第三章 人机对话与数据通信键盘

LCD 显示器触摸屏技术

串行总线数据通信PTR2000 无线数据传输

3.1 键盘• 键盘的种类：键盘上闭合键的识别是由专用 硬件实现的，称为编码键盘，靠软件实现的称为非编码键盘。• 键盘的接口必须解决下列的一些问题：• （ 1 ）决定是否有键按下；• （ 2 ）如有键按下，决定是哪一个键被按下；• （ 3 ）确定被按键的读数；

（ 4 ）反弹跳—按键抖动的消除。 （ 5 ）处理同时按键既同时有一个以上的按键。

3.1.1 非编码键盘1. 独立连接式非编码键盘

µP

接口

+V

10kΩ*4

2. 矩阵式非编码键盘识别按键的方法 行扫描法线反转法

行线x2

x1

x0

y0 y1 y2 y3

列线

0

4

8 9

5

1 2 3

76

A B

10KΩ*3

+5V 行 码 列 码0 键： 1 1 0 1 1 1 0

1 键： 1 1 0 1 1 0 1 2 键： 1 1 0 1 0 1 1 3 键： 1 1 0 0 1 1 1 4 键： 1 0 1 1 1 1 0 5 键： 1 0 1 1 1 0 1

A 键： 0 1 1 1 0 1 1

线反转法

并 行 接 口

11010000

+5V

+5V 并 行 接 口

11011011

+5V

+5V

P2.7P2.0WRRD

ALEP0

8031

CEIO/MWRRDALED0~D7

PA7

PA0

PC0

PC1

PC2

PC3

+5V

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

5.1K×4

+5V1K

20µFRESET

8155

PA6PA5

PA4PA3

PA2

PA1

非编码键盘接口

3.1.2 键盘信号的获取方法有三种： .程序扫描法中断扫描法定时中断法键盘监控程序设计方法有 . 直接分析法 状态矩阵法3.1.3 编码键盘 . 编码键盘的基本任务是识别按键，提供按键读数，一个高质量的编码键盘还应具有反弹跳、处理同时按键等功能 . . 静态编码器—普通编码器如 74148可编程键盘 / 显示接口 如 8279

• 静态式编码器接口1

1

1

0

1

2

3

4

5

6

7

10

11

12

13

1

2

3

4

8

9

7

6

74148EI

A0

A1

A2 A2’

A1’

A0’

A0’A1’A2’键0

1

2

3

4

5

6

7

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

a ）接口电路 b ）真值表

D0D1D2D3D4 D5D6D7

P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4 P0.5P0.6P0.7

ALE

P2.7

RD

INT1

8051

RL7

RL6

RL5

RL4

RL3

RL2

RL1

RL0

CLK

A0

WRRD

IRQ

74LS373

RESET

SHIFTCNTL

20µF

+5V 2K

SL0

SL1

SL28279 74

LS1

38Y

0~Y

7

VCC

+5V

15141312111098

76543210

BIC8708

dp

BIC8708

+5V

f gc edba B0B1B2B3A0A1A2A3

CSWR

3.2 数码显示技术• 液晶显示是一种功耗极低的被动式显示器件。其优点为：工作电流比 LED 小几个数量级，尺寸小，厚度约为 LED 的 1/

3 等。LCD 的驱动方式 : 驱动方式由电极引线的选择确定。既 LCD 选定后，其驱动方式也就随之确定了。

静态驱动迭加驱动 ( 时分驱动 )

3.2.1 LCD 数码显示

3.2.1 、七段 LCD 显示器• 静态驱动方式 VA

1

=1

LCD

A

B C

不显示 显 示

VB

VC

VA-VC

迭加驱动方式 : 迭加驱动方式通常采用电压平均法。其占空比有 1/2 、1/8 、 1/12 、 1/16 、 1/32 、 1/64 等，偏比有 1/2 、 1/3 、 1/5 、

1/7 、 1/9 等。

硬件译码的 LCD 驱动接口 ---ICM7211

七位宽驱动器

七位宽锁存器

可编程4/7 译码器

七位宽驱动器

七位宽锁存器

可编程4/7 译码器

七位宽驱动器

七位宽锁存器

可编程4/7 译码器

七位宽驱动器

七位宽锁存器

可编程4/7 译码器

4 位锁存使能2 位锁存使能 2/4译码器

≥1 oneshot

振荡器 ÷128

使能检测器背光板驱动器 BP输入 / 输出

输入数据DS1DS2

振荡器输入

CS1CS2

第 4 位段输出 第 3 位段输出 第 2 位段输出 第 1 位段输出

ICM7211AM 与 8031 单片机的接口 BP ICM7211

D0 D1 D2 D3 DS1 DS2 CS1 CS2

=1 =1 =1 =1

P1.1P1.2P1.3P1.4P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P2.7WR

单片机

3.2.2 、字符式 LCD 显示器 • LCM-512-01A 点阵字符式液晶显示模块 : 自带驱动 IC 和液晶显示控制 IC 。该模块上的控制器是 HD44780 内部有字符发生器和显示数据存储器，可显示 96 个 ASCII 字符和 92 个特殊字符。

控制器LCD 显 示 屏

驱 动 器

E

R/W

RS

DB0DB7VDD

VO

VSS

二 . 模块各管脚的功能为：• ①Vss ： 地线输入端。• ②VDD ： +5V 电源输入端。• ③Vo ： 液晶显示面板亮度调节，通过 10~20K 的电阻接到 +5V 和地之间起调节亮度的作用。图 3-13所示为 Vo 的接法。• ④RS ： 寄存器选择信号输入线。当其为低电平时，选通指令寄存器；为高电平时选通数据寄存器。• ⑤R/W ： 读 / 写信号输入线。低电平为写入，高电平为读出。• ⑥E ： 使能信号输入线。读状态下，高电平有效；写状态下，下降沿有效。• ⑦~(14) D0~D7 ： 数据总线。可以选择 4 位总线或

8 位总线操作，选择 4 位总线操作时使用 D4~D7 。

三、 HD44780 指令集1. 清显示命令 : 0 0 0 0 0 0 0 1( 执行时间 1.64ms)

2. 光标返回命令 : 0 0 0 0 0 0 1 *( 执行时间 1.64ms) 3: 输入方式 : 0 0 0 0 0 1 I/D S( 执行时间 40µs) 设置光标、显示画面移动的方向。 I/D=1 ， AC 自动加 1 ，光标右移一个字符位。 S=0 无效， S=1 有效。

4. 显示开关控制 : 0 0 0 0 1 D C B 。 其中 :D=1 时开显示 ;D=0 时关显示 C=1 时光标显示 ;C=0 时光标消失B=1 为闪烁启用 ;B=0 时闪烁关闭

5. 光标、显示画面移动： 0 0 0 1 S/C R/L * * 其中： S/C=1 为显示画面位移； S/C=0 为光标位移 R/L=1 为右移； R/L=0 为左移

6. 功能设置 : 0 0 1 DL N F * * 。 其中 :DL=1 表示数据总线有效位长为 8 位 ;DL=0 表总线为 4 位 .N=1 表示字符行为两行 ;N=0 表示字符行为一行 .

F=1 表示字体为 5×10 点阵 ;F=0 为 5×7 点阵 . ( 高 4 有效 )

7.CGRAM 地址设置 : 0 1 A5 A4 A3 A2 A1 A0 。 8.DDRAM 地址设置 : 1 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 。

9. 读 BF 及 AC 值 : BF AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC010. 写数据 。 。

11. 读数据。 。 P0.0~0.7

80C31 373

138

+

DB7~0

R/W

RS

E

RD

WR

3.2.3 图形式 LCD 显示器• 一、 MGLS-19264 模块的内部电路结构

61203A 192×64 点

61202 61202 61202

Vcc

GND

Vo

/CSA

DB0~7

/CSB

D/I R/W E

64

64 64 64

二、引出线的功能• 1 ．  VCC ：模块 +5V 电源输入端。• 2 ．  GND ：地线输入端。• 3 ．  VO ： 显示亮度调节。• 4 ． CSA 、 CSB ：芯片选择控制。其值为 00 时选通

HD61202 （ 1 ），即选择左屏有效；值为 01 时选通HD61202 （ 2 ），即选择中屏有效；值为 10 时选通HD61202 （ 3 ），对应的选择右屏有效。

• 5 ． D/I ：数据、指令选择。 D/I=1 时进行数据操作；D/I=0 时写指令或读状态。

• 6 ． R/W ：读写选择信号。 R/W=1 为读选通； R/W=0 为写选通。

• 7 ． E ：读写使能信号。在 E 的下降沿，数据被写入HD61202 ；在 E 高电平期间，数据被读出。

• 8 ． DB0~DB7 ：数据总线。

三、 HD61202 显示 RAM 的地址结构 PAGE0DB0 DB7

PAGE1DB0 DB7

PAGE7DB0 DB7

PAGE6DB0 DB7

X=0

X=1

X=6

X=7

ROW1 ROW8

ROW9 ROW16

ROW49 ROW56

ROW57 ROW64

Y address0 1 2 3 61 62 63

四 .HD61202 的指令系统• 1. 显示开 / 关指令

DB0=1 时显示 RAM 内容• 2. 显示起始行设置• 3. 页设置指令• 4. 列地址设置指令• 5. 读状态指令

BUSY=1 表忙 ; ON/OFF=1 显示关闭 ; RESET=1 复位状态 .

• 6. 写数据指令• 7. 读数据指令

• R/W D/I B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0• 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1/0• 0 0 1 1 显示起始行 (0-6

3)• 0 0 1 0 1 1 1 页号• 0 0 0 1 显示列地址• 1 1 BUSY 0 ON/OFF RESET 0 0 0 0

• 0 1 写数据• 1 1 显示数据读

五、直接访问方式接口电路

80C31373

10KΩ

P0.0~P0.7 DB0~DB7

RD WR

P2.7 P2.6

-5V

D/I

R/W

VCC

V0

E

/CSA

/CSB

A0

A1

3.3 触摸屏简介• 一、触摸屏的类型

– 1. 按触摸屏的结构进行分类• 嵌入式 ( 内置式 ) 结构• 外挂式

– 2. 按触摸屏的检测手段进行分类• 红外式• 电阻式• 电容式• 表面声波式

电阻触摸屏电阻触摸屏的主要部分是一块多层的复合电阻薄膜 .它最大的特点是不怕油污，灰尘，水。电阻触摸屏共同的缺点是因为复合薄膜的外层采用塑胶材料 ,不知道的人太用力或使用锐器触摸可能划伤整个 触摸屏而导致报废。常用在 PDA 等手持设备或其它 .

红外触摸屏以光束阻断技术为基本原理，不需要在原来的显示器表面覆盖任何材料 .其主要优点是价格低廉、安装方便、可以用在各档次的计算机上。缺点 :发光二极管寿命比较短，影响了整个触摸屏的寿命 ;红外线触摸屏由于依靠感应红外线运作，外界光线变化会影响其准确性 , 且红外线触摸屏不防水不防污物，甚至非常细小的外来物体也会导致误差，影响性能。近来红外触摸技术有较大突破 . 主要应用在较大尺寸上 .

电容屏在原理上把人体当作一个电容器元件的一个电极使用，是利用人体的电流感应进行工作的 . 电容式触摸屏是众多触摸屏中最可靠、最精确的一种 ,但价钱也是众多触摸屏中最昂贵的一种。缺点是反光严重 , 最大缺点是漂移 .

表面声波触摸屏是众多触摸屏中较可靠、较精确的一种且其价格比适中，是现时触摸屏市场很畅销的产品。它具有低辐射、不耀眼、不怕震、抗干扰强等特点；抗刮伤性良好，不受温度、湿度等环境因素影响，寿命长透光率高，能保持清晰透亮的图像质量；没有漂移，只 需安装时一次校正；有第三轴（即压力轴）响应。灰尘、油污等对其表面影响较大。

性能类别 红外 四线电阻 电容 表面声波 五线电阻

价格 低 低 高 高 较高

清晰度   字符图象模糊 字符图象模糊 很好 较好

透光率 100% 90% 90% 98% 95%

色彩失真   有 有    

分辨率 1000*720 4096*4096 4096*4096 4096*4096 4096*4096防刮擦   主要缺陷 一般，怕硬物敲击 非常好且不怕硬物 一般，怕锐器野蛮使用 外框易碎 差 一般 不怕 好但锐器

反应速度 50-300ms 10-20ms 15-24ms 10ms 10ms

材料 塑料框架或透光外壳多层玻璃或塑料复合膜 四层复合膜 纯玻璃

多层玻璃或塑料复合膜多点触摸 左上角 中心点 中心点 智能判断 中心点

ADS7843 是一个内置 12 位模数转换、低导通电阻模拟开关的串行接口芯片。

3.4 串行总线数据通讯• 3.4.1 、 RS-232C 总线标准及应用

引脚号 信号名称 方 向 信 号 功 能1 DCD PC 机←仪器 PC 机收到远程信号（载波检测）2 RXD PC 机←仪器 PC 机接收数据3 TXD PC 机→仪器 PC 机发送数据4 DTR PC 机→仪器 PC 机准备就绪5 GND - 信号地6 DSR PC 机←仪器 仪器准备就绪7 RTS PC 机→仪器 PC 机请求发送数据8 CTS PC 机←仪器 仪器已切换到接收状态（清除发送）9 RI PC 机←仪器 通知 PC 机，线路正常（振铃指示）

电平转换芯片介绍 • (1) 驱动器的输出电平• 逻辑 0 ： +5V ～ +15V ； 逻辑 1 ： -5V~ -15V• (2) 接收器的输入检测电平• 逻辑 0 ：＞ +3V ； 逻辑 1 ：＜ -3V• RS-232C 使用的是负逻辑。

TXD

RXD RXD

TXDT1IN

R1OUT

T1OUT

R2OUT

R2IN

T2OUT R2OUT

T2IN

116

116

106

106

106

106

96

96

76

76

86

86

8031 8031MAX232A MAX232A

3.4.2 、 RS-422/485 标准总线及其应用• RS-449 与 RS-232C 的主要差别是信号的传输方式不同。 RS-449 接口是利用信号导线之间的电位差，可在 1200m 的双绞线上进行数字通信，速率可达 90kb/s 。由于 RS-449 系统用平衡信号差电路传输高速信号，所以噪声低，又可以多点或者使用公用线通信。 • RS-422 是 RS-449 标准的子集，规定了电气方面的要求。 • RS-422A 的传输率最大为 10Mb/s ，在此速率下，电缆允许长度为 120m 。如果采用较低传输速率，如 90kb/s ，最大距离可达 1200m 。• RS-485 是 RS-422A 的变形。 RS-422A 为全双工，可同时发送和接收； RS-485则为半双工，在某一时刻，一个发送另一个接收。

RS-232C 、 RS-422A 、 RS485 性能比较 接 口性 能 RS-232C RS-422A RS-485

操作方式 单端 差动方式 差动方式最大距离 /m 15(24kb/s) 1200(100kb/s) 1200(100kb/s)

最大速率 200kb/s 10Mb/s 10Mb/s

最大驱动器数目 1 1 32

最大接收器数目 1 10 32

接收灵敏度 ±3V ±200mV ±200mV

驱动器输出阻抗 300Ω 60kΩ 120kΩ接收器负载阻抗 3 ～ 7kΩ >4kΩ >12kΩ负载阻抗 3 ～ 7kΩ 100Ω 60 Ω对共用点电压范围 / V ±25 -0.25 ～ +6 -7 ～ 12

3.4.3 、 USB 通用串行总线及应用“ Universal Serial Bus” USB 具有如下一些特点：

USB 接口统一了各种接口设备的连接头， 即插即用（ plug-and-play ），并能自动检测与配置系统的资源。 具有“热插拨“（ hot attach &detach ）的特性。 USB 最多可以连接 127 个接口设备。 USB1.1 的接口设备采用两种不同的速度： 12Mb

ps （全速）和 1.5Mbps （慢速）。 USB 2.0 的传输速度最高可达到 480Mbps ，也即是 480Mbit/s.

（一） USB 基本特性 • USB 采用四线电缆，其中两根是用来传送数据的串行通道，另两根为下游设备提供电源 .

VBUS

D—

GND

D+

VBUS

D+

D—

GND

• USB 系统的基本构架可以分为三个主要的部分：USB 主机控制器 / 根集线器； USB 集线器； USB 设备。

主机

根集线器

Hub 端口USB 设备

Hub

（二） USB 的传输内幕 • 1 ．传输基础

配置通信 应用通信 管理总线上的数据 PC 到 PC 的通信

• 2 ． 设备端点 • 3 ． 连接设备到主机（设备列举） • 4 ． 传输类型

控制传输 中断传输 批量传输等时传输

（三）主机如何通信 • 分层驱动 • 驱动程序的选择

应 用 程 序

Win32 子系统

硬件设备驱动程序

总线驱动程序

硬 件

Win32 API 调用函数

I/O 请求封包（ IRP ）

I/O 请求封包（ IRP ）

硬件特定接口

用户模式

核心模式

USB 的通信中使用的阶层式驱动程序

（四） USB 接口器件及应用 • USB 专用接口芯片 PDIUSBD12 的主要特点：

高性能 USB 接口器件集成了SIE FIFO 存储器收发器以及电压调整器 。可与任何外部微控制器 / 微处理实现高速并行接口，2M 字节 /秒 。完全自治的直接内存存取DMA 操作 。集成 320 字节多结构 FIFO 存储器 。主端点的双缓冲配置增加了数据吞吐量并轻松实现实时数据传输 。在批量模式和同步模式下均可实现 1M 字节 /秒的数据传输速率 。具有良好 EMI 特性的总线供电能力 。

在挂起时可控制 LazyClock 输出 。可通过软件控制与USB 的连接 。采用 GoodLink 技术的连接指示器 , 在通讯时使 LED 闪烁 。可编程的时钟频率输出 。符合 ACPI OnNOW 和USB 电源管理的要求 。内部上电复位和低电压复位电路 。高于 8kV 的在片静电防护电路减少了额外元件的费用 。多中断模式实现批量和同步传输 。双电源操作 3.3±0.3V 或扩展的 5V 电源 , 范围为 3.6~5.5V 。

PDIUSBD12 的引脚 功能（ 1 ） DATA0~7 ：双向数据位。（ 2 ） ALE ：地址锁存使能。下降沿 关闭地址信息锁存。（ 3 ） CS-N ：片选。低电平有效。（ 4 ） SUSPEND ：器件处于挂起状态。（ 5 ） CLKOUT ：可编程时钟输出。（ 6 ） INT-N ：中断。低电平有效。（ 7 ） RD-N ：读选通。低电平有效。（ 8 ） WR-N ：写选通。低电平有效。（ 9 ） DMREQ ： DMA 请求。

（ 10 ） DMACK ： DMA 应答。低电平有效。（ 11 ） EOT-N ： DMA 传输结束。低电平有效。 EOT-N

D 仅当 DMACK-N 和 RD-N 或 WR-N 一起激活时才有效。（ 12 ） RESET-N ：复位。低电平有效且不同步。片内上电复位电路，该管脚可固定接 VCC 。（ 13 ） GL-N ： GoodLink LED 指示器。低有效。（ 14 ） XTAL1 ， XTAL2 ：晶振连接端。如果采用外部时钟信号取代晶振，可连接 XTAL1 ， XTAL2 应当悬空。（ 15 ） D+ ， D- ： USB D+ 和 D- 数据线。（ 16 ） VOUT3.3 ： 3.3V 调整输出。要使器件工作在 3.3V ，对 VCC和 VOUT3.3 脚都提供 3.3V 。（ 17 ） A0 ：地址位。 A0=0 ，选择命令指令； A0=1 ，选择数据。该位在多路地址 / 数据总线配置时可忽略，应将其接高电平。

C 96 8 p F

R 8

1 8 R + / -1 %

D 1 2 XTA L 2

R 1 0

1 M

D 1 2 D P

R 41 0 K

C 8

0 . 1 u F

/D 1 2 I N T

C 32 0 p F

/ G O O D L N K

+ C 64 . 7 u F 1 6 V 3 3 M H z

X2

R 7

1 8 R + / -1 %

+C 1

1 . 0 u F 1 6 V

D 1 2 XTA L 1

R 1 4

4 7 0 R

U S B D P

D 4

D 7

D 1 2 D M

/D 1 2 R D

D 2

U S B D M

V C C

C 1 2

0 . 1 u F

D 0

J 4

U P _ C O N N

12345

V B U SD -D +G N DS H I E L D

U 3

P89

CR

D2H

BA

1 31 2

3 73 83 9

1819

2 0

7

1 71 6

4 0

3 63 53 43 33 23 13 0

P 3 . 3P 3 . 2

P 0 . 2P 0 . 1P 0 . 0

X2

X1

V S S

P 1 . 6

P 3 . 7P 3 . 6

V C C

P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7_ E AA L E

+ C 1 11 .0 u F 1 6 V

+3 V 3

U 1P DIUS B D12

123456789

1 01 11 21 31 4 1 5

1 61 71 81 92 02 12 22 32 42 52 62 72 8

D A TA 0D A TA 1D A TA 2D A TA 3G N DD A TA 4D A TA 5D A TA 6D A TA 7A L EC S _ NS U S P E N DC L K O U TIN T_ N R D _ N

W R _ ND M R E Q

D M A C K _ NE O T_ N

R E S E T_ NG L _ N

XTA L 1XTA L 2

V C CD -

D +V O U T3 . 3

A 0

D 3

C 7 4 7 0 p F

C 22 0 p F R 9

1 M

/D 1 2 W R

C 1 0

2 2 p F

V C CD 6

D 1 2 S U S P D

6 M H zX1

+3 V 3

D 1

D 1 2 A L E/D 1 2 C S

D 1 2A 0

D 1L E D _ G R E E N

D 5

PDIUSBD12 与微控制器的接口

3.5 PTR2000 无线数据传输 调制解调器的功能

调制过程是在发送端把数字信号变换成能被模拟信道传输的模拟信号，这是一种数 /模变换过程，完成调制功能的设备是调制器；解调过程是在接收端再把接收到的模拟信号转换成数字信号，这是一种模 /数变换过程，完成解调功能的设备是解调器。

调制解调器的构成 调制解调器的分类

3.5.1 无线数传基础

3.5.2 PTR2000 无线收发模块的应用 • PTR2000 的特性 接收发射合一 . 国际通用的数传频段 433MHz   FSK （频移键控）调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合 采用 DDS+PLL 频率合成技术，频率稳定性极好。 灵敏度高，达到 -105dBm . 发射功率最大 +10dBm   低工作电压（ 2.7V ），功耗小，接收状态 250uA ，待机状态仅为 8uA.   具有两个频道，特别满足需要多信道工作的特殊场合 工作速率最高可达 20Kbit/s （也可在较低速率下工作如 960

0bps) 可直接接 CPU 串口使用如 8031 ，也可以接计算机 RS232接口，软件编程非常方便 由于采用了低发射功率、高接收灵敏度的设计，使用无需申请许可证

PTR2000 的管脚说明 (1)VCC ：正电源Vcc ，接 2.7V~5.25V

(2) CS ：频道选择。 CS＝ 0 ，选择工作频道 1 ，既 433.92MHz;CS=1, 选择频道0 ，既 434.33MHz 。(3) DO ：数据输出。(4) DI ：数据输入 。 (5) GND ：电源地。 (6) PWR ：节能控制。 PWR＝ 1 ，正常工作状态；PWR＝ 0 ，待机微功耗状态 。(7) TXEN ：发送接收控制。 TXEN＝ 1 时，模块为发送状态； TXEN＝ 0 时，模块为接收状态。

VCC

CS

DO

PTR2000 DI

GND

PWR

TXEN

1

2

3

4

5

6

7

89c51

P1.0

P1.1

P1.2

TXDRXD

PTR2000

接口电路

典型应用