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深圳電子產(chǎn)品開發(fā),工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

日期:2024-10-05 19:45
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摘要:
由點(diǎn)陣式液晶顯示器和旋轉(zhuǎn)式光電編碼開關(guān)構(gòu)成的智能儀器的人機(jī)交互界面,使儀器的操作向菜單式、傻瓜型邁進(jìn)。在闡述光電編碼開關(guān)基本原理和使用方法的基礎(chǔ)上,介紹了I2C 接口芯片電路形成的硬件輸入結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了簡(jiǎn)潔的風(fēng)格。在軟件方面,則以當(dāng)前的液晶屏顯示窗口作為界面狀態(tài),以狀態(tài)跟蹤為主線形成基于界面狀態(tài)的模塊式程序結(jié)構(gòu),這種程序結(jié)構(gòu)的作業(yè)鏈清晰,便于調(diào)試,而且適合于儀器改進(jìn)和升級(jí)時(shí)功能軟件的增加或變換。在由上位機(jī)與之組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)時(shí),操作命令下傳后的任務(wù)執(zhí)行程序也是及其簡(jiǎn)單的。

  帶有微處理器的儀器的操作曾經(jīng)是通過儀器面板上眾多的功能鍵和數(shù)字鍵來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的,程序用查詢的方法掃描鍵盤或響應(yīng)鍵盤中斷的方法讀回鍵值,然后散轉(zhuǎn)各分支程序去執(zhí)行相應(yīng)的功能子程序,完成相應(yīng)的作業(yè)。使用者往往不得不借助厚厚的使用說明書來熟悉、來指南儀器面板上各種按鍵的定義和操作的方法。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展及大屏幕點(diǎn)陣式液晶顯示器的出現(xiàn),使得智能化儀器的操作也向菜單式、傻瓜型邁進(jìn)。通過液晶屏上的菜單選項(xiàng),用面板上三四個(gè)按鍵或旋轉(zhuǎn)式光電編碼開關(guān),就能完成儀器操作所必需的參數(shù)設(shè)置、命令執(zhí)行等必要的人機(jī)交互。該類儀器的程序結(jié)構(gòu)也適應(yīng)了其菜單式"傻瓜"界面的特點(diǎn),用后臺(tái)大量的編程工作換取了前臺(tái)儀器操作的極其簡(jiǎn)單和方便。本文從軟硬件設(shè)計(jì)的角度,討論智能儀器中菜單式交互界面形成的原理和實(shí)現(xiàn)的方法。

  1  交互界面的輸入結(jié)構(gòu)

  在菜單式界面的智能儀器中,人機(jī)交互的指令輸入部件可用按鍵或旋轉(zhuǎn)式光電編碼開關(guān)。按鍵由增鍵、減鍵和確認(rèn)鍵構(gòu)成(圖1) .使用這3 種操作可以用來在液晶顯示屏上移動(dòng)光標(biāo)、數(shù)據(jù)輸入和操作選定等。增鍵和減鍵用于選擇菜單中選項(xiàng)時(shí)的光標(biāo)移動(dòng),以及在設(shè)定數(shù)值時(shí)對(duì)數(shù)值大小的增減;確認(rèn)鍵用于對(duì)選中的選項(xiàng)和設(shè)定的數(shù)值大小的確定。

圖1  按鍵示意圖

圖1  按鍵示意圖

  按鍵的功能可以用旋轉(zhuǎn)式光電編碼開關(guān)來替代。旋轉(zhuǎn)式光電編碼開關(guān)的功能類似計(jì)算機(jī)上使用的鼠標(biāo),它有3 種操作:"**""右旋"和"按下選定", 可對(duì)應(yīng)著按鍵輸入時(shí)的增鍵、減鍵和確認(rèn)鍵。

  圖2 是光電編碼開關(guān)的外形圖、電原理圖、輸出信號(hào)真值表和波形圖。該開關(guān)壓下時(shí)②和③短路輸出,旋轉(zhuǎn)時(shí),由把柄帶動(dòng)穿孔圓盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)。開關(guān)內(nèi)有2 個(gè)發(fā)光二極管、2 個(gè)光敏三極管和1 個(gè)穿孔圓盤,圓盤上的穿孔按特定規(guī)律分布。光敏二極管接收發(fā)光二極管發(fā)出的光,形成二路旋轉(zhuǎn)輸出信號(hào)"輸出A"和"輸出B".旋轉(zhuǎn)時(shí),當(dāng)穿孔圓盤上的某個(gè)圓孔正對(duì)著發(fā)光二極管時(shí),發(fā)光二極管發(fā)出的光通過該圓孔照射到光敏三極管上,三極管導(dǎo)通,輸出低電平信號(hào);當(dāng)圓盤上的所有圓孔都錯(cuò)開發(fā)光二極管時(shí),光敏三極管因收不到光信號(hào)而截止,輸出高電平信號(hào)。

圖2  光電編碼開關(guān)

圖2  光電編碼開關(guān)

  由圖2 (c) 真值表可見,其實(shí)"輸出B"和"輸出A"的編碼對(duì)應(yīng)著2 位循環(huán)碼(格雷碼) ,循環(huán)碼的特點(diǎn)是由一個(gè)計(jì)數(shù)狀態(tài)變到下一個(gè)計(jì)數(shù)狀態(tài)的過程中,只有一位數(shù)碼變化,因此在循環(huán)碼的譯碼器中,不會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。在智能儀器中微處理器引腳狀態(tài)變化的中斷輸入中也不會(huì)產(chǎn)生中斷事件的競(jìng)爭(zhēng)。但循環(huán)碼不能用二進(jìn)制計(jì)算來判別大小和順序,所以要判別光電編碼開關(guān)是"**"還是"右旋"時(shí),要引入"輸出B"和"輸出A"電平的現(xiàn)狀態(tài)和前狀態(tài)進(jìn)行分支邏輯判斷,軟件編程稍稍復(fù)雜一點(diǎn)。

  現(xiàn)在很多單片微控制器的I/ O 口線都帶有鍵盤中斷功能,圖1 所示的按鍵和圖2 所示的旋轉(zhuǎn)式光電編碼開關(guān),可通過上拉電阻的形式直接接到這些I/ O 口線上。有操作信號(hào)時(shí),口線的電平改變會(huì)引起鍵盤中斷的發(fā)生,CPU 響應(yīng)中斷后可去處理相應(yīng)的操作。在微處理器I/ O 口線或外中斷口線緊張的情況下,可以如圖3 所示,通過I2 C 總線外擴(kuò)一片串行變并行的PCF8574 芯片,芯片P0~ P7 的8根口線可用作輸入或輸出;用作輸入時(shí),口線電平的變化會(huì)引起芯片13 腳電平變低向微處理器申請(qǐng)中斷。圖3 中RL K 是旋轉(zhuǎn)式光電編碼開關(guān),它的"輸出A""輸出B"和"按下開關(guān)"接到了PCF8574 的P4、P5 和P6 ,在筆者研制的"電流互感器伏安特性試驗(yàn)儀"中,PCF8574 的P0~P3 被用作輸出,經(jīng)接插件J9 ,通過光耦去驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)電壓量程切換的繼電器。

圖3  節(jié)省I/ O 口線的按鍵輸入接口電路

圖3  節(jié)省I/ O 口線的按鍵輸入接口電路

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