人機(jī)界面系統(tǒng)輸入模塊的控制方法

馮文穎

（遵義職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，貴州遵義563000）

傳統(tǒng)的輸入控制采用的是按鈕、撥鍵、開關(guān)等操作元件，顯示控制采用的是工控機(jī)CRT顯示器。這些控制方式雖然比較簡單，但都需要較大的操作面板，既不美觀又不形象，接線也十分的復(fù)雜煩瑣，不適合小型系統(tǒng)。觸摸屏是一種新型輸入設(shè)備，是通過接觸顯示屏表面（如用手指、筆或其它物體），用電腦識別其位置的裝置。它具有體積小、操作簡單、功能齊全、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。利用這種技術(shù)，用戶可以自由地組合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等來處理或監(jiān)控管理信息，只需要用手指在顯示屏上輕輕地按下，就能實現(xiàn)對主機(jī)的操作[1]。因此，觸摸屏非常適用于工業(yè)生產(chǎn)，而且，這種直截了當(dāng)?shù)娜藱C(jī)交互方式，還極大地方便了不熟悉電腦操作的用戶。

1 人機(jī)界面系統(tǒng)的設(shè)計方案

首先將行掃描信號線全部送高電平，列掃描信號線同時全部送低電平。然后檢測各行掃描信號線的電平是否有變化，如果有變化，則說明有鍵按下；如果沒有變化，則說明無鍵按下。掃描到有鍵按下后，將列掃描信號線逐列送低電平，同時其余各列送高電平。然后再檢測各行掃描信號線的電平變化，如果某一行由高電平變?yōu)榈碗娖剑涂梢耘卸ù诵写肆薪徊纥c(diǎn)處的按鍵被按下。

確定按鍵位置后，系統(tǒng)就把該按鍵對應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)如字符、圖形等，從數(shù)據(jù)存儲器送LCD顯示。

系統(tǒng)中的所有芯片都由譯碼器74LS138進(jìn)行統(tǒng)一片選。各芯片的地址也由此確定。原理框圖見圖1。

2 觸摸屏的掃描與控制

2.18 ×15行列式電阻觸摸屏工作原理

電阻式觸摸屏利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制。圖2中當(dāng)手指觸摸屏幕時，原本相互絕緣的兩層導(dǎo)電層接觸，出現(xiàn)一個接觸點(diǎn)。因其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變?yōu)榉橇悖刂破鱾蓽y到這個接通后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與5V相比即可獲得觸摸點(diǎn)的Y軸坐標(biāo)，同理得出X軸的坐標(biāo)，這就是電阻技術(shù)觸摸屏共同的原理[2,3]。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

圖2 電阻式觸摸屏控制原理圖

同樣的，本系統(tǒng)所選用的8×15行列式電阻觸摸屏也是通過按鍵來改變其節(jié)點(diǎn)的電阻，從而判斷按鍵的具體位置。這種觸摸屏是在一層玻璃的表面分別放置了8行15列的帶狀透明導(dǎo)電層ITO，并在兩層導(dǎo)電層之間用若干透明隔點(diǎn)隔開絕緣。它的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，編程也非常容易。

現(xiàn)以圖3中的A點(diǎn)被按下為例，說明這種觸摸屏的按鍵識別原理。首先使所有行線處于高電平狀態(tài)，同時將所有列線送低電平，那么A點(diǎn)被按下時，其所在的第一行將變?yōu)榈碗娖健８鶕?jù)這個變化便能判定此行有鍵按下，但還不能確定是A點(diǎn)被按下。為了進(jìn)一步確定按鍵位置，對列線逐列送低電平，而其余列線處于高電平。當(dāng)?shù)谝涣兴偷碗娖綍r，因為此交叉處的透明導(dǎo)電層沒有接觸，所以第一行仍為高電平；當(dāng)?shù)诙兴偷碗娖綍r，第一行同樣為高電平；當(dāng)?shù)谌兴偷碗娖綍r，因為此處的透明導(dǎo)電層接觸，所以第一行將變?yōu)榈碗娖剑虼司涂梢源_定按鍵的位置。

圖3 8×15行列式觸摸屏結(jié)構(gòu)圖

2.2 觸摸屏與MCU的接口電路

本系統(tǒng)使用單片機(jī)的P0口通過雙向總線控制器74HC245讀取行掃描信號，因此將觸摸屏的8條行掃描信號線連在74HC245的B端。并且將74HC245的DIR端接地，即DIR=0，以保證它的驅(qū)動方向始終為B→A，處于讀狀態(tài)。

根據(jù)觸摸屏的工作原理，需要將行線電平置高，因此將8條行掃描信號線的每一行都通過上拉電阻接到+5V電源端，這樣在觸摸屏沒有按鍵按下時，可保證所有行掃描信號線全部都為高電平；同時，將15條列掃描信號線全部通過兩片地址鎖存器74HC373送低電平，使得當(dāng)有鍵按下時，對應(yīng)的行能夠變?yōu)榈碗娖絒4-6]。但是僅僅這樣還不能判定到底是哪一個鍵被按下。所以在掃描到有鍵按下后，需要對15條列掃描信號線逐列送低電平，同時對其余的列掃描信號線送高電平，然后檢測行掃描線的變化，若某一行由高電平變?yōu)榈碗娖剑涂梢耘卸ㄊ谴颂幍陌存I被按下。

電路中有一片74HC245和兩片74HC373，需要進(jìn)行統(tǒng)一的片選，因此采用譯碼器74LS138來對它們進(jìn)行控制。74HC245和兩片74HC373分別由、端控制，且74LS138的輸入由三個I/O口P1.5、P1.4和P1.3控制。由此可以確定這幾塊芯片的地址，分別為：100000H～17 FFFFH（）、080000H～0F FFFFH（、000000H～07 FFFFH（。

鎖存器的鎖存端LE均由單片機(jī)的ALE端控制，當(dāng)單片機(jī)向列掃描信號線送數(shù)據(jù)時，將LE置1，當(dāng)需要鎖存地址時，將LE由1變?yōu)?。

觸摸式人機(jī)界面系統(tǒng)輸入端接口電路如圖4所示。

圖4 觸摸屏與MCU接口電路圖

[1] 李朝青.PC機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2000.

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