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1、数字化医疗仪器,第三章 数字化医学仪器 人机接口,第三章 数字化医学仪器人机接口,3.1 键盘与接口键盘与微机的接口包括硬件和软件二部分。硬件：键盘结构及与主机的连接方式。软件：键盘管理程序。3.1.1键盘输入基础知识一.键盘的组织1.编码式键盘 键和专用键盘编码器构成.有键按下,自动生成键值。例如:MM5740AA芯片;INTEL 8279等。2.非编码式键盘(本章介绍)不含编码器,键盘只送出一个简单的闭合信号,对应的键值需有软件来译出。,1)独立式键盘 图 3-1(a),特点:一键一线.优点:结构简单,键容易识别.缺点:占用较多检测线,不便组成大型键盘.2)矩阵式键盘 图3-1(b)特点:
2、把检测线分成二组,一组为行线,另一组为列线,按键放在行线和列线的交叉点上.优点:键盘规模可扩大.缺点:键盘分析程序较复杂.键盘的工作方式 a)编程扫描方式(查询方式)b)中断工作方式 c)定时扫描方式,三.键抖动及消除,键抖动可能导致计算机将按键操作识别为多次操作.可采取以下措施:,(1)硬件电路消除法,(2)软件延时法当判定按键按下时,用软件延时10ms20ms,等待键稳定后重新再判一次,以躲过触点抖动期。,四.键连击的处理 图 3-4,3.1.2 独立式键盘接口方法,1.查询方式 图3-5 硬件接口;图3-6 软件流程图,中断方式 用中断方式处理8只按键电路,3.1.3 矩阵式键盘接口方法
3、,行扫描法步骤:1.判是否有键按下(没有键按下，读入值为FFH)。2.若有键按下,消除键抖动(延时10ms),再判是否有键按下。3.若确定有键按下,则求出按下键的键值。键值=行值+列值4.为保证按键每闭合一次,CPU只作一次处理,程序需等闭合 的键释放后再对其处理。RAM/IO 扩展器 8155结构:1.256BITS的静态RAM;2.二个可编程的8位并行I/O 口PA,PB;3.一个可编程的6位并行I/O口 PC;4.一个可编程的14位减法计数器TC.,二.线路反转法 图3-9,线路反转法的原理（1）先从P1的高四位输出“0”电平，从P1的低四位读键盘状态，设图中E键被按下，从P1的低四位输
4、入为1101，“0”对应按键代表的列。（2）线路反转，P1的低四位输出“0”电平，从P1高四位读键盘状态，从P1高四位输入0111，“0”对应按键代表的行位置。（3）数据合成特征码0111、1101，完全确定按键位置。（4）通过查键码转换表找到对应的键值(顺序码)。,3.2 键盘分析程序,单义键:一键一义多义键:一键多义 键盘分析程序的任务是对键盘的操作做出识别并调用相应的功能模块完成预定的任务。3.2.1 直接分析法(单一键构成的键盘)根据当前按键的键值,把控制直接分支到相应处理程序的入口,而无须知道再此之前的按键情况。图3-10 3-11优点:简明直观。缺点:命令的识别和处理程序的执行交错
5、在一起,层次不清楚。简单多义键的分析程序仍可用直接分析法来进行设计,不过要用多张转换表。图 3-12,3.2.2 状态分析法 将键盘分析程序作为时序系统，当条件改变后，它的状态可以发生变迁。当一个按键按下时，分析程序将根据它的现行状态和输入条件，决定产生何种相应动作以及变迁到哪一个新状态。在不同的状态下，同一按键会具有不同的含义。引入状态概念后，只需在存储器内开辟存储单元“记忆”当前状态，就能对当前按键的含义作出正确的解释，简化程序设计。,3.2.3 触摸屏一、概述 一些医疗场所不便安装键盘、鼠标等输入设备，同时也要让任何人都能操作，触摸屏就是一种理想的输入设备。二、分类及原理 触摸屏需收集以
6、下信息：触摸物进入触摸屏的坐标、触摸物在触摸屏上移动的新坐标、触摸物离开触摸屏的坐标、是否有东西触摸等 1.红外线触摸屏（以红外线检测技术为基础）原理：物体进入检测区，遮挡住若干条红外光栅，红外接收管输出的信号就会发生变化，从而检测出触摸点的坐标和触摸屏的状态。优点：对触摸的物体没有太严格的要求；,触摸物只要进入红外检测区域即可；触摸屏不易损坏，寿命较长，成本也较低。缺点：外界光线变化会影响其准确度；不防水，不防污秽，易导致误差。2电阻式触摸屏（压力感应式）原理：外层OTI作导电体，二层OTI附上电压场，层间以细小的透明隔离点隔开。平时这些隔离点的电阻近似相同，当手指接触屏幕，两层导电层出现一
7、个接触点，该点电阻发生变化，便可以计算出触摸的位置。优点：不受尘埃、水、污秽影响 缺点：触摸屏的寿命不长久3电容式触摸屏4声表面波式触摸屏,3.3 LED显示及接口,3.3.1 LED显示原理LED-发光二极管.LED的正向压降:1.2V 2.6V。工作电流:5mA 20mA。适合于脉冲工作状态,电路须串联适当的限流电阻.LED显示器的类型:单个、七段和点阵式。一.单个LED显示器常用于仪器的状态显示之用.图3-16,二.七段LED显示器,将数个LED组成一个阵列,并封装于一个标准的外壳中.七段LED显示器有共阳极和共阴极两种结构.图 3-17可用于显示09数字和多种字母。,为了显示某个数或字
8、母,须点亮对应的段,则需要译码.,1.硬件译码(由七段译码/驱动器完成)图 3-18计算机时间的开销较小,但硬件开支大。,2.软件译码 图 3-19 表 3-4,省略了硬件,其BCD码转换为对应的段码由软件来完成。,三.点阵式LED显示器,以点阵格式进行显示,显示的字符较逼真,但接口电路和控制程序较复杂.常用57点阵。图 3-20,3.3.2 七段LED显示及接口,按显示方式分：静态显示和动态显示之分。静态显示及其接口特点:每位显示器都有自己的锁存器,译码器(若采用软件译码可省略)和驱动器。优点:在每一位显示输出后能够保持显示不变。缺点:当显示位数较多时,占用的I/O口较多图 3-21动态扫描
9、显示及其接口特点:微机应定时对各个显示器进行扫描,显示器件分时轮流工作,每次只使一个器件显示。优点:使用硬件少,占用I/O口少。缺点:占用机时长,只要不执行显示程序,就立刻停止显示。图 3-23,3.3.3点阵LED显示器,3.4CRT显示及接口,主要用于显示图形和表格3.4.1光栅扫描CRT字符显示系统光栅扫描CRT字符显示原理扫描过程系统组成:显示RAM,字符发生器,并/串移位器,混合电路和逻辑定时电路等组成。图3-26,二.双行缓冲器工作方式,作用:为了保证系统能连续工作.图3-28,三.系统的定时,CRT中各个字符显示的位置应与显示RAM中字符ASCII码的地址严格一一对应,这需系统的
10、定时电路给予保证。图3-29,四.CRT显示电路的组成,典型的CRT控制器有 Intel 8275CRTC,Motorola 6845 CRTC。图3-30 3-31,3.4.2光栅扫描CRT图形显示系统,显示RAM中存放的是由软件形成的图形点阵,显示RAM中的每个存储单元中的每个数位都与显示屏上的某一像素点一一对应.图3-32图形光栅显示系统中不再需要字符发生器.原理框图图3-33CGA逻辑框图图3-34,3.4.3随机扫描CRT图形显示系统,采用示波器的X-Y显示原理,即分别向CRT水平和垂直输入端加以连续变化的电压信号,通过控制电子束的偏转便可形成连续的各种形状的光迹.如果在栅极上加入适
11、当的消隐脉冲,则可构成不连续线条,形成各种字符和图形.用于显示波形的,智能示波器采用的CRT显示系统图3-35,3.5 LCD数码显示技术,LCD优点：耗电低，驱动电压低，结构空间小，有效显示面积大、体薄物轻。3.5.1 LCD数码显示 采用交流驱动，直流分量在100mv以 下，频率50100Hz，取方波效果最好。交流驱动LCD显示原 理图如右图所示。,图3-34 LCD交流驱动,LCD硬件译码驱动静态显示电路,为了在4N07显示器上显示48.5数字，执行如下程序：MOV A，#85H MOV DPTR，#8000H MOVX DPTR，A MOV A，#0F4H INC DPTR MOVX
12、DPTR，A MOV A，#20H MOV DPTR，#8007H MOVX DPTR，A,自动消隐0前缀子程序：OTF：MOV R0，#4DH MOV R1，#02H OTL：MOV A，R0 ANL A，#0F0H JNZ OT2 MOV A，R0 ORL A，#0F0H MOV R0，A ANL A，#0FH JNZ OT2 MOV R0，#0FFH DEC R0 DJNZ R1，OTL MOV 4CH，#0F0H OT2：RET,三线LCD显示电路,图3-36 三线LCD显示电路,图3-37 三线LCD显示电路结构原理,3.5.2 点阵式LCD显示,有专用指令集，受CPU控制，产生驱动
13、LCD的时序脉冲，控制LCD工作状态，管理LCD显示存储区。原理示意图如下：,（1）E-1330特点：可以管理64KRAM；功能很强的IO缓冲器；指令丰富；发送的数据以4位并行方式传输。（2）E-1330引脚：与CPU接口部分；控制部分；显示驱动部分。下表为缓冲器地址表,（3）E-1330指令集,(4)E-1330的应用(a)初始化设置：其一是控制器工作参数的设置；其二是显示窗口设置。(b)显示存储空间的分配：把显示RAM分成四个区域。第一、二显示存储区为主，三、四区域为一、二区之补充。第二区仅为图形显示方式。(c)显示功能设置：关显示、开显示无闪烁、开显示2Hz闪烁或开显示1Hz闪烁。(d)
14、显示数据的输入步骤：设置光标地址指针。设置光标地址指针的移向。数据写入。,3.6打印机接口,3.6.1 TPuP-40B/C 微型打印机及其接口它是由单片机控制的超小型智能点阵打印机。每行可打印40个57点阵字符，可打印240种代码字符，并有绘图功能。一.TPuP-40B/C微型打印机接口信号 DB0DB7:单向数据传输线.STB:数据选通信号,上升沿将8位数据输入打印机并被保存.BUSY:“忙”信号.有效时,主机不得使用STB向打印机送数.ACK:“应答”信号.有效时,表示打印机已经取走数据.,二.TPuP-40B/C与MCS-51单片机接口(图3-37),P2.7与WR相或后,作为选通信号
15、,故打印机的地址为7FFFH.,MOV DPTR,#7FFFHLOOP:MOVX A,DPTRJB ACC.7,LOOPMOV A,R1MOVX DPTR,A,三.TPuP-40B/C打印机代码(表3-5 3-6),共有256个代码.四.汉字打印技术可使用打印点阵图命令将汉字当作图形来处理.1.采用打印点阵图的命令每次最多可打印240*8点阵图,每个字为7*8点阵.2.利用TPuP-40B/C 提供的16*16固化汉字打印功能约有1600个汉字点阵.五.微型打印机接口管理程序,3.6.2 热转印打印机,优点：噪音小、成本低、重量轻、体积小、成像文本保存 性好、彩色输出质量高 缺点：打印速度较慢，易耗品，较贵分类：按其印字方式分为串式印字和行式印字；按其色带可分为热熔型热转印与升华型热转印 原理：热转印打印机的是用半导体集成电路技术制成的薄膜头，其关键部件是发热电阻。在热印字头与记录纸之间有热转印色带，它是由具有热敏性能的油墨涂在涤纶基膜上加热，热量迅速传至基膜背面，使基膜上的油墨熔化而转移到记录纸上，于是在记录纸上留下色点。,3.6.3 激光打印机,一、概述 是激光扫描技术和复印机电子照相技术相结合的产物。优点：质量高、速度快、噪音低二、机械结构,三、印字原理1.带电2.曝光3.显影4.转印5.定影6.清除残像,四、激光扫描系统,五、控制电路,
