人机接口实用.pptx
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1、会计学1人机接口实用人机接口实用智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第第第8 8章章章章 人机接口人机接口人机接口人机接口 人人机机接接口口是是由由智智能能仪仪器器或或电电子子系系统统与与操操作作人人员员进进行行信信息息交交流流的的相相关关硬硬件件和和软软件组成件组成,其硬件包括输入输出设备其硬件包括输入输出设备。人人机机接接口口硬硬件件输出设备:电子系统向操作者输出设备:电子系统向操作者发送信息发送信息 输入设备:操作者向电子系统输入设备:操作者向电子系统发送信息发送信息(发光二极管、数码管、CRT、液晶屏、打印机和扬声器等)(按钮、键盘、鼠标、触摸屏
2、、话筒和摄像头等)第1页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第第第8 8章章章章 人机接口人机接口人机接口人机接口8.18.1 显示部件显示部件8.1.1 8.1.1 发光二极管发光二极管 发光二极管(简称LED)属于半导体二极管中的一种。发光二极管与普通二极管一样,只有一个单向导电的PN结,不同的是这种二极管有正向电流通过时就发光,即能把电能转换成光能。第2页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口 上图为发光二极管的电路符号及外形,发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快
3、以及寿命长等特点。发光二极管被广泛用于种电子仪器和电子设备中,可作为电源指示灯、电平指示或微光源之用。红外发光管常被用于电视机、录像机等的遥控器中。第3页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口发光二极管的特性参数发光二极管的特性参数 允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值,超过此值,LED发热、损坏。最大正向直流电流:允许加的最大的正向直流电流,一般为2mA20mA。最大反向电压:所允许加的最大反向电压,超过此值,发光二极管可能被击穿损坏。工作环境:发光二极管可正常工作的温度范围。超出此范围,发光二极管将不能正常工作,效率
4、大大降低。正向工作电流:它是指发光二极管正常发光时的正向电流值,一般为5mA10mA。正向工作电压VF:参数表中给出的工作电压是在给定正向电流下得到的。其正向工作电压一般为1.43V。第4页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口发光二极管的分类发光二极管的分类 按发光颜色分:可分成红色、橙色、绿色、蓝色等,有的发光二极管内包含二种或三种颜色的芯片。根据出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色分可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种。按出光面特征分:可分为圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管等。按结构分:可分为全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封
5、装及玻璃封装等结构。按发光强度和工作电流分:有普通亮度LED(发光强度100mcd);高亮度发光二极管(发光强度在10100mcd间)。第5页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口发光二极管的选用发光二极管的选用 由于发光二极管的颜色、尺寸、形状、发光强度及透明情况等不同,所以使用发光二极管时应根据实际需要进行恰当选择。使用时,应保证发光二极管不超过最大正向电流、最大反向电压的限制。为安全起见,串接一个限流电阻,实际最大正向电流取10mA以下。第6页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口(4)发光二极管的驱动电路)
6、发光二极管的驱动电路 如图8-1所示,驱动端口P1.7输出低电平时LED亮,高电平时LED灭。限流电阻R 的阻值由试验决定,在保证亮度的前提下取大一些,通常为150 1 K。LED的驱动程序设计:首先定义驱动端口和设备运行标志,经简单处理后将指令输出到驱动端即可。LED的闪烁是通过使用时钟系统的信息来实现的,首先从时钟单元中取0.01s单元数据,在1s之内,时钟单元的内容从00H变化到99H,其ACC.6位有一次从0到1的变化,用它来控制LED,就可以产生每秒闪烁一次的效果。第7页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口8.1.2 数码管数码管 数码管亦称
7、LED显示器。通过发光二极管芯片的适当连接(包括串联和并联)和适当的光学结构,可构成发光显示器的发光段或发光点。由这些发光段或发光点即组成数码管。第8页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口 基本的数码管是由七个条状发光二极管芯片加上小数点按一定方式排列而成的,可实现09的显示。其具体结构如下左图所示,右图为显示的具体字形。第9页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口 数码管有共阴极和共阳极两种类型,公共端用来进行位控制,笔画端用来进行字符控制,在不同的笔型码驱动下显示不同的字符。共阳方式共阳方式是笔画显示器各段发
8、光二极管的阳极(即P区)是公共的,而阴极互相隔离。共阴方式共阴方式是笔画显示器各段发光二极管的阴极(即N区)是公共的,而阳极互相隔离。第10页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口共阳极、共阴极数码管的电路图第11页/共117页第三章数字输出电路中对第三章数字输出电路中对第三章数字输出电路中对第三章数字输出电路中对LEDLED的驱动是的驱动是的驱动是的驱动是?现在已有专用数码管驱动芯片现在已有专用数码管驱动芯片现在已有专用数码管驱动芯片现在已有专用数码管驱动芯片,比如比如比如比如MAX7219MAX7219 MAX7219是一个高性能的多位LED显示驱动
9、器,可同时驱动8位共阴极LED或64个独立的LED。主要包括移位寄存器、控制寄存器、译码器、数位与段驱动器以及亮度调节和多路扫描电路等。MAX7219采用串行接口方式,只需LOAD、DIN、CLK三个管脚便可实现数据传送。DIN管脚上的16位串行数据包不受LOAD状态的影响,在每个CLK的上升沿被移入到内部16位移位寄存器中。然后,在LOAD的上升沿数据被锁存到数字或控制寄存器中。LOAD必须在第16个时钟上降沿或之后,但在下一个时钟上升沿之前变高,否则数据将会丢失。DIN端的数据通过移位寄存器传送,并在16.5个时钟周期后出现在DOUT端,随CLK的下降沿输出。第12页/共117页管脚配置管
10、脚配置:第13页/共117页第14页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口5位位LED数码管的串行驱动电路设计数码管的串行驱动电路设计 书中图8-2就是5位LED数码管的串行驱动电路,单片机通过P3.0和P3.1端口来驱动5段数码管的,74LS164是串行输入并行输出移位寄存器,起数据缓冲作用,用来存放5位显示内容。第15页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口图8-2 5位LED数码管的串行驱动电路第16页/共117页74LS164串行输入并行输出移位寄存器串行输入并行输出移位寄存器引脚功能及逻辑图引脚功能及逻辑
11、图第17页/共117页LED显示中的几个问题显示中的几个问题:为了控制小数点的显示,在笔型码设计时,暂不考虑小数点而另外开辟一个小数点控制单元XSDS,对共阳数码管,应将其取“反”后拼入笔型码中。为方便讨论,我们假设各位具有相同的笔型码,且小数点均安排在笔型码的D3位。当显示内容为0FH时,对应的笔型码为0FFH,使对应数码管熄灭。见书上相关程序一一.小数点显示小数点显示第18页/共117页n n整数高位灭零显示处理规则:整数部分从高位到低位的连续零均不显示,从遇到的第一个非零数值开始均要显示,但从个位开始必须显示 见书上相关程序二二二二.整数高位灭零控制整数高位灭零控制整数高位灭零控制整数高
12、位灭零控制第19页/共117页三三.闪烁控制闪烁控制 闪烁显示方式有两种,一种是全闪,即整个内容行闪烁,多用于进行异常状态的提示;另一种是单字闪烁,多用于进行定位指示。进行闪烁处理的基本方法是:一段时间正常显示,一段时间熄灭显示,互相交替就产生了 闪烁效果。一般每秒闪烁12次,闪烁速度可以用系统时钟来控制。全闪和单字闪的主要区别就是单字闪要提供定位信息,即那一个字闪烁。见书上相关程序第20页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口8.1.3 8.1.3 液晶显示屏液晶显示屏 液晶显示器液晶显示器简称LCD(Liquid Crystal Display),它
13、是将液晶材料夹在2片具有导电性电极的玻璃板之间组成的,它的工作原理是利用液晶材料在控制信号电场作用下会改变分子排列从而产生光的散射或偏光作用来现显示目的。液晶显示器有很多种,比如液晶显示屏,液晶数码管等。第21页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口 传统的台式计算机的显示器是CRT(Cathode Ray Tube)阴极射线管显阴极射线管显示器示器,其工作原理是以阴极射线管为基础,采用光栅扫描技术,利用高速电子束不断扫描显示器的荧光屏来实现屏幕上的字符和图形的显示。第22页/共117页 CRT显示器的工作过程:CPU把要显示的内容存入显示缓冲存储器。在
14、CRT控制器作用下不断从缓冲存储器中读出已存入的信息,通过字符发生器转换成“点阵代码”。经移位寄存器变成串行打点信号,并与水平同步信号、垂直同步信号、消隐信号复合在一起,形成全电视信号,送往显示器。智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口第23页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口 液晶显示器是一种功耗极低的被动式显液晶显示器是一种功耗极低的被动式显示器件。示器件。相对数码管显示相对数码管显示其最大优点为:既可以显示数据,也可以显示文字和图形。相对于相对于CRT显示器显示器的优点在于工作电流比低,尺寸小,厚度薄,视觉舒服。第2
15、4页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口 液晶显示屏有智能型和普通型两种:液晶显示屏有智能型和普通型两种:智能型液晶显示屏智能型液晶显示屏具有一套类似于绘图仪和打印机的接口命令,显示内容的文字部分以文本形式输入显示屏即可,其中汉字以区位码方式传送,并且可以设置字体大小,显示位置等;显示内容的图形部分直接用绘图命令输入,可以指明图形类型和各种坐标参数,用户编程非常简单。普通型液晶显示屏普通型液晶显示屏由用户编程来实现全部显示功能,用户编程任务大,但价格比智能型液晶显示屏要低很多。第25页/共117页 显示缓冲区分为文本显示缓冲区与图形显示缓冲区,对于AS
16、C字符,传送到文本到显示缓冲区;对于图形,以点阵模式传送到图形显示缓冲区。对应显示内容,液晶显示屏有文本显示模式、图形显示模式和图文混合显示模式 3种显示模式。智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口1.图文混合显示的基本原理图文混合显示的基本原理第26页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口 液晶显示屏的功能相当于普通计算机中显卡+监视器的功能,工作过程如下:首先:在片外RAM中开辟一块映像缓冲区,在其中完成文本显示和图形绘制过程;然后:CPU通过专用命令将映像缓冲区中的制作好的显示内容进行高效的数据批量传送,将映像缓冲区的内
17、容复制到液晶显示屏内部的显示缓冲区中;最后:由显示屏内部的扫描与驱动部件完成显示任务。第27页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口第28页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口2.字符的显示字符的显示 以160128点阵显示屏为例,每字符点阵为88点,故全屏可显示2016=320个字符。则文本缓冲区存储量最少也要不320个字节,对应的片外RAM的大小也至少要大于320字节。则映像缓冲区内文本显示过程程序设计步骤如下:1)清屏操作:初始化映象缓冲区,将原有内容清除。主要指令:CLR,INC,DJNZ.第29页/共1
18、17页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口 2)显示字符串:从屏幕指定的位置开始显示指定的字符串。显示位置由两个坐标参数决定,可用TX表示列,取值范围为0TXMAX-1。纵坐标TY表示行,取值范围0MAX-1。主要指令:DATA,DB,LCCALL。输出字符串的方法是:先设定显示字符串的起始坐标,然后调用字符串输出程序,并将字符串的内容以“DB”形式附在调用语句后面(以0表示字符串结束),该字符串的起始地址将被调用,子程序语句作为返回地址压入堆栈。第30页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口 3)显示数据:从屏幕指定的位置
19、开始按指定的格式显示指定的数据。需要显示的数据必须进行一些预处理,将浮点数转换成为十进制数,并按预定的格式存放到工作寄存器中(应对于同一类数据编制一个子程序来进行预处理),就可以调用输出数据的子程序了。主要指令:ANL,JB,SJMP。第31页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口3.图形的显示图形的显示 在图形模式下,该液晶显示屏可以显示160X128个点,每一行的160个点对应缓冲区中的20字节。在一字节的8个位里,1对应一个显示出来的点,0对应一个不显示的点;且高位对应左边的点,低位对应右边的点。整个屏幕有128行,故图形显示缓冲区共有128X20
20、=2560字节。则图形显示的软件设计重点如下:第32页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口 1)清屏操作清屏操作:初始化映象缓冲区,将原有画面内容清除。软件和字符显示程序一致。2)画点子程序画点子程序:画点是做图的基础,斜线、函数曲线和实时测控系统中系统参数的动态变化曲线 都是用的画点方法来显示的。首先,根据给定点位置坐标参数计算出对应图形缓冲区中的哪一个字节里的哪一位;然后,将这一位置1完成了画一点的任务;假如画曲线,只要依次计算出各个点坐标,就可通过不断调用画点子程序将曲线画出来。第33页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章
21、 人机接口人机接口 画点时有两点注意画点时有两点注意:1)坐标问题:有的显示屏坐标原点定义在屏左上角,y轴朝下,在实际作图时如按习惯将坐标原点选定在左下角,且y轴朝上,则需进行坐标变换:yYMAX-y-1,式中y为习惯坐标值;2)计算坐标值的超范围问题:在曲线坐标计算算法中,必须进行计算结果的检查,使坐标值始终落在规定范围之内,如果超出范围,要进行保底或封顶处理;否则将把点画到屏幕外面去,破坏了图形映像缓冲区之外的RAM中数据,这是非常危险的。第34页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口3)画水平线画水平线:主要考虑画线效率问题。提高效率思路:提高效率
22、思路:水平线主要用来画表格横线和坐标轴,其长度远大于8个点,一定有若干个字节被完整占用,可以用“对整个字节赋值0FFH来完成一次画8个点的工作。高效率画法高效率画法:水平线由起点坐标和长度两个因数决定,将水平线起点坐标设置为8的整数倍(X/8),并将其长度(点数)也设置为8的整数倍,这时,整条水平线将由图形缓冲区中若干连续字节组成,所有操作将完全以字节为单位进行,效率达到最高。第35页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口3)画垂直线画垂直线:采用连续画点方法。由于水平方向8位构成一字节,而垂直方向不形成字节方式,故画垂直线时一般采用连续画点方案。由于各
23、点X坐标相同,其画点所需操作码也必然相同,故只要求出起点操作码,画其他点时可以直接使用指针指令完成垂直线画法。第36页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口4 汉字显示汉字显示 汉字显示是在图形模式下将汉字的点阵字模存放到图形映像缓冲区指定的区域之中,显示时直接调用就可以了。若所需汉字数目固定且有限,可以使用软件点阵字库。点阵字库中的字模数据可以从各种中文系统中获取,各个字库生成后,和程序一起编译,烧录到芯片的程序存储器里。若系统所需使用的汉字数目不固定(具有汉字输入功能),可以使用硬件点阵字库(专用字库芯片)。第37页/共117页智能仪器原理与设计智能
24、仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口液晶显示器件的使用注意事项:液晶显示器件的使用注意事项:液晶显示器件的使用注意事项:液晶显示器件的使用注意事项:n n避免施加直流电压避免施加直流电压n n液晶显示器只能用交流电压驱动。长时间施液晶显示器只能用交流电压驱动。长时间施加过大的直流成分,会发生电化学分解和电极老化,加过大的直流成分,会发生电化学分解和电极老化,从而缩短液晶显示器的使用寿命。从而缩短液晶显示器的使用寿命。n n避免施加过大的压力避免施加过大的压力n n液晶显示器的关键部位,是玻璃表面的定向液晶显示器的关键部位,是玻璃表面的定向层和其间定向排列的液晶层。如果在液晶显示器上层和
25、其间定向排列的液晶层。如果在液晶显示器上施加压力,会使玻璃变形,定向排列变乱,甚至会施加压力,会使玻璃变形,定向排列变乱,甚至会造成玻璃板破碎。造成玻璃板破碎。第38页/共117页智能仪器原理与设计智能仪器原理与设计-第第8章章 人机接口人机接口n n避免紫外线照射避免紫外线照射n n液晶及偏振片都是有机物,在紫外线照射下液晶及偏振片都是有机物,在紫外线照射下会产生光化学反映,在使用中应避免阳光直射。会产生光化学反映,在使用中应避免阳光直射。n n防止划伤、污染防止划伤、污染n n由于液晶显示器表面为塑料型偏振片,所以由于液晶显示器表面为塑料型偏振片,所以安装、使用中绝对避免硬物划伤、污染。安
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