1、+5V+5V+5V最簡單的線性構(gòu)造鍵盤每一個引腳銜接一個鍵輸入0/1反映健能否高低第10章 人機交互設(shè)備接口技術(shù) 10.1 鍵盤及其接口+5V+5V控制線檢測線常用的矩陣構(gòu)造鍵盤每行銜接一個引腳每列銜接一個引腳利用控制線為低、讀取檢測線來識別閉合鍵10.1 鍵盤及其接口1. 掃描法先使第0行接低電平，其他行為高電平，然后看第0行能否有鍵閉合經(jīng)過檢查列線電位實現(xiàn)以后，再將第1行接地，然后檢測列線能否有變?yōu)榈碗娢坏木€。如此往下一行一行地掃描，直到最后一行在掃描過程中，當發(fā)現(xiàn)某一行有鍵閉合時，便在掃描中途退出經(jīng)過組合行線和列線可識別此刻按下的是哪一鍵10.1 鍵盤及其接口2. 抖動和重健問題機械按鍵

2、存在抖動景象當按下或釋放一個鍵時，往往會出現(xiàn)按鍵在閉合位置和斷開位置之間跳幾下才穩(wěn)定到閉合形狀抖動的繼續(xù)時間通常不大于10ms采用硬件消抖電路或軟件延時方法處理重鍵指兩個或多個鍵同時閉合出現(xiàn)重鍵時，讀取的鍵值必然出現(xiàn)有一個以上的0能否給予識別和識別哪一個鍵重健問題的處置簡單情況：不予識別，以為是錯誤的按鍵通常情況：只成認先識別出來的鍵正常的組合鍵：都識別出來DBPB6PB7PAIRQ1T1P10P21P11P22P204 GND1 CLOCK2 DATA5 +5V3 RESETPC機鍵盤系統(tǒng)板80488255A8259ALS322串并轉(zhuǎn)換器鍵盤陣列按鍵選通PC機鍵盤的任務(wù)原理PC機鍵盤的任務(wù)過

3、程鍵盤電路正常任務(wù)時不斷地掃描鍵盤矩陣有按鍵，那么確定按鍵位置之后以串行數(shù)據(jù)方式發(fā)送給系統(tǒng)板鍵盤接口電路鍵按下時，發(fā)送該鍵的接通掃描碼鍵松開時，發(fā)送該鍵的斷開掃描碼假設(shè)不斷按住某鍵，那么以拍發(fā)速率每秒230次延續(xù)發(fā)送該鍵的接通掃描碼接通掃描碼反映該鍵在鍵盤上的位置斷開掃描碼接通掃描碼最高位置1=接通掃描碼80H 模擬量D/A傳感器執(zhí)行元件A/D數(shù)字量數(shù)字量模擬量模擬量輸入(數(shù)據(jù)采集)模擬量輸出(過程控制)計算機10.2 D/A 轉(zhuǎn)換器模擬量I/O通道的組成模擬接口電路的義務(wù)模擬電路的義務(wù)0010110110101100工業(yè)生產(chǎn)過程傳感器放大濾波多路轉(zhuǎn)換&采樣堅持A/D轉(zhuǎn)換放大驅(qū)動D/A轉(zhuǎn)換輸出

4、接口微型計算機執(zhí)行機構(gòu)輸入接口物理量變換信號處置信號變換I/O接口輸入通道輸出通道10.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器概述D/A變換器的根本任務(wù)原理組成：模擬開關(guān)、電阻網(wǎng)絡(luò)、運算放大器 兩種電阻網(wǎng)絡(luò)：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)根本構(gòu)造如圖：VrefRf 模擬開關(guān)電阻網(wǎng)絡(luò)VO數(shù)字量D/A變換原理 運放的放大倍數(shù)足夠大時，輸出電壓Vo與輸入電壓Vin的關(guān)系為：式中：Rf 為反響電阻 R 為輸入電阻 VinRf VoR 假設(shè)輸入端有n個支路, 那么輸出電壓VO與輸入電壓Vi的關(guān)系為：VinRf VOR1式中：Ri 為第i支路的輸入電阻Rn令每個支路的輸入電阻為2iRf , 并令Vin為一基準電壓Vref

5、，那么有假設(shè)每個支路由一個開關(guān)Si控制，Si=1表示Si合上，Si=0表示Si斷開，那么上式變換為 假設(shè)Si=1,該項對VO有奉獻假設(shè)Si=0,該項對VO無奉獻2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRf VOS1S2S3S4S5S6S7S8與上式相對應(yīng)的電路如下(圖中n=8) 圖中的電阻網(wǎng)絡(luò)就稱為權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)10.2.2 典型D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832特性：8位電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器T型電阻網(wǎng)絡(luò)差動輸出DAC0832內(nèi)部構(gòu)造.引腳功能D7D0：輸入數(shù)據(jù)線ILE：輸入鎖存允許CS#：片選信號 用于把數(shù)據(jù)寫入到輸入鎖存器WR1#：寫輸入鎖存器 WR2#：寫DAC存

6、放器XFER#：允許輸入鎖存器的數(shù)據(jù)傳送到DAC存放器 上述二個信號用于啟動轉(zhuǎn)換VREF：參考電壓，-10V+10V，普通為+5V或+10VIOUT1、IOUT2：D/A轉(zhuǎn)換差動電流輸出，接運放的輸入Rfb：內(nèi)部反響電阻引腳，接運放輸出AGND、DGND：模擬地和數(shù)字地 .任務(wù)時序D/A轉(zhuǎn)換可分為兩個階段：CS#=0、WR1#=0、ILE=1，使輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入存放器WR2#=0、XFER#=0，數(shù)據(jù)送到DAC存放器，并開場轉(zhuǎn)換寫輸入存放器寫DAC存放器.任務(wù)方式單緩沖方式雙緩沖方式DAC0832的接口設(shè)計-單緩沖方式1. 使數(shù)據(jù)輸入存放器任務(wù)在鎖存形狀，DAC存放器任務(wù)在不鎖存形狀LE2一

7、直有效，DAC存放器直通。只運用一級緩沖。適用于大多數(shù)情況.單緩沖方式使輸入鎖存器或DAC存放器二者之一處于直通，即芯片只占用一個端口地址。CPU只需一次寫入即開場轉(zhuǎn)換。寫入數(shù)據(jù)的程序為： MOV DX，PORT MOV AL，DATA OUT DX，AL雙緩沖方式規(guī)范方式對輸入存放器和DAC存放器均需控制；當輸入存放器控制信號有效時，數(shù)據(jù)寫入輸入存放器中；再在DAC存放器控制信號有效時，數(shù)據(jù)才寫入DAC存放器，并啟動變換；此時芯片占用兩個端口地址；優(yōu)點：數(shù)據(jù)接納與D/A轉(zhuǎn)換可異步進展； 可實現(xiàn)多個DAC同步轉(zhuǎn)換輸出特點：分時寫入、同步轉(zhuǎn)換雙緩沖方式同步轉(zhuǎn)換舉例A10-A0譯碼器0832-10

8、832-2port1port2port3.雙緩沖方式的數(shù)據(jù)寫入程序MOV AL，data MOV DX，port1 0832-1的輸入存放器地址OUT DX，ALMOV DX，port2 0832-2的輸入存放器地址OUT DX，AL MOV DX，port3 DAC存放器地址OUT DX，AL HLT.D/A轉(zhuǎn)換器的運用函數(shù)發(fā)生器只需往D/A轉(zhuǎn)換器寫入按規(guī)律變化的數(shù)據(jù)，即可在輸出端獲得正弦波、三角波、鋸齒波、方波、階梯波、梯形波等函數(shù)波形。直流電機的轉(zhuǎn)速控制用不同的數(shù)值產(chǎn)生不同的電壓，控制電機的轉(zhuǎn)速其他需求用電壓/電流來進展控制的場所 10.3 模/數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器用途將延續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換

9、為數(shù)字信號，以便于計算機進展處置。常用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或數(shù)字化聲音。采樣：把時間延續(xù)變化的信號變換為時間離散的信號。堅持：堅持采樣信號，使有充分時間轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。量化：把采樣堅持電路的輸出信號用單位量化電壓的 整數(shù)倍表示。編碼：把量化的結(jié)果用二進制代碼表示。A /D 轉(zhuǎn)換的普通步驟 uI(t)C量化編碼電路Dn-1D1D0uI(t)S采樣堅持電路輸入模擬量輸出數(shù)字量1) 采樣和堅持采樣將一個時間上延續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)為時間上斷續(xù)變化的離散的模擬量?；颍喊岩粋€時間上延續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為一個脈沖串，脈沖的幅度取決于輸入模擬量。堅持將采樣得到的模擬量值堅持下來，使之等于采樣控制脈沖存在的最后瞬間的采

10、樣值。目的： A/D轉(zhuǎn)換期間堅持采樣值恒定不變。對于慢速變化的信號，可省略采樣堅持電路采樣堅持電路S/H由MOS管采樣開關(guān)T、堅持電容Ch和運放構(gòu)成的跟隨器三部分組成。采樣控制信號S(t)=1時，T導(dǎo)通，Vin向Ch充電，Vc和Vout跟蹤Vin變化，即對Vin采樣。S(t)=0時，T截止，Vout將堅持前一瞬間采樣的數(shù)值不變。ChTVoutVin采樣控制S(t)采樣堅持電路的波形VinS(t)Vout進展A/D轉(zhuǎn)換時所用的輸入電壓，就是對堅持下來的采樣電壓每次采樣終了時的輸入電壓進展轉(zhuǎn)換。采樣周期確實定采樣通常采用等時間間隔采樣。采樣頻率fs不能低于2fimaxfimax為輸入信號Vin的最

11、高次諧波分量的頻率；fs的上限受計算機的速度、存儲容量、器件速度的限制。實踐中普通取fs為fimax的4-5倍。2) 量化和編碼量化就是用根本的量化電平的個數(shù)來表示采樣到模擬電壓值。即把時間上離散而數(shù)值上延續(xù)的模擬量以一定的準確度變換為時間上、數(shù)值上都離散的具有規(guī)范量化級的等效數(shù)字值。量化電平的大小取決于A/D變換器的字長編碼是把曾經(jīng)量化的模擬數(shù)值(它一定是量化電平的整數(shù)倍)用二進制碼、BCD碼或其它碼來表示。10.3.1 任務(wù)原理及技術(shù)目的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器原理：類似天平稱分量時的嘗試法，逐漸用砝碼的累積分量去逼近被稱物主要技術(shù)目的精度 量化間隔(分辨率) = Vmax/電平數(shù)(即滿量程

12、值) 例：某8位ADC的滿量程電壓為5V，那么其分辨率為 5V/255=19.6mV 量化誤差: 用數(shù)字離散量表示延續(xù)量時，由于數(shù)字量字長有限而無法準確地表示延續(xù)量所呵斥的誤差。(字長越長，精度越高)絕對量化誤差 = 量化間隔/2 = (滿量程電壓/(2n-1)/2相對量化誤差 = 1/2 * 1/量化電平數(shù)目 * 100%例：滿量程電壓=10V，A/D變換器位數(shù)=10位，那么 絕對量化誤差 10/211 = 4.88mV 相對量化誤差 1/211 *100% = 0.049%主要技術(shù)目的續(xù)轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換一次需求的時間。精度越高字長越長，轉(zhuǎn)換速度越慢。輸入動態(tài)范圍允許轉(zhuǎn)換的電壓的范圍。如05V、

13、-5V+5V、 010V等。典型的A/D轉(zhuǎn)換器簡介ADC08098通道8路輸入8位字長 逐位逼近型轉(zhuǎn)換時間100s 內(nèi)置三態(tài)輸出緩沖器引腳功能 D7D0：輸出數(shù)據(jù)線三態(tài)IN0IN7：8通道路模擬輸入ADDA、ADDB、ADDC：通道地址通道選擇ALE：通道地址鎖存START：啟動轉(zhuǎn)換EOC：轉(zhuǎn)換終了，可用于查詢或作為中斷懇求OE：輸出允許翻開輸出三態(tài)門CLK：時鐘輸入10KHz1.2MHzVREF(+)、VREF(-)：基準參考電壓ADC0809內(nèi)部構(gòu)造START EOC CLK OED7D0VREF(+) VREF(-)ADDCADDBADDAALEIN0IN7比較器8路模擬開關(guān)樹狀開關(guān)電阻

14、網(wǎng)絡(luò)三態(tài)輸出鎖存器時序與控制地址鎖存及譯碼D/A8個模擬輸入通道8選1逐位逼近存放器SAR.任務(wù)時序 ADC0809的任務(wù)過程送通道地址，以選擇要轉(zhuǎn)換的模擬輸入；鎖存通道地址到內(nèi)部地址鎖存器；啟動A/D變換；判別轉(zhuǎn)換能否終了；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果ADC0809與系統(tǒng)的銜接 模擬輸入端INi單路輸入模擬信號可銜接到任何一個輸入端；地址線可根據(jù)輸入固定銜接；也可以由CPU給一個固定地址。 多路輸入模擬信號按順序分別銜接到輸入端；要轉(zhuǎn)換哪一路輸入，就將其編號送到地址線上(動態(tài)選擇)。單路輸入時ADDCADDBADDAIN4ADC0809輸入多路輸入時ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC

15、0809輸入0輸入1輸入2輸入3輸入4CPU指定通道號+5V地址線ADDA-ADDC多路輸入時，地址線不能固定銜接到5V或地線，而是要經(jīng)過一個接口芯片與數(shù)據(jù)總線銜接。接口芯片可以選用：鎖存器74LS273，74LS373等要占用一個I/O地址可編程并行接口8255要占用四個I/O地址CPU用一條OUT指令把通道地址經(jīng)過接口芯片送給ADC0809ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809輸入DB74LS273Q2Q1Q0CP來自I/O譯碼D0-D7ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809DB8255PB2PB1PB0CS#來自I/O譯碼D0-

16、D7A1A0A1A0用鎖存器作為ADC0809的接口用8255作為ADC0809的接口分別銜接：用兩個信號分別進展控制需占用兩個I/O端口或兩個I/O線(用8255時)；一致銜接：用一個脈沖信號的上升沿進展地址鎖存，下降沿實現(xiàn)啟動轉(zhuǎn)換只需占用一個I/O端口或一個I/O線(用8255時)。 ADC0809ALESTART獨立銜接來自I/O譯碼1來自I/O譯碼2ADC0809ALESTART一致銜接來自I/O譯碼ALE和START端的銜接 軟件延時等待(比如延時1ms)不用EOC信號CPU效率最低，只能按最大轉(zhuǎn)換時間延時簡單，容易實現(xiàn)軟件查詢EOC形狀EOC經(jīng)過一個三態(tài)門連到數(shù)據(jù)總線的D0(或D1、D2等)三態(tài)門要占用一個I/O端口地址CPU效率低把EOC作為中斷懇求信號，向CPU懇求中斷在中斷效力程序中讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果，效率高判別轉(zhuǎn)換終了的方法軟件查詢方法判別EOC形狀將EOC信號經(jīng)過一個三態(tài)門銜接到數(shù)據(jù)總線；三態(tài)門占用一個I/O端口地址；CPU經(jīng)過不斷讀取該三態(tài)門端口的輸入數(shù)據(jù)，來確定能否轉(zhuǎn)換終了。D0IN0A15-A0IOR#IOW#D7-D0D7-D0EOCOESTARTALEADDCADDBADDA譯碼器ADC0809模擬信號輸入ADC0809與系統(tǒng)的銜接