《数字化医学仪器人机接口.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字化医学仪器人机接口.ppt（65页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、数字化医疗仪器数字化医疗仪器 第三章第三章 数字化医学仪器数字化医学仪器 人机接口人机接口第三章第三章 数字化医学仪器人机接口数字化医学仪器人机接口3.1 3.1 键盘与接口键盘与接口键盘与微机的接口包括硬件和软件二部分。键盘与微机的接口包括硬件和软件二部分。硬件：硬件：键盘结构及与主机的连接方式。键盘结构及与主机的连接方式。软件：软件：键盘管理程序。键盘管理程序。3.1.13.1.1键盘输入基础知识键盘输入基础知识一一.键盘的组织键盘的组织1.编码式键盘编码式键盘 键和专用键盘编码器构成键和专用键盘编码器构成.有键按下有键按下,自动生成键自动生成键值。值。例如例如:MM5740AA芯片芯片;
2、INTEL 8279等。等。2.非编码式键盘非编码式键盘(本章介绍本章介绍)不含编码器不含编码器,键盘只送出一个简单的闭合信号键盘只送出一个简单的闭合信号,对对应的键值需有软件来译出。应的键值需有软件来译出。1)独立式键盘独立式键盘 图图 3-1(a)特点特点:一键一线一键一线.优点优点:结构简单结构简单,键容易识别键容易识别.缺点缺点:占用较多检测线占用较多检测线,不便组成大型键盘不便组成大型键盘.2)矩阵式键盘矩阵式键盘 图图3-1(b)特点特点:把检测线分成二组把检测线分成二组,一组为行线一组为行线,另一组为另一组为列线列线,按键放在行线和列线的交叉点上按键放在行线和列线的交叉点上.优点
3、优点:键盘规模可扩大键盘规模可扩大.缺点缺点:键盘分析程序较复杂键盘分析程序较复杂.键盘的工作方式键盘的工作方式 a)编程扫描方式编程扫描方式(查询方式查询方式)b)中断工作方式中断工作方式 c)定时扫描方式定时扫描方式三三.键抖动及消除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.可采取以下措施可采取以下措施:(1)硬件电路消除法硬件电路消除法 (2)软件延时法软件延时法当判定按键按下时当判定按键按下时,用软件用软件延时延时10ms20ms,等待键稳等待键稳定后重新再判一次定后重新再判一次,以躲过触点抖动期。以躲过触点抖动期。四四.键连
4、击的处理键连击的处理 图图 3-43.1.2 3.1.2 独立式键盘接口方法独立式键盘接口方法1.查询方式查询方式 图图3-5 硬件接口硬件接口;图图3-6 软件流程图软件流程图2.中断方式中断方式 3.用中断方式处理用中断方式处理8只按键电路只按键电路3.1.3 3.1.3 矩阵式键盘接口方法矩阵式键盘接口方法一一.行扫描法行扫描法步骤步骤:1.判是否有键按下判是否有键按下(没有键按下，读入值为没有键按下，读入值为FFH)。2.若有键按下若有键按下,消除键抖动消除键抖动(延时延时10ms),再判是否有键按下。再判是否有键按下。3.若确定有键按下若确定有键按下,则求出按下键的键值。则求出按下键
5、的键值。键值键值=行值行值+列值列值4.为保证按键每闭合一次为保证按键每闭合一次,CPU只作一次处理只作一次处理,程序需等闭合程序需等闭合 的键释放后再对其处理。的键释放后再对其处理。RAM/IO 扩展器扩展器 8155结构结构:1.256BITS的静态的静态RAM;2.二个可编程的二个可编程的8位并行位并行I/O 口口PA,PB;3.一个可编程的一个可编程的6位并行位并行I/O口口 PC;4.一个可编程的一个可编程的14位减法计数器位减法计数器TC.二二.线路反转法线路反转法 图3-9线路反转法的原理线路反转法的原理（1）先从先从P1的的高四位输出高四位输出“0”电平，从电平，从P1的的低四
6、低四位读键盘位读键盘状态，设图中状态，设图中E键被按下，从键被按下，从P1的低四位输的低四位输入为入为1101，“0”对应按键代表的对应按键代表的列列。（2）线路反转）线路反转，P1的的低四位输出低四位输出“0”电平，从电平，从P1高四位读键盘高四位读键盘状态，从状态，从P1高四位输入高四位输入0111，“0”对应按键代表的对应按键代表的行位置行位置。（3）数据合成特征码）数据合成特征码0111、1101，完全确定按键，完全确定按键位置。位置。（4）通过）通过查键码转换表查键码转换表找到对应的找到对应的键值键值(顺序码顺序码)。3.2 3.2 键盘分析程序键盘分析程序单义键单义键:一键一义一键
7、一义多义键多义键:一键多义一键多义 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。用相应的功能模块完成预定的任务。3.2.1 3.2.1 直接分析法直接分析法(单一键构成的键盘单一键构成的键盘)根据当前按键的键值根据当前按键的键值,把控制直接分支到相应处理程序的把控制直接分支到相应处理程序的入口入口,而无须知道再此之前的按键情况。而无须知道再此之前的按键情况。图图3-10 3-11优点优点:简明直观。简明直观。缺点缺点:命令的识别和处理程序的执行交错在一起命令的识别和处理程序的执行交错在一起,层次不清层次不清楚。楚。简单
8、多义键简单多义键的分析程序仍可用直接分析法来进行设计的分析程序仍可用直接分析法来进行设计,不不过要用多张转换表。图过要用多张转换表。图 3-123.2.2 3.2.2 状态分析法状态分析法 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。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。个新状态。在不同的状态下，同一按键会具有不同的含义。引在不同的状态下，同一按键会具有不同的含
9、义。引入状态概念后，只需在存储器内开辟存储单元入状态概念后，只需在存储器内开辟存储单元“记忆记忆”当前状态，就能对当前按键的含义作出正确的解释，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。简化程序设计。3.2.3 3.2.3 触摸屏触摸屏一、概述一、概述 一些医疗场所不便安装键盘、鼠标等输入设备，同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入设备。二、分类及原理二、分类及原理 触摸屏需收集以下信息：触摸物触摸屏需收集以下信息：触摸物进入进入触摸屏的触摸屏的坐标坐标、触摸物在触摸屏
10、上、触摸物在触摸屏上移动移动的的新坐标新坐标、触摸物、触摸物离开离开触摸触摸屏的屏的坐标坐标、是否是否有东西有东西触摸触摸等等 1.红外线触摸屏（以红外线检测技术为基础）红外线触摸屏（以红外线检测技术为基础）原理：原理：物体进入检测区，物体进入检测区，遮挡遮挡住若干条住若干条红外光栅红外光栅，红外，红外接收管输出的信号就会发生变化，从而检测出触摸点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。的坐标和触摸屏的状态。优点：优点：对触摸的物体没有太严格的要求；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；触摸物只要进入红外检测区域即可；触摸屏不易损坏，寿命较长
11、，成本也较低。触摸屏不易损坏，寿命较长，成本也较低。缺点：缺点：外界光线变化会影响其准确度；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。不防水，不防污秽，易导致误差。2电阻式触摸屏（压力感应式电阻式触摸屏（压力感应式）原理：原理：外层外层OTI作导电体，二层作导电体，二层OTI附上电压场，层间以附上电压场，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相同，当手指接触屏幕，两层导电层出现一个接触接触点，点，该点该点电阻电阻发生发生变化变化，便可以计算出触摸的位置。，便可以计算出触摸的位置。
12、优点：优点：不受尘埃、水、污秽影响不受尘埃、水、污秽影响 缺点：缺点：触摸屏的寿命不长久触摸屏的寿命不长久3电容式触摸屏电容式触摸屏4声表面波式触摸屏声表面波式触摸屏3.3 LED3.3 LED显示及接口显示及接口3.3.1 LED3.3.1 LED显示原理显示原理LED-发光二极管发光二极管.LED的正向压降的正向压降:1.2V 2.6V。工作电流工作电流:5mA 20mA。适合于脉冲工作状态适合于脉冲工作状态,电路须串联适当的限流电阻电路须串联适当的限流电阻.LED显示器的类型显示器的类型:单个、七段和点阵式。单个、七段和点阵式。一一.单个单个LED显示器显示器常用于仪器的状态常用于仪器的
13、状态显示之用显示之用.图图3-16二二.七段七段LED显示器显示器将数个将数个LED组成一个阵列组成一个阵列,并封装于一个标准的外壳中并封装于一个标准的外壳中.七段七段LED显示器有显示器有共阳极共阳极和和共阴极共阴极两种结构两种结构.图图 3-17可用于显示可用于显示09数字和多种字母。数字和多种字母。为了显示某个数或字母为了显示某个数或字母,须点亮对应的段须点亮对应的段,则需要译码则需要译码.1.硬件译码硬件译码(由七段译码由七段译码/驱动器完成驱动器完成)图图 3-18计算机时间的开销较小计算机时间的开销较小,但硬件开支大。但硬件开支大。2.软件译码软件译码 图图 3-19 表表 3-4
14、 省略了硬件省略了硬件,其其BCD码转换为对应的段码由软件来完成。码转换为对应的段码由软件来完成。三三.点阵式点阵式LED显示器显示器以点阵格式进行显示以点阵格式进行显示,显示的字符较逼真显示的字符较逼真,但接口电路和控制但接口电路和控制程序较复杂程序较复杂.常用常用5 7点阵点阵。图图 3-203.3.2 3.3.2 七段七段LEDLED显示及接口显示及接口按显示方式分：按显示方式分：静态显示静态显示和和动态显示动态显示之分。之分。一一.静态显示及其接口静态显示及其接口特点特点:每位显示器每位显示器都有自己的都有自己的锁存器锁存器,译码器译码器(若采用软件译若采用软件译码可省略码可省略)和和
15、驱动器驱动器。优点优点:在每一位显示输出后能够保持显示不变。在每一位显示输出后能够保持显示不变。缺点缺点:当显示位数较多时当显示位数较多时,占用的占用的I/O口较多口较多图图 3-21二二.动态扫描显示及其接口动态扫描显示及其接口特点特点:微机应微机应定时定时对各个对各个显示器显示器进行进行扫描扫描,显示器件显示器件分时分时轮流轮流工作工作,每次只使一个每次只使一个器件显示器件显示。优点优点:使用硬件少使用硬件少,占用占用I/O口少。口少。缺点缺点:占用机时长占用机时长,只要不执行显示程序只要不执行显示程序,就立刻停止显示。就立刻停止显示。图图 3-233.3.33.3.3点阵点阵LEDLED
16、显示器显示器3.43.4 CRTCRT显示及接口显示及接口l主要用于显示图形和表格主要用于显示图形和表格3.4.13.4.1光栅扫描光栅扫描CRTCRT字符显示系统字符显示系统一一.光栅扫描光栅扫描CRT字符显示原理字符显示原理1.扫描过程扫描过程2.系统组成系统组成:3.显示显示RAM,字符发生器字符发生器,并并/串移位器串移位器,混合电路和混合电路和逻辑定时电路等组成。逻辑定时电路等组成。图图3-26二二.双行缓冲器工作方式双行缓冲器工作方式l作用作用:为了保证系统能连续工作为了保证系统能连续工作.图图3-28三三.系统的定时系统的定时lCRT中各个字符显示的位置应与显示中各个字符显示的位
17、置应与显示RAM中字符中字符ASCII码的码的地址严格一一对应地址严格一一对应,这需系统的定时电路给予保证。这需系统的定时电路给予保证。图图3-29四四.CRT显示电路的组成显示电路的组成l典型的典型的CRT控制器有控制器有 Intel 8275CRTC,Motorola 6845 CRTC。图图3-30 3-313.4.23.4.2光栅扫描光栅扫描CRTCRT图形显示系统图形显示系统l显示显示RAM中存放的是由软件形成的图形点阵中存放的是由软件形成的图形点阵,显示显示RAM中的每个存储单元中的每个数位都与显示屏上的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某一像素点一一对应
18、.图图3-32l图形光栅显示系统中不再需要字符发生器图形光栅显示系统中不再需要字符发生器.l原理框图原理框图图图3-33lCGA逻辑框图逻辑框图图图3-343.4.33.4.3随机扫描随机扫描CRTCRT图形显示系统图形显示系统l采用示波器的采用示波器的X-Y显示原理显示原理,即分别向即分别向CRT水平和垂直水平和垂直输入端加以连续变化的电压信号输入端加以连续变化的电压信号,通过控制电子束的偏通过控制电子束的偏转便可形成连续的各种形状的光迹转便可形成连续的各种形状的光迹.如果在栅极上加入如果在栅极上加入适当的消隐脉冲适当的消隐脉冲,则可构成不连续线条则可构成不连续线条,形成各种字符形成各种字符
19、和图形和图形.l用于显示波形的用于显示波形的,智能示波器采用的智能示波器采用的CRT显示系统显示系统图图3-353.5 LCD3.5 LCD数码显示技术数码显示技术LCD优点：优点：耗电低，驱动电压低，结构空间小，有效显耗电低，驱动电压低，结构空间小，有效显示面积大、体薄物轻。示面积大、体薄物轻。3.5.1 LCD3.5.1 LCD数码显示数码显示 采用交流驱动，采用交流驱动，直流分量在直流分量在100mv以以 下，频率下，频率50100Hz，取方波效果最好。取方波效果最好。交流驱动交流驱动LCD显示原显示原 理图如右图所示。理图如右图所示。图图3-34 LCD交流驱动交流驱动LCD硬件译码驱
20、动静态显示电路硬件译码驱动静态显示电路为了在为了在4N07显示器上显示显示器上显示48.5数字，执行如下程序：数字，执行如下程序：MOV A，#85H MOV DPTR，#8000H MOVX DPTR，A MOV A，#0F4H INC DPTR MOVX DPTR，A MOV A，#20H MOV DPTR，#8007H MOVX DPTR，A自动消隐自动消隐0前缀子程序：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 JN
21、Z OT2 MOV R0，#0FFH DEC R0 DJNZ R1，OTL MOV 4CH，#0F0H OT2：RET三线三线LCD显示电路显示电路图图3-36 三线三线LCD显示电路显示电路图图3-37 三线三线LCD显示电路结构原理显示电路结构原理3.5.2 3.5.2 点阵式点阵式LCDLCD显示显示有专用指令集，受有专用指令集，受CPU控制，产生驱动控制，产生驱动LCD的时序脉冲，控的时序脉冲，控制制LCD工作状态，管理工作状态，管理LCD显示存储区。原理示意图如下：显示存储区。原理示意图如下：（1）E-1330特点：特点：可以管理可以管理64KRAM；功能很强的；功能很强的IO缓冲器
22、；指令丰富；发送的数据以缓冲器；指令丰富；发送的数据以4位并行方式传输。位并行方式传输。（2）E-1330引脚：引脚：与与CPU接口部分；控制部分；显示驱接口部分；控制部分；显示驱动部分。动部分。下表为缓冲器地址表下表为缓冲器地址表（3）E-1330指令集指令集(4)E-1330的应用的应用(a)初初始始化化设设置置：其其一一是是控控制制器器工工作作参参数数的的设设置置；其其二二是是显示窗口设置。显示窗口设置。(b)显显示示存存储储空空间间的的分分配配：把把显显示示RAM分分成成四四个个区区域域。第第一一、二二显显示示存存储储区区为为主主，三三、四四区区域域为为一一、二二区区之之补补充充。第二
23、区仅为图形显示方式。第二区仅为图形显示方式。(c)显显示示功功能能设设置置：关关显显示示、开开显显示示无无闪闪烁烁、开开显显示示2Hz闪烁或开显示闪烁或开显示1Hz闪烁。闪烁。(d)显示数据的输入步骤：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。设置光标地址指针的移向。设置光标地址指针的移向。数据写入。数据写入。3.63.6 打印机接口打印机接口3.6.1 TPuP-40B/C 3.6.1 TPuP-40B/C 微型打印机及其接口微型打印机及其接口q它是由单片机控制的超小型智能点阵打印机。每行它是由单片机控制的超小型智能点阵打印机。每行可打印可打印40个个5 7点阵字符，可打印点阵
24、字符，可打印240种代码字符，种代码字符，并有绘图功能。并有绘图功能。一一.TPuP-40B/C微型打印机接口信号微型打印机接口信号 DB0DB7:单向数据传输线单向数据传输线.STB:数据选通信号数据选通信号,上升沿将上升沿将8位数据输入打印机并被保存位数据输入打印机并被保存.BUSY:“忙忙”信号信号.有效时有效时,主机不得使用主机不得使用STB向打印机送向打印机送数数.ACK:“应答应答”信号信号.有效时有效时,表示打印机已经取走数据表示打印机已经取走数据.二二.TPuP-40B/C与与MCS-51单片机接口单片机接口(图图3-37)lP2.7与与WR相或后相或后,作为选通信号作为选通信
25、号,故打印机的地址为故打印机的地址为7FFFH.MOV DPTR,#7FFFHLOOP:MOVX A,DPTRJB ACC.7,LOOPMOV A,R1MOVX DPTR,A三三.TPuP-40B/C打印机代码打印机代码(表表3-5 3-6)l共有共有256个代码个代码.四四.汉字打印技术汉字打印技术v可使用打印点阵图命令将汉字当作图形来处理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采用打印点阵图的命令每次最多可打印每次最多可打印240*8点阵图点阵图,每个字为每个字为7*8点阵点阵.2.利用利用TPuP-40B/C 提供的提供的16*16固化汉字打印功能固化汉字打印功
26、能约有约有1600个汉字点阵个汉字点阵.五五.微型打印机接口管理程序微型打印机接口管理程序3.6.2 3.6.2 热转印打印机热转印打印机优点：优点：噪音小、成本低、重量轻、体积小、成像文本保噪音小、成本低、重量轻、体积小、成像文本保存存 性好、彩色输出质量高性好、彩色输出质量高 缺点：缺点：打印速度较慢，易耗品，较贵打印速度较慢，易耗品，较贵分类：分类：按其印字方式分为串式印字和行式印字；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按其色带可分为热熔型热转印与升华型热转印 原理：原理：热转印打印机的是用半导体集成电路技术制成的热转印打印机的是用半导体集成电路技
27、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。下色点。3.6.3 3.6.3 激光打印机激光打印机一、概述一、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。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：优点：质量高、速度快、噪音低质量高、速度快、噪音低二、机械结构二、机械结构 三、印字原理三、印字原理1.带电带电2.曝光曝光3.显影显影4.转印转印5.定影定影6.清除残像清除残像四、激光扫描系统四、激光扫描系统五、控制电路五、控制电路