第三章数字化医疗仪器人机介面.

第三章数字化医疗仪器人机接口数字化医疗仪器第三章数字化医疗仪器人机接口学习要点一、能力培养要点1、键盘与微机接口的结构与调试能力。2、LED显示及接口电路的结构与调试能力。3、打印机接口的构成与调试能力。本章主要内容键盘与接口电路应用键盘分析程序CRT显示及接口简介LED显示及接口电路应用LCD数码显示技术简介打印机接口电路应用概述实现人机对话的部件有键盘、显示器和打印机等，这些部件同医疗仪器主体电路的连接是由人机接口电路来完成的。数字化医疗仪器要有人机对话功能，即人与机器交换信息的功能。两方面的含义一是人对数字化医疗仪器进行状态干预和数据输入；二是数字化医疗仪器向人报告运行状态与处理结果。人机接口技术是数字化医疗仪器设计的关键技术之一。数字化医疗仪器主要人机接口•键盘接口•LED显示及接口•CRT显示及接口•LCD数码显示技术•打印机接口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：是指键盘的组织，即键盘结构及与主机的连接方式。软件：软件是指对按键操作的识别与分析，称为键盘管理程序。虽然对不同的键盘组织其键盘管理程序存在很大的差异，但任务大体可分为下列几项：(1)识键：判断是否有键按下。若有，则进行译码；若无，则等待或转做别的工作。(2)译键：识别出哪一个键被按下并求出被按下键的键值。(3)键值分析：根据键值，找出对应处理程序的入口并执行之。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;INTEL8279等。2.非编码式键盘（本节介绍）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。显然，非编码键盘的软件是比较复杂的，并且要占用较多的CPU时间，这是非编码键盘的不足之处。但非编码键盘可以任意组合、成本低、使用灵活，因而数字化医疗仪器大多采用非编码式键盘。非编码键盘按照与主机连接方式的不同：有独立式键盘和矩阵式键盘之分。1)独立式键盘如图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。S0S1S2S3RRRR+5VR=5KD0D1D2D32)矩阵式键盘如图3-1(b)特点: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。RRRR+5VX0X1X2X3Y0Y1Y2Y3R=5K二.键盘的工作方式数字化医疗仪器中CPU对键盘进行扫描时，要兼顾两方面的问题：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.键抖动及消除键盘按键一般都采用触点式按键开关。当按键被按下或释放时，按键触点的弹性会产生一种抖动现象。一是要及时，以保证对用户的每一次按键都能作出响应；二是扫描不能占用过多的时间，CPU还有大量的其他任务要去处理，因此，要根据智能仪器中的CPU忙、闲情况，选择适当的键盘工作方式。三种键盘工作方式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:(0—10)ms(50—200)ms(0—10)ms键抖动现象(2)软件延时法当判定按键按下时,用软件延时10ms~20ms,等待键稳定后重新再判一次,以躲过触点抖动期。(1)硬件电路消除法RRR=5KS输出&&＋5V四.键连击的处理图3-4当我们按下某键时，对应的功能便会通过键盘分析程序得以执行。如果在操作者释放键之前，对应的功能得以多次执行，如同操作者在连续不断操作该键一样，这种现象就称为连击。读键延时去抖执行等键释放读键延时去抖执行延时（a）（b）键连击现象的克服及合理运用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+5V8031S0S1S2RRRR=10kP1.0P1.1P1.2独立链接式非编码键盘2.中断方式用中断方式处理8只按键电路ORG0000HAJMPMAIN；上电后转主程序ORG0003H；外部中断0入口AJMPKEYJMP；指向中断服务程序ORG0100HMAIN：SETBIT0；选择边沿触发方式SETBEX0；允许外部中断0SETBEA；允许CPU中断MOVDPTR，#0EF00H；送8155命令口地址MOVA，#02H；置A口为输入口MOVX@DPTR，A；控制字写入HERE：AJMPHERE；模拟主程序ORG0120H；中断服务程序KEYJMP：MOVR3，#08H；设循环次数MOVDPTR，#0EF01H；送A口地址MOVR4，#00H；计数器清零MOVXA，@DPTR；读入按键状态KEYADl：RRCA；状态字右移一位JNCKEYAD2；C=0，转KEYAD2INCR4；计数器加1DJNZR3，KEYADlKEYRET：RETIKEYAD2：MOVDPTR，#JMPTBLMOVA，R4RLAJMP@A+DPTR；转相应功能处理JMPTBL：AJMPSB0AJMPSBlAJMPSB2AJMPSB3AJMPSB4AJMPSB5AJMPSB6AJMPSB73.1.3矩阵式键盘接口方法当采用矩阵式键盘时，为了编程方便，应将矩阵键盘中的每一个键按一定的顺序编号，这种按顺序排列的编号叫顺序码，也称键值。本节介绍两种键盘接口电路及控制软件。一种是采用编程扫描工作方式的行扫描法来识别键值，另一种是采用中断工作方式的线路反转法来识别键值。为了求得矩阵式键盘中被按下键的键值，常用的方法有行扫描法和线路反转法。一、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。3210765489ABCDEF8031P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7二、线路反转法原理图线路反转法的原理（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3-103-11优点:简明直观。缺点:命令的识别和处理程序的执行交错在一起,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3-123.2.2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。注意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3.3LED显示及接口3.3.1LED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3-16CSIOW………D0~774LS374CLKD0D7Q0...Q7+5VLED单个LED显示器的接口电路将数个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，如下图。可用于显示0~9数字和多种字母。二.七段LED显示器109876gfkabedkcdpK+5VabfecgdabcdefgdpKabcdefgdp为了显示某个数或字母，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.BCD---七段显示译码器（74LS48）因为计算机输出的是BCD码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把BCD码转换成7段字型数码管所要求的代码。我们把能够将计算机输出的BCD码换成7段字型代码，并使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”。1）输入：8421BCD码，用A3A2A1A0表示（4位）。2）输出：七段显示，用Ya~Yg表示（7位）3）逻辑符号：在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成，如图5.3.5所示。下面对显示器和译码驱动器分别进行介绍。数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发亮即可，如辉光放电管、边光显示管等。第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划组成，如荧光数码管等。第三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码，如场致发光记分牌。数字显示方式目前以分段式应用最普遍，图5.3.6表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式，显示0～15等阿拉伯数字。在实际应用中，10～15并不采用，而是用2位数字显示器进行显示。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57点阵。图3-20按显示方式分：静态显示和动态显示之分。一、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3-21二、动态扫描显示及其接口特点: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3-233.3.2七段LED显示及接口3.3.3点阵LED显示器3.4CRT显示及接口主要用于显