第3章_人机交互接口技术

第3章 人机交互接口技术前言 3.1 键盘接口技术 3.2 红外遥控键盘接口技术 3.3 LED显示接口技术 3.4 LED电子显示屏技术 3.5 LCD显示接口技术

前言 人机接口，又称为输入、输出设备接口(I/O接口),是计算 机同人机交互设备之间实现信息传输的控制电路，通过接口可以 实现计算机与人机交互设备之间的信息交换。1、 一个安全可靠的控制系统必须具有方便的交互功 能。是系统与操作人员之间交互的窗口；建立联系、交换信息的 I/O 设备的接口。

2、操作人员通过显示的内容，及时掌握生产情况。对应用系统进行人工干预，以使其随时能按照操作人员的意图 工作。

常见的人机交互设备又分为输入设备和输出设备两类。1、输入设备 输入设备是人向计算机输入信息的设备，按输入信息的形 态可分为字符输入、图形输入、图像输入及语音输入等。常见 的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。 2、输出设备

输出设备是直接向人们提供计算机运行结果的设备，常见的 输出设备有显示器、打印机等，目前语音、手写(触屏)等输入、输出等新型人机交互设 备。

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键盘接口技术

若干按键的集合构成键盘， 是操作人员向系统提供干预命令的接口设备。 键盘分类： (1) 编码键盘 · 能自动识别按下的键并产生相应代码， 以并行/串行方式送给 CPU。 · 使用方便，接口简单，响应速度快，但较贵。 (2) 非编码键盘 · 通过软件来确定按键并计算键值。 价格便宜，因此得到了广泛的应用。

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键盘接口技术

3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5

键盘设计需解决的几个问题 少量功能键的接口技术 矩阵键盘的接口技术 触模式电子开关接口技术 键盘特殊功能的处理

3.1.1 键盘设计需解决的几个问题

1.按键的确认

· 键盘实际上是一组按键的集合。· 每一个按键即一个开关量输入装置。 · 通过电平状态检测确定键的闭合与否。

3.1.1 键盘设计需解决的几个问题

2.按键防抖动技术 对于采用机械弹性开关的键盘:

(1)由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合及断开的瞬间必然伴随有一连串的抖动。 (2)其波形如 图3-1 所示。抖动过程的长短由按键的 机械特性决定，一般为 10~20ms。

3.1.1 键盘设计需解决的几个问题

图3—1 按键抖动信号波形

3.1.1 键盘设计需解决的几个问题

可以从硬件及软件两方面排除抖动的影响解决。 (1)硬件防抖技术

① 滤波防抖电路· 利用 RC 积分电路对于干扰脉冲的吸收作用。 · 只要选择好时间常数，就能在按键抖动信号 通过此滤波电路时，消除抖动的影响。 滤波防抖电路图，如图3 - 2所示。

3.1.1 键盘设计需解决的几个问题图3—2 滤波防抖电路

3.1.1 键盘设计需解决的几个问题分析:

K 未按下，电容两端电压为 0,非门输出为1。K 刚按下时: C 两端电压不可能产生突变， (尽管在触点接触过程中可能出现抖动)

适当选取 R1、R2、C 值，可保证电容 C 两端的充电电压波动不超过非门的开启电压 ( TTL 为 0.8 V ),非门的输出将维持高电平。

同理，K 断开时，由于电容 C 经过电阻 R2 放电，C 两端的放电电压波动不会超过门的关闭电 压，因此，门的输出也不会改变。

3.1.1 键盘设计需解决的几个问题

总之:只要 R1、R2 和 C 的时间常数选取得当， 确保电容 C 由稳态电压充电到开启电压， 或放电到关闭电压的延迟时间 等于 或 大于 10ms, 该电路就能消除抖动的影响。

3.1.1 键盘设计需解决的几个问题② 双稳态防抖电路 用两个与非门构成一个 RS 触发器 即形成双稳态防抖电路。

图3—3 双稳态防抖电路图

3.1.1 键盘设计需解决的几个问题(2)软件防抖方法· 当第一次检测到有键按下时，先用软件延时 (10ms~20ms),而后再确认该键电平是否仍维持 闭合状态电平。若保持闭合状态电平；则确认此 键确已按下，从而消除了抖动的影响。

(3) 两种方法的比较· 采用硬件防抖: N个键就必须配有 N个防抖电路。 · 采用软件防抖: 费机时。

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少量功能键接口技术

设计思路 · 对于具有少量功能键的系统，多采用相互独立的接口方法，

即每个按键接一根输入线，各键的工作状态互不影响。

· 采用硬件中断或软件查询方法均可实现其键盘 接口。采用中断方式接口的硬件电路图，如图3.4所示。

采用中断方式接口的硬件电路图

图3.4 操作功能键硬件接线