第13章基本人機交互設(shè)備接口

1、接口與通訊技術(shù)武漢科技大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,第13章　基本人機交互設(shè)備接口,本章內(nèi)容13.1 鍵盤接口13.2 LED數(shù)碼顯示器接口13.3 可編程鍵盤/LED接口芯片82C79A13.4 打印機接口,13.1 鍵盤接口,13.1.1 鍵盤的類型1. 按鍵的種類——機械式、電容式、導(dǎo)電橡膠式、薄膜式2. 鍵盤的結(jié)構(gòu)線性鍵盤：每個按鍵直接與微機接口相連；按鍵少時適用矩陣鍵盤：可減少與微機接口的連線數(shù)目矩

2、陣鍵盤的識鍵和譯鍵方法——非編碼鍵盤、編碼鍵盤編碼鍵盤：內(nèi)部設(shè)有鍵盤編碼器，能識鍵、生成鍵碼、去抖動、防串鍵；硬件電路復(fù)雜非編碼鍵盤：只提供鍵盤矩陣，按鍵的識別、鍵碼的提供都由軟件來完成；結(jié)構(gòu)簡單，成本低,13.1.2 鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理——非編碼鍵盤,1. 線性鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理硬件接口：,13.1.2 鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理——非編碼鍵盤,1. 線性鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理軟件編程：①查詢是否有鍵按下②確定按下的鍵，執(zhí)行服務(wù)

3、例如：按下S0報警；按下S1解除報警；按下S2退出,線性鍵盤的匯編語言程序,MOV DX,303HMOV AL,90HOUT DX,AL;82C55A初始化KB:MOV DX,300HIN AL,DXAND AL,07HJZ KB;檢查3個鍵是否有鍵按下CALL DELAY;延時去抖動MOV DX,300HIN AL,DXAND AL,07HJZ KB;再次檢查是否按鍵

4、CMP AL,01HJZ BJ;按下S0CMP AL,02HJZ JBJ;按下S1CMP AL,04HJZ STP;按下S2JMP KBDELAY:延時子程序(略)BJ:報警處理(略)JBJ:解除報警處理(略)STP:MOV AX,4C00HINT 21H,13.1.2 鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理——非編碼鍵盤,2. 矩陣鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理行掃描方式：列線一端接輸入端口，另一端

5、接高電平；行線接輸出端口；輪流對行線輸出低電平，從列線讀掃描結(jié)果列掃描方式：行線一端接輸入端口，另一端接高電平；列線接輸出端口；輪流對列線輸出低電平，從行線讀掃描結(jié)果工作原理(以列掃描為例)：,13.1.3 鍵盤接口設(shè)計,例13.1 設(shè)計一個采用行掃描方式的3?4非編碼鍵盤接口硬件設(shè)計：采用82C55A作為接口芯片，PA輸出，PB輸入,行掃描方式3?4非 編碼鍵盤的軟件設(shè)計,行掃描方式識鍵和譯鍵的步驟：①判斷是否有鍵按下②去抖

6、動——延時10?20ms③找到被按下的鍵④根據(jù)鍵號進行處理,行掃描方式3?4非 編碼鍵盤查找按鍵的匯編程序,MOV DX,303HMOV AL,82HOUT DX,AL;82C55A初始化;檢查是否有鍵按下BEGIN:MOV DX,300HMOV AL,00HOUT DX,AL;令所有行線為0WAIT1:MOV DX,301HIN AL,DXAND AL,0FHCMP AL,0FH;讀

7、列線，判斷是否按鍵JZ WAIT1;無按鍵，等待MOV CX,7FFHL0:LOOP L0;延時去抖動;識別哪一個鍵被按下ST:MOV BL,3;設(shè)置行數(shù)MOV AH,4;設(shè)置列數(shù)MOV AL,0FEH;起始行掃描碼(0行開始)MOV CL,0FH;列線屏蔽碼(只查低4位)MOV CH,0FFH;起始鍵號(-1的補碼),L1:MOV DX,300HOUT DX,AL;掃描

8、一行ROL AL,1MOV AH,ALMOV DX,301HIN AL,DXAND AL,CLCMP AL,CL;是否有列線為0JNZ L2ADD CH,BH;無，修改鍵號指向改行末列鍵號MOV AL,AHDEC BL;行數(shù)減1JNZ L1JMP BEGINL2:INC CH;鍵號加1，指向本行首列鍵號RCR AL,1;右移1位，檢測一列JC L2MOV

9、 AL,CH;該列為0，鍵號送ALJMP KeyTable;轉(zhuǎn)去查找鍵盤編碼表，獲取鍵碼;或者直接轉(zhuǎn)向按鍵相應(yīng)的子程序去執(zhí)行相關(guān)操作,13.2 LED數(shù)碼顯示器接口,13.2.1 LED顯示器的結(jié)構(gòu)與工作原理,13.2 LED數(shù)碼顯示器接口,13.2.2 LED顯示器的字形碼(段碼)——采用不同的段進行組合來表示字符形狀的數(shù)據(jù),13.2.3 LED顯示器的顯示方式靜態(tài)顯示： 構(gòu)成字符的發(fā)光二極管總處于點亮狀態(tài)動態(tài)

10、顯示：用掃描方式使多位顯示器逐位輪流循環(huán)顯示,13.3 可編程鍵盤/LED接口芯片82C79A,輸入：掃描鍵盤、掃描傳感器、選通輸入方式輸出：8段LED顯示器接口,8個或16個,左(右)入口13.3.1 82C79A的外部特性(40腳)1. 面向CPU的信號線(15)D0～7、CS、RD、WRCLK：系統(tǒng)時鐘，為82C79A提供內(nèi)部定時RESET：復(fù)位,高有效；復(fù)位后為16個字符顯示(左進方式)，編碼掃描鍵盤(雙鍵鎖定)

11、，時鐘設(shè)置為31A0：端口選擇；A0=0數(shù)據(jù)寄存器，A0=1命令/狀態(tài)寄存器IRQ：中斷申請，高有效；通常鍵盤有數(shù)據(jù)輸入時有效,,,,13.3 可編程鍵盤/LED接口芯片82C79A,13.3.1 82C79A的外部特性(40腳)2. 面向鍵盤的信號線(14)SL0～SL3：矩陣鍵盤的行掃描線，可編程為編碼輸出/譯碼輸出RL0～RL7：返回線，用作鍵盤矩陣的列線值返回SHIFT：移位信號，高有效，用于擴充鍵功能，上/下檔

12、鍵CNTL/STB：控制線,高有效；用于擴充鍵的控制功能，功能鍵3. 面向顯示器的信號線(9)SL0～SL3(與鍵盤共用)：字符顯示器的位掃描線，可編程為左進/右進OUTA0～OUTA3、OUTB0～OUTB3、A、B組顯示輸出線，兩組可獨立或合并使用；輸出與SL0～3同步，實現(xiàn)按位分時顯示BD：顯示消隱，低有效；顯示切換或執(zhí)行消隱命令時有效,,13.3.2 82C79A的內(nèi)部寄存器,,13.3.2 82C79A的內(nèi)部寄存

13、器,1. 顯示器/鍵盤共享的模塊(1)掃描計數(shù)器：4位的計數(shù)器，可編程為譯碼/編碼方式譯碼掃描：最低兩位經(jīng)譯碼，由SL0～3輸出，作為鍵盤及顯示器的掃描信號(任何時刻SL0～3只有一個有效，實現(xiàn)4選1)編碼掃描：計數(shù)器的狀態(tài)由SL0～3直接輸出，再經(jīng)外部譯碼，才能作為掃描信號(實現(xiàn)16選1)(2)定時控制：將外部時鐘CLK分頻為內(nèi)部要求的100KHz2. LED顯示器接口模塊(1)顯示存儲器RAM：16×8位，存儲

14、16個數(shù)碼顯示器的數(shù)據(jù)(2)顯示字符寄存器：存放要顯示的字符，顯示過程中與顯示掃描配合，輪流從顯示RAM中讀出顯示信息輸出(3)顯示地址寄存器：讀/寫顯示RAM的地址指針；可由命令直接設(shè)定，或設(shè)置為每次讀/寫后自動加1,13.3.2 82C79A的內(nèi)部寄存器,3. 鍵盤接口模塊(1)返回緩沖器：緩沖并鎖存回復(fù)信號RL0～7的狀態(tài)；與CNTL、SHIFT一起構(gòu)成完整的鍵盤按鍵數(shù)據(jù)(2)鍵盤去抖動：實現(xiàn)對鍵盤輸入的去抖動

15、(3)FIFO RAM及狀態(tài)寄存器FIFO RAM：8×8位，鍵盤輸入方式暫存鍵盤輸入數(shù)據(jù)FIFO RAM狀態(tài)寄存器：寄存FIFO RAM的工作狀態(tài)，F(xiàn)IFO RAM不空時，會使IRQ變高,82C79A的數(shù)據(jù)輸入/輸出方式,輸入方式鍵盤輸入(鍵掃描)、傳感器掃描、選通輸入鍵掃描：按下一個鍵時形成鍵盤數(shù)據(jù)，送入FIFO RAM并產(chǎn)生IRQ(數(shù)據(jù)讀出后撤除) 傳感器掃描：FIFO RAM中8個單元用于寄存?zhèn)鞲衅鞯默F(xiàn)時狀態(tài)

16、，地址編號與掃描線順序一致，傳感器陣列(最多為8×8位)中某一位狀態(tài)發(fā)生變化時，產(chǎn)生IRQ選通輸入：與82C55A選通輸入端口功能相同，CNTL/STB作為選通信號，上升沿將RL0～7鎖存到FIFO RAM輸出方式8字符左入口、16字符左入口、8字符右入口、16字符右入口左入口：顯示器位置編號與顯示RAM地址一一對應(yīng)(0號單元顯示在0號顯示器上)，顯示時從最左位開始右入口(計算機顯示方式)：最高位從最右邊顯示器進入，

17、以后逐次左移,13.3.3 82C79A的編程模型,數(shù)據(jù)端口30CH ，命令/狀態(tài)端口30DH1. 命令字——8個，最高3位為特征位，0?2、4號命令使用最多,13.3.3 82C79A的編程模型,1. 命令字(1)0號命令 ：設(shè)置鍵盤及顯示方式K0：設(shè)置掃描方式；K0=0編碼掃描，K0=1譯碼掃描K2K1 ：設(shè)置輸入方式(其中4種為鍵盤輸入)DD ：設(shè)置顯示輸出方式,13.3.3 82C79A的編程模型,1. 命令

18、字(2)1號命令 ：設(shè)置掃描頻率PPPPP：設(shè)置對外部輸入CLK的分頻系數(shù)N(2?31)以獲得100KHz(3)2號命令 ：讀FIFO RAM的設(shè)置A2?A0 ：指定讀取鍵盤FIFO RAM中字符的起始地址AI ：地址自動增量標(biāo)志；AI=1每次讀出后地址自動加1,13.3.3 82C79A的編程模型,1. 命令字(4)4號命令 ：寫顯示RAM的設(shè)置A3?A0 ：指定寫顯示RAM中字符的起始地址AI ：

19、地址自動增量標(biāo)志；AI=1每次寫入后地址自動加1,13.3.3 82C79A的編程模型,2. 狀態(tài)字——指示FIFO RAM中待取走的字符數(shù)和有無錯誤發(fā)生DU：顯示無效標(biāo)志，執(zhí)行顯示RAM清除命令時為1S/E：傳感信號結(jié)束/特殊錯誤方式標(biāo)志；鍵盤輸入方式下作特殊錯誤標(biāo)志，S/E=1：多鍵同時按下O：超出標(biāo)志，向已滿的FIFO RAM寫入時置1U：“空”標(biāo)志，從已空的FIFO RAM讀出時置1F：“滿”標(biāo)志，F(xiàn)IFO

20、RAM中的字符數(shù)為8時置1N2N1N0：FIFO RAM中待取走的字符個數(shù),13.3.4 鍵盤/數(shù)碼顯示器接口設(shè)計,例13.2 設(shè)計一個8位LED顯示器接口，要求從0位開始顯示13579H六個字符，顯示方式為左進，采用編碼掃描硬件設(shè)計：接口由82C79A芯片、掃描譯碼器7445和段驅(qū)動器7406組成82C79A：核心，負(fù)責(zé)LED與CPU的連接、執(zhí)行控制命令7445：負(fù)責(zé)LED顯示器的動態(tài)掃描，產(chǎn)生位控信號7406：為LED

21、的8段字形碼提供電流驅(qū)動,13.3.4 鍵盤/數(shù)碼顯示器接口設(shè)計,例13.2 軟件設(shè)計——從0位開始顯示13579H六個字符，六個字符的共陰極字形碼存于BUF存儲區(qū)CODESEGMENTASSUME CS:CODE,DS:CODE ORG 100HBEGIN:JMP START BUF DB 06H,4FH,6DH,07H,67H,76HSTART:MOV AX,CODEMOV DS,AX

22、;82C79A初始化MOV DX,30DHMOV AL,00H;方式命令字OUT DX,ALMOV AL,39H;設(shè)置分頻系數(shù)OUT DX,ALMOV AL,90H;設(shè)置寫顯示RAM地址OUT DX,AL,MOV SI,OFFSET BUFMOV CX,6;顯示器顯示字符L:MOV DX,30CHMOV AL,[SI]OUT DX,ALINC SIDEC CX

23、JNZ LMOV AX,4C00HINT 21HCODEENDSEND BEGIN,,13.3.4 鍵盤/數(shù)碼顯示器接口設(shè)計,例13.3 設(shè)計一個鍵盤及LED雙功能接口，連接24鍵的鍵盤和8個共陽極數(shù)碼顯示器。鍵盤采用編碼掃描、雙鍵鎖定；顯示器采用編碼掃描、右進方式。外部時鐘CLK=2.5MHz。要求從鍵盤讀取10個字符代碼；在顯示器上從0位開始顯示“HELLO”五個字符硬件設(shè)計：,13.3.4 鍵盤/數(shù)碼顯

24、示器接口設(shè)計,例13.3 軟件設(shè)計①鍵盤輸入程序段CODESEGMENTASSUME CS:CODE,DS:CODE ORG 100HBEGIN:JMP START BUF DB 10 DUP(0)START:MOV AX,CODEMOV DS,AX;82C79A初始化MOV DX,30DHMOV AL,00H;方式命令字OUT DX,ALMOV AL,39H

25、;設(shè)置分頻系數(shù)OUT DX,ALMOV DI,OFFSET BUFMOV CX,10,;讀狀態(tài)字LOOP1:MOV DX,30DHIN AL,DXTEST AL,07HJZ LP1;設(shè)置讀出地址MOV AL,40HOUT DX,ALMOV DX,30CHIN AL,DX;讀數(shù)據(jù)MOV [DI],ALINC DIDEC CXJNZ LOOP1MOV AX,4

26、C00HINT 21HCODEENDSEND BEGIN,,13.3.4 鍵盤/數(shù)碼顯示器接口設(shè)計,例13.3 軟件設(shè)計①顯示器輸出程序段CODESEGMENTASSUME CS:CODE,DS:CODE ORG 100HBEGIN:JMP START BUF DB FH,38H,38H,79H,76HSTART:MOV AX,CODEMOV DS,AX;82C79A初始化

27、MOV DX,30DHMOV AL,10H;方式命令字OUT DX,ALMOV AL,39H;設(shè)置分頻系數(shù)OUT DX,ALMOV AL,90H;設(shè)置寫顯示RAM地址OUT DX,AL,MOV SI,OFFSET BUFMOV CX,5;顯示器顯示字符L:MOV DX,30CHMOV AL,[SI]OUT DX,ALINC SIDEC CXJNZ LMO

28、V AX,4C00HINT 21HCODEENDSEND BEGIN,,13.4 打印機接口,13.4.1 并行打印機接口標(biāo)準(zhǔn)(Centronics標(biāo)準(zhǔn)，8位并行)1. 信號線定義,,,,,,,13.4 打印機接口,13.4.1 并行打印機接口標(biāo)準(zhǔn)2. 工作時序打印機與CPU采用查詢方式傳送數(shù)據(jù)的步驟：①CPU查詢BUSY，BUSY=1則等待；BUSY=0送數(shù)②CPU通過并口把數(shù)據(jù)送到DATA0?DA

29、TA7上③CPU給STROBE送一個負(fù)脈沖，將數(shù)據(jù)打入打印機內(nèi)部緩沖器④打印機收到數(shù)據(jù)，置BUSY=1，直到處理完置BUSY=0⑤打印機送一個ACK(負(fù)脈沖)信號給主機——可用于中斷方式,,,13.4 打印機接口,13.4.1 并行打印機接口標(biāo)準(zhǔn)3. 打印機連接器(D-36芯插頭/插座)——與IBM-PC配置的打印機接口D-25不兼容打印機與PC機并口信號的連接,13.4 打印機接口,13.4.2 并行打印機接口設(shè)計例