《智能儀器》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《智能儀器（35頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第三章 人機(jī)對(duì)話與數(shù)據(jù)通信,第一節(jié) 鍵盤,本節(jié)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)控制系統(tǒng)中，除了與生產(chǎn)過程進(jìn)行信息傳遞的過程輸入輸出設(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)與命令，查詢和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)對(duì)話。,鍵盤接口電路,可分為編碼鍵

2、盤和非編碼鍵盤兩種類型。,編碼鍵盤,采用硬件編碼電路來實(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,僅提供按鍵的通或斷狀態(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)是使用方便，鍵盤碼產(chǎn)生速度快，占用,CPU,時(shí)間少，但對(duì)按鍵的檢測與消除抖動(dòng)干擾是靠硬件電路來完成的，因而硬件電路復(fù)雜、成本高。而,非編碼鍵盤,硬件電路簡單，成本低，但占用,CPU,的時(shí)間較長。,1,鍵盤輸入電路,主要知識(shí)點(diǎn),:,1.1,鍵盤的抖動(dòng)干擾,1.2,抖動(dòng)干擾的消除,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

3、下時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通而在彈起時(shí)也不能一下子完全地?cái)嚅_，因而在按鍵閉合和斷開的瞬間均會(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,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),。這是所有機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵在狀態(tài)輸出時(shí)的共性問題，抖動(dòng)的時(shí)間長短取決于按鍵的機(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)。,圖,1,按鍵的抖動(dòng)干擾,(,彈跳波形）,1.2,抖動(dòng)干擾的消除,按鍵的抖動(dòng)會(huì)造成按一次鍵產(chǎn)生的開關(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)，必須在按鍵閉合或斷開時(shí)，消除產(chǎn)生的前沿或后沿抖動(dòng)，去

4、抖動(dòng)的方法有軟件方法,和硬件方法,兩種。,1,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)消失后再檢測該鍵狀態(tài)，如果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，否則無鍵按下，從而消除了抖動(dòng)的影響。同理，在檢測到按鍵釋放后，也同樣要延遲一段時(shí)間，以消除后沿抖動(dòng)，然后轉(zhuǎn)入對(duì)該按鍵的處理。,2,硬件方法,硬件方法是設(shè)計(jì)一個(gè),濾波延時(shí)電路,或,單,/,雙穩(wěn)態(tài)電路,等硬件電路來避開按鍵的抖動(dòng)時(shí)間。,圖,2,濾波延時(shí)消抖電路,圖,2,是由,R,2,和,C,組成的濾波延時(shí)消抖電路，設(shè)置在按鍵,S,與,CPU,數(shù)據(jù)線,D,i,之

5、間。按鍵,S,未按下時(shí)，電容兩端電壓為,0,，即與非門輸入,V,i,為,0,，輸出,V,o,為,1,。當(dāng),S,按下時(shí)，由于,C,兩端電壓不能突變，充電電壓,V,i,在充電時(shí)間內(nèi)未達(dá)到與非門的開啟電壓，門的輸出,V,o,將不會(huì)改變，直到充電電壓,V,i,大于門的開啟電壓時(shí)，與非門的輸出,V,o,才變?yōu)?0,，這段充電延遲時(shí)間取決于,R,1,、,R,2,和,C,值的大小，電路設(shè)計(jì)時(shí)只要使之大于或等于,100ms,即可避開按鍵抖動(dòng)的影響。同理，按鍵,S,斷開時(shí)，即使出現(xiàn)抖動(dòng)，由于,C,的放電延遲過程，也會(huì)消除按鍵抖動(dòng)的影響。,圖,3,雙穩(wěn)態(tài)消抖電路,1,2,圖,3,工作過程如下：按鍵未按下時(shí)，,a=

6、0,，,b=1,，,輸出,Q=1,。,按鍵按下時(shí)，因按鍵的機(jī)械彈性作用的影響，使按鍵產(chǎn)生抖動(dòng)。當(dāng)開關(guān)沒有穩(wěn)定到達(dá),b,端時(shí)，因與非門,2,輸出為,0,反饋到與非門,1,的輸入端，封鎖了與非門,1,，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)不會(huì)改變，輸出保持為,1,，輸出,Q,不會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)的波形。當(dāng)開關(guān)穩(wěn)定到達(dá),b,端時(shí)，因,a=1,，,b=0,，使,Q=0,，,雙穩(wěn)態(tài)電路狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。當(dāng)釋放按鍵時(shí)，在開關(guān)未穩(wěn)定到達(dá),a,端時(shí)，因,Q=0,，,封鎖了與非門,2,，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)不變，輸出,Q,保持不變，消除了后沿的抖動(dòng)波形。當(dāng)開關(guān)穩(wěn)定到達(dá),a,端時(shí)，因,a=0,，,b=0,，使,Q=1,，,雙穩(wěn)態(tài)電路狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸

7、出,Q,重新返回原狀態(tài)。由此可見，鍵盤輸出經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)電路之后，輸出已變?yōu)橐?guī)范的矩形方波。,2,非編碼獨(dú)立式鍵盤,主要知識(shí)點(diǎn),:,2.1,查詢法接口電路,2.2,中斷法接口電路,2.1,查詢法接口電路,現(xiàn)以,3,個(gè)按鍵為例，,圖,4,即為,獨(dú)立式鍵盤查詢法接口電路,。按鍵,S,0,、,S,1,、,S,2,分別通過上拉電阻與,CPU,的數(shù)據(jù)線,D,0,、,D,1,、,D,2,相連，當(dāng)按鍵,S,i,閉合時(shí)，數(shù)據(jù)線直接接地，因而,CPU,讀入,D,i,=0,；,當(dāng)按鍵,S,i,斷開時(shí)，數(shù)據(jù)線通過上拉電阻接到正電源，因而,CPU,讀入,D,i,=1,。,該接口電路實(shí)現(xiàn)的功能為：查詢檢測是否有鍵按下，如有鍵

8、閉合，則消除抖動(dòng)，再判斷鍵號(hào)，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理。其程序流程如,圖,5,所示。,采用,查詢法,時(shí)，必須保證,CPU,每隔一定時(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。顯然這種方式占用,CPU,時(shí)間比較多。,圖,4,獨(dú)立式鍵盤結(jié)構(gòu)原理,圖,5,獨(dú)立式鍵盤查詢法程序流程圖,2.2,中斷法接口電路,仍以,3,個(gè)按鍵為例，,圖,6,是一個(gè)爐溫控制系統(tǒng)的功能鍵分配圖，,S,0,、,S,1,、,S,2,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,S,0,、,S,1,、,S,2,的數(shù)據(jù)輸出線經(jīng)過與

9、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)出中斷請(qǐng)求信號(hào)經(jīng)中斷控制器,8259A,與,CPU,的中斷請(qǐng)求引腳相連，這是一種典型的,中斷法鍵盤接口電路,。,圖,6,獨(dú)立式鍵盤中斷法接口電路,工作過程如下：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,S,0,鍵即表示要進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(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?，?8255A,端口,A,的選通輸入信號(hào),PC4,有效，則,PA,0,PA,2,引腳接收并存入,3,個(gè)按鍵的“

10、,0”,或“,1”,狀態(tài)；,8255A,的,PC3,發(fā)出,INTRa,中斷請(qǐng)求信號(hào)，經(jīng)中斷控制器,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,S,0,=0,）,時(shí)，則轉(zhuǎn)到自動(dòng),/,手動(dòng)控制子程序的入口地址，從而使系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)。如果沒有鍵按下，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,繼續(xù)運(yùn)行主程序。,鍵盤中斷服務(wù)子程序，與查詢方式相似，在保護(hù)現(xiàn)場后，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，最后恢復(fù)現(xiàn)場、中斷返回。顯然，查詢順序

11、代表了按鍵的排隊(duì)優(yōu)先級(jí)。,采用中斷法時(shí)，,CPU,對(duì)按鍵而言是被動(dòng)方式，在無鍵按下時(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。,上述分析說明：獨(dú)立式鍵盤接口電路簡單靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個(gè)按鍵必須占用一根,I/O,口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要占用較多的,I/O,口線。比如,64,個(gè)按鍵，需要有,64,根線，不僅連線復(fù)雜，查詢按鍵的時(shí)間也較長。故這種鍵盤電路只適合于按鍵數(shù)量比較少的小型控制系統(tǒng)或智能控制儀表中。,3,非編碼矩陣式鍵盤,主要知識(shí)點(diǎn),:,3.1,矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)組成,3.2,矩陣式鍵盤的程序設(shè)計(jì),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

12、,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，二線不直接相通而是通過一個(gè)按鍵跨接接通。采用這種矩陣結(jié)構(gòu)只需,M,根行輸出線和,N,根列輸入線，就可連接,MN,個(gè)按鍵。通過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)，再通過鍵盤處理程序便可識(shí)別鍵值。,鍵盤與,CPU,的接口可采用并行端口,8255A,、,鎖存器或緩沖器一類。,圖,7,給出了一種,88,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,X,0,X,7,連接組成，列輸入電路由三態(tài)緩沖器,74LS244,與列線,Y,0,Y,7,以及上拉電阻組成。,X,、,Y,線的每一個(gè)交叉處跨接

13、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,PORT,1,。,圖,7,矩陣式鍵盤接口電路,當(dāng)鍵盤中無任何鍵按下時(shí)，所有的行線和列線被斷開且相互獨(dú)立，輸入線,Y,0,Y,7,列都為高電平；當(dāng)有任意一鍵按下時(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。基于此，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。如果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

14、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；如果沒有任何一根列線為低電平，則說明此,(,低電平,),行沒有鍵按下。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，若無鍵按下則返回。,有時(shí)為了快速判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，然后檢測列線的電平狀態(tài)，若所有列線均為高電平，則說明鍵盤中無鍵按下，立即返回；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。,線反轉(zhuǎn)法,并 行 接 口,1,1,0,1,0,0,0,0,+5V,+5V,并 行 接 口,1,1,0,1,1,0,1,1,+5V,+5V,3.2,矩陣式鍵盤的程序設(shè)計(jì)

15、,在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是,CPU,工作的一部分。因此在設(shè)計(jì)鍵盤掃描程序時(shí)，必須要保證鍵盤操作的實(shí)時(shí)性，又不能占有,CPU,太多的時(shí)間，還要充分考慮到抖動(dòng)干擾的消除。一般可根據(jù)情況選用,編程掃描,、,定時(shí)掃描,或,中斷掃描,中的一種方式。,下面來考慮,行掃描程序,的編寫與準(zhǔn)備。逐行輸出行掃描信號(hào)“,0”,，即是,CPU,依次使行線,X,0,X,7,為低電平，其輸出數(shù)據(jù)代碼分別為,01H,（,X,0,線）、,02H,（,X,1,線）、,04H,（,X,2,線）、,08H,（,X,3,線）、,10H,（,X,4,線）、,20H,（,X,5,線）、,40H,（,X,6,線）、,80H,（,X

16、,7,線）。,為消除按鍵的抖動(dòng)干擾，程序中需調(diào)用延時(shí),100ms,的子程序,以便認(rèn)定確有鍵按下再識(shí)別其鍵值。,求十進(jìn)制鍵值的方法是分別設(shè)一個(gè)行值寄存器,CL,和列值寄存器,DL,。,接口電路中跨接在行列線上的,64,個(gè)鍵，由于同一列相鄰行之間相隔數(shù),8,，所以每進(jìn)行一次“,0”,行掃描后，如果此行無鍵按下，則行寄存器,CL,應(yīng)加,08,再進(jìn)行下一行的“,0”,行掃描；若有鍵按下則不加,08,而轉(zhuǎn)求列值，由于列值比鍵值,小,1,，如第一行第一列的鍵按下時(shí)列值,Y,0,(,即數(shù)據(jù)位,D,0,),0,比,01,鍵值,小,1,，所以列值寄存器,DL,應(yīng)先加,1,，然后將讀入的列值循環(huán)右移，判斷進(jìn)位位,CF,是否等零即有否鍵按下，若無鍵按下，再繼續(xù)加,1,、右移、判斷，重復(fù)上述過程直到有鍵按下。最后把行值和列值相加并進(jìn)行,DAA,修正，即可得到所求的十進(jìn)制鍵值。,例如跨接在,X2,行與,Y1,列的,18,鍵按下，其鍵值計(jì)算方法如下：第一次,“,0,”,行掃描,X0,行，無鍵按下，,CL=00+08=08,，,接下來掃,X1,行，仍無鍵按下，加,08,并進(jìn)行,DAA,修正，,CL=08+08=16