动方式•液晶显示器的驱动方式一般有静态驱动和时分割驱动。由于直流电压驱动LCD会使液晶体产生电解和电极，从而大大降低LCD的使用寿命，所以现用的驱动方属交流电压驱动。•1

．静态驱动方式•静态驱动回路及波形图如图3-14所示。•2．时分割驱动•当显示字段增多时，为减少引出线和驱动回路数，必用时分割驱动法。•时分割驱动方式通常采用电压平均化法，其占空比有1/8，1/16，1/32等等，偏压有1/2，1/3，1/4，1/5等。•液晶显示器除段形液晶显示器外，

还有点阵液晶显示可显示汉字、图形、曲线等。第32页/共42页V0A0V0B0V0V00-V0CA1=1LCDABC000011101110不显示显示图3-14静态驱动回路及波形C0A-CB第33页/共42页•随着计算机技术的普及，在20世纪90年代初，

出现了新的人机交互作用技术——触摸屏技术。利用触摸屏，用户只需要用手指轻轻触碰计算机显示屏上的图符字就能实现对主机的操作，摆脱了键盘和鼠标操作，机交互更为直截了当。•触摸屏作为一种较新的电脑输入设备，是目前最简单便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭面貌，是

极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏国的应用范围较为广泛，主要应用于公共信息的查询电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询，城头的信息查询，办公、军事指挥、电子游戏、点歌点多媒体教学、房地产预售等。将来，触摸屏还会走入。触摸屏在工业控制领域也得到了广

泛的应用。3.6触摸屏技术3.6.1触摸屏技术概述第34页/共42页•按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，触摸屏可为以下四类：电阻式、电容感应式、红外线式和表面式。•为操作方便，采用触摸屏代替鼠标或键盘。工作时，用手指或其它物体触摸触摸屏，然后系统根据手指触图标或菜单位置来定位选择信息输入。触

摸屏由触摸部件和触摸屏控制器组成。触摸检测部件安装在显示幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送至触摸屏器。而触摸屏控制器的主要作用就是从触摸点检测装接受触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU同时能接受CPU发来的命令并加以执行。•触摸屏的基本原理是用手指或其它物体触摸安装在显前端的触摸屏，所

触摸的位置（以坐标形式）由触摸制器检测，并通过接口（如RS-232串行口）送到CPU而确定输入的信息。3.6.2触摸屏的分类和工作原理第35页/共42页•电阻式触摸屏的工作原理。•电阻式触摸屏利用压力感应进行控制。电阻触摸屏的分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是层

复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，有一层透明氧化金属（透明的导电电阻）导电层，在间有许多细小的（小于）透明隔离点把两层导电层隔。•当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后将个信号送至触摸屏控制器。

控制器侦测到这一接触并（X，Y）的位置，然后根据模拟鼠标的方式进行操作第36页/共42页•在计算机控制系统中，打印机是重要的外设之一。随算机本身性能的不断完善和用户要求的提高，打印机正在往高速度、低噪声、字迹清晰美观、彩色化、图方向发展。•打印机的种类很多，从与计算机的接口方法上，可以并行

打印机和串行打印机；从打印方式上，有打击式机和非打击式打印机之分；从打印字符的形式上，有式和非点阵式之分。•并行打印机接口通常按Centronics标准定义插头插座Centronics标准中各引脚和信

号之间的对应关系如表。3.7打印机接口电路设计3.7.1标准Centronics接口第37页/共42页引脚号信号方向（对打印机）说明1STROBE入选通脉冲为低电平时，接收数据2DATA1入数据最低位3DATA2入4DATA3

入5DATA4入6DATA5入7DATA6入8DATA7入9DATA8入数据最高位10ACKNLG出低电平时，表示打印机准备接收11BUSY出高电平时，表示打印机不能接收12PE出高电平时，表示无打印纸13SLCT出高电平时，指出打印机能工作1

4出低电平时，在打印一行后自动走15不用入表3-4Centronics标准AUTOFEEDXT第38页/共42页引脚号信号方向（对打印机）说明16逻辑地17机架地18不用19-30地31INIT入低电平时，打印机复位32ERRIOR出低电平时，表示出错33地34不用35不用3

6入通过4.7kΩ电阻接5V低电平时，打印机才能接收数据表3-4Centronics标准（续）SLCTIN第39页/共42页•在计算机控制系统中，常用的有并行和串行接口的针印机，下面介绍并行打印机与计算机的接口。•并行打印机与计算机的接口如图3-16所示。3.7

.2应用实例74HC123D0D1D2D3D4D5D6D774HC321/474HC2451000pF74HC273CLKCLR1D1Q2D2Q3D3Q4D4Q5D5Q6D6Q7D7Q8D8Q2kΩ+5V1A1B2A2B3A3B4

A4BGDIR+5VSTBDATA1DATA2DATA3DATA4DATA5DATA6DATA7DATA8+5V≥1WRPRTCS74HC321/4≥1RDPRTCS+5V并行打印机CLRRCCBAQBUSYACKSELERR

GND图3-16并行打印机与计算机的接口第40页/共42页•在图3-16中，PRTCS为打印机扩展口地址，由CPU地译码得到，写控制信号、读控制信号可以接CPU对应制信号，74HC123单稳态触发器可以展宽写控制信号到写选通信号的宽度要求。•如果不考虑、SEL和信号，只考虑BUSY信号，程序为

简单。•假设背景机选用AT89C52，则输出一字节数据的程序如下：PRINT：MOVDPTR，#PRTCSMOVXA，@DPTR；读打印机状态ANDA，#01H；BUSY=1？JNZPRINT；BUSY=1，等MOVDPTR，#PRTCS；BU

SY=0，不MOVA，#DATA；输出一数据MOVX@DPTR，ARET第41页/共42页感谢观看！第42页/共42页