第四講鍵盤及其接口技術(shù)本章要點(diǎn)1．按鍵的抖動(dòng)干擾及其解決方法。2．獨(dú)立式鍵盤的結(jié)構(gòu)原理及其接口電路。3．矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)原理及其行掃描法。4．編碼器及其編碼鍵盤接口電路。引言在計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)中，除了與生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行信息傳遞的過(guò)程輸入輸出設(shè)備以外，還有與操作人員進(jìn)行信息交換的常規(guī)輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。鍵盤是一種最常用的輸入設(shè)備,它是一組按鍵的集合，從功能上可分為數(shù)字鍵和功能鍵兩種，作用是輸入數(shù)據(jù)與吩咐，查詢和限制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔的人機(jī)對(duì)話。鍵盤接口電路可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。編碼鍵盤接受硬件編碼電路來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵的編碼，每按下一個(gè)鍵，鍵盤便能自動(dòng)產(chǎn)生按鍵代碼。編碼鍵盤主要有BCD碼鍵盤、ASCII碼鍵盤等類型。非編碼鍵盤僅供應(yīng)按鍵的通或斷狀態(tài),按鍵代碼的產(chǎn)生與識(shí)別由軟件完成。引言編碼鍵盤的特點(diǎn)是運(yùn)用便利，鍵盤碼產(chǎn)生速度快，占用CPU時(shí)間少，但對(duì)按鍵的檢測(cè)與消退抖動(dòng)干擾是靠硬件電路來(lái)完成的，因而硬件電路困難、成本高。而非編碼鍵盤硬件電路簡(jiǎn)潔，成本低，但占用CPU的時(shí)間較長(zhǎng)。4.1鍵盤輸入電路主要學(xué)問(wèn)點(diǎn):5.1.1鍵盤的抖動(dòng)干擾5.1.2抖動(dòng)干擾的消退

4.1.1鍵盤的抖動(dòng)干擾由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性振動(dòng)，按鍵在按下時(shí)不會(huì)立刻穩(wěn)定地接通而在彈起時(shí)也不能一下子完全地?cái)嚅_(kāi)，因而在按鍵閉合和斷開(kāi)的瞬間均會(huì)出現(xiàn)一連串的抖動(dòng)，這稱為按鍵的抖動(dòng)干擾，其產(chǎn)生的波形如圖5-1所示，當(dāng)按鍵按下時(shí)會(huì)產(chǎn)生前沿抖動(dòng)，當(dāng)按鍵彈起時(shí)會(huì)產(chǎn)生后沿抖動(dòng)。這是全部機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵在狀態(tài)輸出時(shí)的共性問(wèn)題，抖動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)短取決于按鍵的機(jī)械特性與操作狀態(tài)，一般為10~100ms，此為鍵處理設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的一個(gè)重要參數(shù)。鏈接動(dòng)畫(huà)

4.1.2抖動(dòng)干擾的消退按鍵的抖動(dòng)會(huì)造成按一次鍵產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)狀態(tài)被CPU誤讀幾次。為了使CPU能正確地讀取按鍵狀態(tài)，必需在按鍵閉合或斷開(kāi)時(shí)，消退產(chǎn)生的前沿或后沿抖動(dòng)，去抖動(dòng)的方法有硬件方法和軟件方法兩種。

圖5-2濾波延時(shí)消抖電路鏈接動(dòng)畫(huà)

2．軟件方法軟件方法是指編制一段時(shí)間大于100ms的延時(shí)程序，在第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行這段延時(shí)子程序使鍵的前沿抖動(dòng)消逝后再檢測(cè)該鍵狀態(tài)，假如該鍵仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)為該鍵已穩(wěn)定按下，否則無(wú)鍵按下，從而消退了抖動(dòng)的影響。同理，在檢測(cè)到按鍵釋放后，也同樣要延遲一段時(shí)間，以消退后沿抖動(dòng)，然后轉(zhuǎn)入對(duì)該按鍵的處理。

4.2非編碼獨(dú)立式鍵盤主要學(xué)問(wèn)點(diǎn):5.2.1查詢法接口電路5.2.2中斷法接口電路4.2.1查詢法接口電路現(xiàn)以3個(gè)按鍵為例，圖5-3即為獨(dú)立式鍵盤查詢法接口電路。按鍵S0、S1、S2分別通過(guò)上拉電阻與CPU的數(shù)據(jù)線D0、D1、D2相連，當(dāng)按鍵Si閉合時(shí)，數(shù)據(jù)線干脆接地，因而CPU讀入Di=0；當(dāng)按鍵Si斷開(kāi)時(shí)，數(shù)據(jù)線通過(guò)上拉電阻接到正電源，因而CPU讀入Di=1。該接口電路實(shí)現(xiàn)的功能為：查詢檢測(cè)是否有鍵按下，如有鍵閉合，則消退抖動(dòng)，再推斷鍵號(hào)，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理。其程序流程如圖5-4所示。接受查詢法時(shí)，必需保證CPU每隔確定時(shí)間主動(dòng)地去掃描按鍵一次，該掃描時(shí)間間隔應(yīng)小于兩次按鍵的時(shí)間間隔，否則會(huì)有按鍵不響應(yīng)的情形。明顯這種方式占用CPU時(shí)間比較多。圖5-3獨(dú)立式鍵盤結(jié)構(gòu)原理

圖5-4獨(dú)立式鍵盤查詢法程序流程圖鏈接動(dòng)畫(huà)

4.2.2中斷法接口電路仍以3個(gè)按鍵為例，圖5-5是一個(gè)爐溫限制系統(tǒng)的功能鍵安排圖，S0、S1、S2分別代表自動(dòng)/手動(dòng)切換、爐溫參數(shù)顯示和爐溫參數(shù)打印功能。這是在上述查詢法接口電路的基礎(chǔ)上，再把按鍵S0、S1、S2的數(shù)據(jù)輸出線經(jīng)過(guò)與非門和反相器后與8255A的選通輸入信號(hào)PC4相連，8255A的PC3發(fā)出中斷懇求信號(hào)經(jīng)中斷限制器8259A與CPU的中斷懇求引腳相連，這是一種典型的中斷法鍵盤接口電路。工作過(guò)程如下：當(dāng)CPU對(duì)8255A初始化（8255A的A口工作于方式1輸入）后，CPU即執(zhí)行主程序。當(dāng)按下S0鍵即表示要進(jìn)入自動(dòng)限制狀態(tài)，此時(shí)與之相連的I/O口線呈現(xiàn)為低電平的同時(shí)，與非門輸出為高電平，經(jīng)反相器變?yōu)榈碗娖剑?255A端口A的選通輸入信號(hào)PC4有效，則PA0～PA2引腳接收并存入3個(gè)按鍵的“0”或“1”狀態(tài)，當(dāng)復(fù)原成高電平后，經(jīng)TSIT時(shí)間，8255A的PC3發(fā)出INTRa中斷懇求信號(hào)，經(jīng)中斷限制器8259A向CPU申請(qǐng)中斷，CPU響應(yīng)中斷后，即轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序中。中斷服務(wù)程序依次查詢按鍵的通斷狀態(tài)，當(dāng)查詢到是自動(dòng)/手動(dòng)（即S0=0）時(shí)，則轉(zhuǎn)到自動(dòng)/手動(dòng)限制子程序的入口地址，從而使系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)限制狀態(tài)。假如沒(méi)有鍵按下，則相應(yīng)的I/O口線均為高電平，也不會(huì)產(chǎn)生中斷信號(hào)，CPU接著運(yùn)行主程序。圖5-5獨(dú)立式鍵盤中斷法接口電路鍵盤中斷服務(wù)子程序，與查詢方式相像，在愛(ài)護(hù)現(xiàn)場(chǎng)后，首先調(diào)用100mS延時(shí)子程序去除抖動(dòng)，然后依次查鍵號(hào)，并轉(zhuǎn)入鍵功能處理程序，最終復(fù)原現(xiàn)場(chǎng)、中斷返回。明顯，查詢依次代表了按鍵的排隊(duì)優(yōu)先級(jí)。接受中斷法時(shí)，CPU對(duì)按鍵而言是被動(dòng)方式，在無(wú)鍵按下時(shí)不占用CPU時(shí)間，因而CPU有更多的時(shí)間執(zhí)行其他程序。上述分析說(shuō)明：獨(dú)立式鍵盤接口電路簡(jiǎn)潔敏捷，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，但每個(gè)按鍵必需占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，須要占用較多的I/O口線。比如64個(gè)按鍵，須要有64根線，不僅連線困難，查詢按鍵的時(shí)間也較長(zhǎng)。故這種鍵盤電路只適合于按鍵數(shù)量比較少的小型限制系統(tǒng)或智能限制儀表中。

4.3非編碼矩陣式鍵盤主要學(xué)問(wèn)點(diǎn):5.3.1矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)組成5.3.2矩陣式鍵盤的程序設(shè)計(jì)4.3.1矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)組成矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤，是用I/O口線組成的行、列矩陣結(jié)構(gòu)，在每根行線與列線的交叉處，二線不干脆相通而是通過(guò)一個(gè)按鍵跨接接通。接受這種矩陣結(jié)構(gòu)只需M根行輸出線和N根列輸入線，就可連接M×N個(gè)按鍵。通過(guò)鍵盤掃描程序的行輸出與列輸入就可確認(rèn)按鍵的狀態(tài)，再通過(guò)鍵盤處理程序便可識(shí)別鍵值。鍵盤與CPU的接口可接受并行端口8255A、鎖存器或緩沖器一類。圖5-6給出了一種8×8非編碼矩陣式鍵盤的接口電路。行輸出電路由行掃描鎖存器74LS273、反相器與行線X0～X7連接組成，列輸入電路由三態(tài)緩沖器74LS244與列線Y0～Y7以及上拉電阻組成。X、Y線的每一個(gè)交叉處跨接一個(gè)鍵，其鍵值分別是十進(jìn)制數(shù)的01，02，……，64。該鍵盤的接口地址為PORT1。圖5-6矩陣式鍵盤接口電路當(dāng)鍵盤中無(wú)任何鍵按下時(shí)，全部的行線和列線被斷開(kāi)且相互獨(dú)立，輸入線Y0～Y7列都為高電平；當(dāng)有隨意一鍵按下時(shí)，則該鍵所在的行線與列線接通，因此，該列線的電平取決于該鍵所在的行線?；诖?，產(chǎn)生了“行掃描法”與“線反轉(zhuǎn)法”兩種識(shí)別方法。行掃描法又稱逐行零掃描查詢法，即逐行輸出行掃描信號(hào)“0”，使各行依次為低電平，然后分別讀入列數(shù)據(jù)，檢查此（低電平）行中是否有鍵按下。假如讀得某列線為低電平，則表示此（低電平）行線與此列線的交叉處有鍵按下，再對(duì)該鍵進(jìn)行譯碼計(jì)算出鍵值，然后轉(zhuǎn)入該鍵的功能子程序入口地址；假如沒(méi)有任何一根列線為低電平，則說(shuō)明此(低電平)行沒(méi)有鍵按下。接著進(jìn)行下一行的“0”行掃描與列讀入，直到8行全部查完為止，若無(wú)鍵按下則返回。有時(shí)為了快速推斷鍵盤中是否有鍵按下，也可先將全部行線同時(shí)置為低電平，然后檢測(cè)列線的電平狀態(tài)，若全部列線均為高電平，則說(shuō)明鍵盤中無(wú)鍵按下，馬上返回；若要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被控下，然后再如上那樣進(jìn)行逐行掃描。圖5-7矩陣式鍵盤掃描及鍵處理程序流程圖對(duì)于鍵盤處理程序來(lái)說(shuō)，求得鍵值并不是目的。假如該按鍵是數(shù)字鍵，就應(yīng)把該鍵值干脆送到顯示緩沖區(qū)進(jìn)行鍵值的數(shù)字顯示；假如該按鍵是功能鍵，則應(yīng)找到該鍵子程序的入口地址，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行該鍵的功能吩咐。4.4編碼鍵盤主要學(xué)問(wèn)點(diǎn):5.4.1二進(jìn)制編碼器5.4.2編碼鍵盤接口電路圖5-8二進(jìn)制編碼鍵盤接口電路本章小結(jié)鍵盤是計(jì)算機(jī)與操作人員進(jìn)行信息交換的一種常用輸入設(shè)備。鍵盤接口電路可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤兩種類型。非編碼鍵盤僅供應(yīng)按鍵的通或斷狀態(tài),按鍵代碼的產(chǎn)生與識(shí)別是由軟件完成的，當(dāng)按鍵數(shù)量少時(shí)，一般接受獨(dú)立式鍵盤結(jié)構(gòu)；當(dāng)按鍵數(shù)量較多時(shí)，常接受矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)。而編碼鍵盤是接受硬件編碼電路來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵的編碼，每按下一個(gè)鍵，鍵盤電路便能自動(dòng)產(chǎn)生按鍵代碼，編碼鍵盤主要有BCD碼鍵盤、ASCII碼鍵盤等類型。本章小結(jié)非編碼鍵盤的硬件電路簡(jiǎn)潔，成本低，但占用CPU的時(shí)間較長(zhǎng)。編碼鍵盤與之相反，硬件電路困難、成本高，但運(yùn)用便利，鍵盤碼產(chǎn)生速度快，占用CPU時(shí)間少。對(duì)按鍵抖動(dòng)干擾的消退，非編碼鍵盤一般是靠軟件而編碼鍵盤一般是靠硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一般的小型單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中主要運(yùn)用非編碼鍵盤。思索題1．簡(jiǎn)述鍵盤的兩種類型及其特點(diǎn)。2．簡(jiǎn)述何為鍵盤的抖動(dòng)干擾及其消退的兩種方法。3．分析說(shuō)明矩陣式鍵盤電路的逐行零掃描法的工作過(guò)程。第5講顯示器及其接口技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.駕馭LED數(shù)碼管顯示器的工作原理、顯示方式及其接口電路。2.理解LCD液晶顯示器的結(jié)構(gòu)原理、驅(qū)動(dòng)方式及其接口電路。

3.了解圖形顯示畫(huà)面的幾種形式與功能作用。

引言

在計(jì)算機(jī)限制中，顯示裝置是一個(gè)重要組成部分，主要用來(lái)顯示生產(chǎn)過(guò)程的工藝狀況與運(yùn)行結(jié)果，以便于現(xiàn)場(chǎng)工作人員的正確操作。常用的顯示器件有顯示記錄儀、發(fā)光二極管顯示器LED、液晶顯示器LCD、大屏幕顯示器和圖形顯示器終端CRT。顯示記錄儀--是以模擬方式連續(xù)顯示和記錄過(guò)程參數(shù)的動(dòng)態(tài)變更，但其價(jià)格都很貴，在目前的計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)中已很少接受。LED數(shù)碼管--由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、體積小、功耗低、配置敏捷、顯示清晰、牢靠性高等優(yōu)點(diǎn)，目前已被微型計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)及智能化儀表廣泛接受。LCD--則以其功耗極低的特點(diǎn)，占據(jù)了從電子表到計(jì)算器，從袖珍儀表到便攜式微型計(jì)算機(jī)等應(yīng)用場(chǎng)合。CRT終端--CRT終端以其圖文并茂的直觀生動(dòng)畫(huà)面，可以顯示生產(chǎn)過(guò)程中的各種畫(huà)面及報(bào)表，如生產(chǎn)流程圖、顯示報(bào)警圖、趨勢(shì)曲線圖、狀態(tài)和回路查詢圖等,在很多微型計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)中，特殊在DDC，SCC以及DCS限制系統(tǒng)中，大都接受CRT操作臺(tái)進(jìn)行監(jiān)視和限制。5.1LED數(shù)碼管顯示器引言5.1.1LED顯示器的工作原理5.1.2LED顯示器的顯示方式5.1.3LED顯示器接口電路6.1.1LED顯示器工作原理LED（發(fā)光二極管LightEmittingDiode的英文縮寫(xiě)）是利用PN結(jié)把電能轉(zhuǎn)換成光能的固體發(fā)光器件，依據(jù)制造材料的不同可以發(fā)出紅、黃、綠、白等不同色調(diào)的可見(jiàn)光來(lái)。LED的伏安特性類似于一般二極管，正向壓降約為2伏左右，工作電流一般在10-20mA之間較為合適。LED顯示器有多種結(jié)構(gòu)形式，單段的圓形或方形LED常用來(lái)顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，8段LED可以顯示各種數(shù)字和字符，所以也稱為L(zhǎng)ED數(shù)碼管，其外形如圖7-2所示。8段LED在限制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛，其接口電路也具有普遍借鑒性。因此，我們介紹8段LED數(shù)碼管顯示器。8段LED顯示器的結(jié)構(gòu)與工作原理如圖7-3所示。鏈接動(dòng)畫(huà)8段LED通過(guò)不同段點(diǎn)亮?xí)r的組合，可以顯示0~9、A~F等十六進(jìn)制數(shù)。明顯，將單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸出口與LED各段引腳相連，限制輸出的數(shù)據(jù)就可以使LED顯示不同的字符。通常把限制LED數(shù)碼管發(fā)光顯示字符的8位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼或者字符譯碼，如圖7-4所示。鏈接動(dòng)畫(huà)5.1.2LED顯示器顯示方式在計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)中，常利用n個(gè)LED顯示器構(gòu)成n位顯示。通常把點(diǎn)亮LED某一段的限制稱為段選，而把點(diǎn)亮LED某一位的限制稱為位選或片選。依據(jù)LED顯示器的段選線、位選線與限制端口的連接方式不同，LED顯示器有靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示兩種方式，下面以4個(gè)共陰極LED的組合為例進(jìn)行說(shuō)明。1、靜態(tài)顯示2、動(dòng)態(tài)顯示1．靜態(tài)顯示方式4個(gè)LED組合的靜態(tài)顯示電路如圖6-3所示

圖6-3LED靜態(tài)顯示方式

鏈接動(dòng)畫(huà)2．動(dòng)態(tài)顯示方式LED動(dòng)態(tài)顯示電路如圖6-4所示

圖6-4LED動(dòng)態(tài)顯示方式

鏈接動(dòng)畫(huà)5.1.3LED顯示器接口電路限制系統(tǒng)中的LED顯示電路，除了要完成把字符轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的段選碼的譯碼功能以外，還要具有數(shù)據(jù)鎖存與驅(qū)動(dòng)的功能。其中，譯碼功能可以通過(guò)硬件譯碼器完成，也可通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)；而數(shù)據(jù)鎖存與驅(qū)動(dòng)只有依靠硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。結(jié)合上面探討的兩種顯示方式：

1．靜態(tài)顯示接口電路

2．動(dòng)態(tài)顯示接口電路

1．靜態(tài)顯示電路靜態(tài)顯示方式的關(guān)鍵是多個(gè)LED需與多個(gè)I/O并行口相連，一般的并行I/O口如8255A或鎖存器只具備鎖存功能，還要有硬件驅(qū)動(dòng)電路，再配以軟件譯碼程序。目前廣泛運(yùn)用一種集鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)功能為一體的集成電路芯片，以此構(gòu)成靜態(tài)顯示硬件譯碼接口電路。如美國(guó)RCA公司的CD4511B是4位BCD碼─7段十進(jìn)制鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)器，美國(guó)MOTOROLA公司的MC14495是4位BCD碼─7段十六進(jìn)制鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)器。下面以CD4511B為例，說(shuō)明其接口電路。如圖6-5所示。2．動(dòng)態(tài)顯示電路動(dòng)態(tài)顯示接口電路的關(guān)鍵是由兩個(gè)I/O并行端口分別進(jìn)行段選碼與位選碼的鎖存，除了須要配置驅(qū)動(dòng)電路以外，譯碼掃描功能則完全由軟件編程來(lái)完成。圖6-6給出4個(gè)LED組成的動(dòng)態(tài)顯示軟件譯碼接口電路，4個(gè)共陰極LED顯示器的段選線對(duì)應(yīng)并接，由一片8D觸發(fā)器74LS374（U1）進(jìn)行段選限制，其間串有8個(gè)三極管以正向驅(qū)動(dòng)LED的陽(yáng)極，此可稱為段選通道。4個(gè)LED的COM端由另一片74LS374（U2）進(jìn)行位選限制，其間接有達(dá)林頓陣列驅(qū)動(dòng)器MC1413（內(nèi)含7對(duì)復(fù)合三極管）以對(duì)LED的陰極進(jìn)行反向驅(qū)動(dòng)，此構(gòu)成了位選通道。鏈接動(dòng)畫(huà)LED動(dòng)態(tài)掃描流程圖如圖6-7所示。

5.2LCD液晶顯示器引言5.2.1LCD顯示器結(jié)構(gòu)原理5.2.2LCD顯示器驅(qū)動(dòng)方式5.2.3段位式LCD接口電路5.2.4點(diǎn)陣式LCD接口電路

引言液晶顯示器LCD(LiquidCrystalDisplay)是一種利用液晶的扭曲/向列效應(yīng)制成的新型顯示器，它具有功耗極低、體積小、抗干擾實(shí)力強(qiáng)、價(jià)格廉等特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用在各種顯示領(lǐng)域，尤其在袖珍儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。LCD可分為段位式、字符式和點(diǎn)陣式三種。如右圖所示。圖數(shù)字萬(wàn)用表5.2.1LCD顯示器結(jié)構(gòu)原理LCD(液晶顯示器LiquidCrystalDisplay的英文縮寫(xiě))是借助外界光線照射液晶材料而實(shí)現(xiàn)顯示的被動(dòng)顯示器件。液晶是一種介于液體與固體之間的熱力學(xué)的中間穩(wěn)定相，在確定的溫度范圍內(nèi)既有液體的流淌性和連續(xù)性，又有晶體的各向異性。5.2.2LCD顯示器驅(qū)動(dòng)方式

LCD的驅(qū)動(dòng)方式一般有干脆驅(qū)動(dòng)（靜態(tài)驅(qū)動(dòng)）和多極驅(qū)動(dòng)（時(shí)分割驅(qū)動(dòng)）兩種方式。接受干脆驅(qū)動(dòng)的LCD電路中，顯示器件只有一個(gè)背極（即下玻璃電極基板），但每個(gè)字符段都有獨(dú)立的引腳；而多極驅(qū)動(dòng)的LCD電路中，顯示器具有多個(gè)背極，各字符段按點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)排列，這是顯示字段較多時(shí)常接受的驅(qū)動(dòng)方式。

圖6-10為段位式7段LCD的電極配置及譯碼驅(qū)動(dòng)電路，7個(gè)字段的幾何排列依次與LED的“日”字型相同。A、B、C、D為二進(jìn)制BCD碼的輸入端，譯碼器的7段輸出a、b、c、d、e、f、g引腳分別接7個(gè)字段驅(qū)動(dòng)電路的限制端Y，公共端COM接確定周期的方波信號(hào)。5.2.3段位式LCD接口電路

1、硬件電路

同8段LED數(shù)碼管一樣，段位式LCD與CPU的顯示接口電路也有多種。我們?nèi)蕴接懮衔牡母纱囹?qū)動(dòng)方式，現(xiàn)以6位LCD靜態(tài)顯示電路為例。如圖6-11所示，運(yùn)用單片機(jī)的一個(gè)8位并行I/O口作為譯碼驅(qū)動(dòng)以及6片BCD7段譯碼驅(qū)動(dòng)器4056、2片4位液晶顯示驅(qū)動(dòng)器4054、1片4-16譯碼器4514和1片單穩(wěn)多諧振蕩器4047，就組成了一個(gè)完整的LCD顯示接口電路。

5.2.4點(diǎn)陣式LCD接口電路引言1、液晶模塊接線原理2、液晶模塊指令說(shuō)明3．軟件初始化4、應(yīng)用舉例

引言

點(diǎn)陣式LCD不但可以顯示字符，而且可以顯示各種圖形及漢字。把點(diǎn)陣式LCD與配套或選定的驅(qū)動(dòng)器、限制器集成在一起，就組成點(diǎn)陣式圖形液晶顯示模塊，限制器的種類很多，比如日本東芝的T6963,日立的HD61880,精工的SED1330/SED1335等?，F(xiàn)以12864點(diǎn)陣式LCD液晶顯示模塊為例加以說(shuō)明。液晶顯示模塊12864主要由行/列驅(qū)動(dòng)器及128×64全點(diǎn)陣液晶顯示器組成。內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)和128個(gè)16×8點(diǎn)的ASCII字符集。可以同時(shí)顯示8×4個(gè)（16×16點(diǎn)陣）漢字和圖形顯示。它與CPU的接口連線可接受并行或串行兩種方式。

1、液晶模塊接線原理

圖6-12

液晶模塊與單片機(jī)并行連接原理圖

圖6-12為液晶模塊與單片機(jī)的并行連接原理圖，表6-4為其引腳功能描述。引腳引腳名稱電平功能描述1VSS0V電源地2VCC+5V電源正3VEE0~5V液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電壓，用來(lái)調(diào)整液晶顯示的對(duì)比度4RSH/LRS=“H”,表示D7-D0為顯示數(shù)據(jù)，RS=“L”,表示D7-D0為控制指令5R/WH/LR/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到D7-D0，R/W=“L”,E=“H→L”,D7-D0數(shù)據(jù)被寫(xiě)到IR或DR6EH/L使能信號(hào)7~14D0~D7H/L數(shù)據(jù)線

15BL_ENH/L背光源使能16BL_VDD4.2V背光源電壓

2．液晶模塊指令說(shuō)明

3．軟件初始化

5．應(yīng)用舉例

液晶字符顯示的RAM地址與32個(gè)字符顯示區(qū)域有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表6-6所示，應(yīng)留意其排列類似于隔行掃描。運(yùn)用時(shí)還應(yīng)留意以下3點(diǎn)：（1）要在某一個(gè)位置顯示中文字符時(shí)，應(yīng)先設(shè)定顯示字符位置，即先設(shè)定顯示地址，再寫(xiě)入中文字符編碼。（2）顯示ASCII字符過(guò)程與顯示中文字符過(guò)程相同。不過(guò)在顯示連續(xù)字符時(shí)，只須設(shè)定一次顯示地址，由模塊自動(dòng)對(duì)地址加1指向下一個(gè)字符位置，否則，顯示的字符中將會(huì)有一個(gè)空ASCII字符位置。（3）當(dāng)字符編碼為2字節(jié)時(shí)，應(yīng)先寫(xiě)入高位字節(jié)，再寫(xiě)入低位字節(jié)。80H81H82H83H84H85H86H87H90H91H92H93H94H95H96H97H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH例如在第3行第1、2列顯示“液晶”兩個(gè)中文字符時(shí)，寫(xiě)入RAM的地址應(yīng)為88H,89H。具體過(guò)程如下：首先，應(yīng)依據(jù)ST7920-BIG5中文字形碼(不同的液晶模塊接受的字庫(kù)編碼可能不同，如有的運(yùn)用ST7920-GB簡(jiǎn)體中文字型)，查找“液”字的編碼為“B247”,“晶”字的編碼為“B4B9”.在進(jìn)行了軟件初始化后，其軟件編程步驟如下：步驟1:令RS，R/W為低電平；(表示后面送入的內(nèi)容是指令)步驟2:送88H到D7-D0；(設(shè)定顯示的位置，第三行第一列)步驟3:令RS為高電平，R/W為低電平；（表示后面送入的內(nèi)容是數(shù)據(jù)）步驟4:送B2H到D7-D0;（先送高位字節(jié)）步驟5:送47H到D7-D0;（后送低位字節(jié)，顯示“液”字）步驟6:令RS，R/W為低電平；(表示后面送入的內(nèi)容是指令)步驟7:送89H到D7-D0；(設(shè)定顯示的位置，第三行其次列)步驟8:令RS為高電平，R/W為低電平；（表示后面送入的內(nèi)容是數(shù)據(jù)）步驟9:送B4H到D7-D0;（先送高位字節(jié)）步驟10:送B9H到D7-D0;（后送低位字節(jié)，顯示“晶”字）5.3圖形顯示器引言6.3.1圖形顯示器概述6.3.2圖形顯示畫(huà)面

引言

除了小型限制裝置接受數(shù)字顯示的LED和LCD外，大中規(guī)模的計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)中，圖形顯示器已是必不行少的一種人機(jī)界面方式，它能一目了然地展示出圖形、數(shù)據(jù)和事務(wù)等各種信息，以便操作者直觀形象地監(jiān)視和操作工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。這種方式的硬件接口技術(shù)特別成熟，其顯示器及其限制電路已成為計(jì)算機(jī)限制的一種基本配置，而軟件設(shè)計(jì)一般是借助于工控組態(tài)軟件或高級(jí)語(yǔ)言如VB、VC等來(lái)完成的。5.3.1圖形顯示器概述常用的圖形顯示器有兩種：CRT顯示器和TFT平面顯示器。

1、CRT顯示器

陰極射線管CRT（CathodRayTube）顯示器由一個(gè)圖形監(jiān)示器和相應(yīng)的限制電路組成。在工業(yè)計(jì)算機(jī)中，插入一塊VGA/TVGA圖形限制板即可實(shí)現(xiàn)功能很強(qiáng)的圖象顯示功能。目前，CRT顯示方式因其硬件技術(shù)成熟、軟件支持豐富、價(jià)格比較低廉而成為計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種圖形顯示技術(shù)，可以滿足大部分工業(yè)限制現(xiàn)場(chǎng)的一般性須要。5.3.2圖形顯示畫(huà)面引言1．總貌畫(huà)面2．分組畫(huà)面3．點(diǎn)畫(huà)面4．流程圖畫(huà)面5．趨勢(shì)曲線畫(huà)面6．報(bào)警顯示畫(huà)面7．操作指導(dǎo)畫(huà)面

引言

接受圖形顯示器和鍵盤作人機(jī)接口終端,可以直觀形象地監(jiān)視和操作工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。所設(shè)計(jì)出的顯示畫(huà)面，既要反映出整個(gè)生產(chǎn)的工藝流程，又要便于單元操作限制；既要有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，又要有歷史記憶功能。從而使得一臺(tái)圖形顯示終端完全替代傳統(tǒng)的儀表盤及其盤面上的調(diào)整器、指示儀、記錄儀、報(bào)警儀、模擬屏以及開(kāi)關(guān)按鈕、指示燈等。

早期的系統(tǒng)設(shè)計(jì)者是用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)畫(huà)面程序的，后來(lái)多接受功能強(qiáng)大的高級(jí)語(yǔ)言，現(xiàn)在的限制廠商接連推出了人機(jī)對(duì)話式的系統(tǒng)組態(tài)軟件，諸如美國(guó)的Intouch、Fix和德國(guó)的Wincc，國(guó)內(nèi)的組態(tài)王、力控、MCGS和Controx等。利用這些專用組態(tài)軟件可以便利地組態(tài)成各種須要的顯示畫(huà)面。常用的顯示畫(huà)面有總貌畫(huà)面、分組畫(huà)面、點(diǎn)畫(huà)面、流程圖畫(huà)面、趨勢(shì)曲線畫(huà)面、報(bào)警顯示畫(huà)面、操作指導(dǎo)畫(huà)面等等。

當(dāng)被控量或限制回路較多時(shí)，操作員要逐個(gè)地監(jiān)視推斷各過(guò)程參數(shù)是否正常，并據(jù)此對(duì)限制回路進(jìn)行操作是很困難的。為此，在總貌顯示畫(huà)面上用顏色、閃光或音響來(lái)最大限度地顯示出多個(gè)限制回路的運(yùn)行狀態(tài)。圖6-14給出一個(gè)中心空調(diào)限制系統(tǒng)的總貌畫(huà)面，用棒狀圖表示限制回路的偏差，用小方塊指示限制回路的報(bào)警狀態(tài)，每個(gè)棒圖或方塊的顏色表示1個(gè)工位點(diǎn)（參數(shù)），一般8個(gè)工位點(diǎn)為一組，每幅畫(huà)面可顯示約40個(gè)組、320個(gè)點(diǎn)。如此，就有可能把整個(gè)大型限制系統(tǒng)的幾百個(gè)參數(shù)集中顯示在一、二個(gè)畫(huà)面上。1．總貌畫(huà)面

總貌顯示畫(huà)面中的每一組即8個(gè)工位點(diǎn)，對(duì)應(yīng)一幅分組畫(huà)面，如圖6-15所示。以棒圖或方塊方式同時(shí)顯示8個(gè)PID限制回路或開(kāi)關(guān)狀態(tài)；用數(shù)字、光柱表示被控量PV、給定值SP、偏差量DV和限制量OUT；用文字表示回路的的工位號(hào)或名稱以及運(yùn)行狀態(tài)，如自動(dòng)AUT、手動(dòng)MAN、串級(jí)CAS等。在分組畫(huà)面上，操作員可對(duì)限制回路進(jìn)行必要的操作，如變更SP、OUT、AUT、MAN等。此時(shí)，操作員可把每個(gè)顯示回路當(dāng)作一臺(tái)虛擬的儀表調(diào)整器來(lái)操作，所以分組畫(huà)面也稱為限制畫(huà)面。2．分組畫(huà)面

分組顯示畫(huà)面中的每一個(gè)工位點(diǎn)，對(duì)應(yīng)一幅點(diǎn)顯示畫(huà)面，如圖6-16所示。以棒圖、曲線、文字三種方式顯示該P(yáng)ID限制回路的各種參數(shù)，如被控量PV、給定值SP、偏差量DV和限制量OUT、比例帶P、積分時(shí)間I、微分時(shí)間D等；并用PV、SP和OUT三條趨勢(shì)曲線表示回路的運(yùn)行狀態(tài)。在點(diǎn)畫(huà)面上，操作員可對(duì)該P(yáng)ID限制回路的各種參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，所以點(diǎn)畫(huà)面也稱單回路顯示畫(huà)面或調(diào)整畫(huà)面3．點(diǎn)畫(huà)面

原來(lái)的儀表限制系統(tǒng)的儀表盤上方都有一塊用實(shí)物模型和發(fā)光體來(lái)模擬生產(chǎn)流程的大型模擬屏，以給操作人員直觀形象的視覺(jué)。與此類似，計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)則用流程圖畫(huà)面來(lái)進(jìn)行模擬顯示。流程圖畫(huà)面是用各種圖素、文字和數(shù)據(jù)等組合而成，在一個(gè)畫(huà)面上顯示出全部裝置回路的圖示狀況和工藝流程；除靜止畫(huà)面外，還有色調(diào)、閃光、圖形和文字連續(xù)變更的動(dòng)態(tài)畫(huà)面標(biāo)記出各個(gè)參數(shù)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，給人以總攬全局且身臨其境的感覺(jué)。4．流程圖畫(huà)面