物联网控制｜计算机控制-刘川来胡乃平版｜第4章：过程通道与人机接口-4.4Human-Machine Interface｜课堂笔记｜

4.4人—机接口

Human-Machine Interface 

本节主要内容

键盘接口

显示器接口

打印机接口

其它人—机接口

人-机接口是操作人员与计算机之间相互交换信息的接口，通过这些接口，操作人员可以对计算机进行操作，并能实时了解到计算机控制的有关内容。

人机接口包括键盘、打印机、显示器等

4.4.1 键盘接口（1）

键盘是一组按键或开关的集合，键盘接口向计算机提供被按键的代码。

常用的键盘有两种 :

编码键盘:能够自动提供被按键的编码（比如ASCII码或二进制编码）。 特点：使用方便、结构复杂、成本高。

非编码键盘：仅仅简单地提供按键的通或断状态（“0”或“1”），而按键的扫描和识别则由用户的键盘程序来实现。 特点：结构简单、便于用户自行设计。

4.4.1 键盘接口（2）

1.独立连接式键盘

4.4.1 键盘接口（3）

按键抖动干扰的消除方法 :

硬件方法：一般采用单稳态触发器或滤波器来消除抖动干扰。

软件方法：一般采用软件延时或重复扫描的方法，即多次扫描的状态皆相同，则认为此按键状态已稳定。 

独立连接式键盘 的优缺点:

优点：电路简单，适用于按键数较少的情况。

缺点：是浪费电路，对于按键数较多的情况，应采用矩阵连接式键盘。 

4.4.1 键盘接口（4）

2.矩阵式键盘

4.4.1 键盘接口（5）

由键盘扫描程序的行输出和列输入来识别按键的状态，具体工作过程如下 :

(1)输出0000到4根行线，再输入4根列线的状态。如果列输入为1111，则无一键被按下；否则，则有键被按下。这一步通常称为键扫描。 

(2)在确定了有键被按下后，接下来的就是要确定哪只键被按下。为此采用行扫描法，即逐行输出行扫描信号“0”，再根据输入的列线状态，判定那只键被按下。这一步通常称为键识别。

(3)确定被按键后，再根据该键的功能进行相应的处理，这一步通常称为键处理。 

4.4.1 键盘接口（6）

按键抖动干扰的消除方法

可采用软件延时法来消除。在键盘扫描周期，每行重复扫描n次，如果n次的列输入状态相同，则表示按键已稳定。 

4.4.1 键盘接口（7）

3.二进制编码键盘

二进制编码键盘是编码键盘的一种，二进制编码键盘的按键状态对应二进制数。二进制编码键盘可以通过优先级编码器来完成。

4.智能式键盘 

特点：在键盘的内部装有专门的微处理器如Inter8048等，由这些微处理器来完成键盘开关矩阵的扫描、键盘扫描值的读取和键盘扫描值的发送。这样，键盘作为一个独立的输入设备就可以和主机脱离，仅仅依靠传输线（一般采用5芯电缆）和主机进行通信。 

4.4.2 显示器接口(1)

常用的显示方式

指示灯

LED、LCD（液晶显示）

模拟屏显示

图文显示

新型薄膜晶体管TFT等

4.4.2 显示器接口(2)

图形显示器CRT

由一个图形监视器和相应的控制电路组成

是目前在工业控制计算机系统应用最多，技术最成熟的图形显示技术

最常用的方式是插入一块TVGA图形控制卡来实现很强的图形显示功能

特点是技术成熟、支持软件丰富、价格低廉，可以满足大部分工业控制现场的一般性需要

4.4.2 显示器接口(3)

特殊的高标准要求

高性能的智能图形控制卡，加上高分辨率的显示器满足特殊用户对分辨率的高要求

智能图形卡含有图形显示控制器，接收处理机送来的图形命令并利用硬件完成作图任务

智能图形卡一般可直接插入PC扩展槽中使用

工业的智能图形终端一般设计指标很高，价格也较高，一般用于专门的应用场合。

4.4.2显示器接口（4）

CRT显示技术具有如下特点

屏幕显示尺寸大

图像分辨率高

显示颜色丰富、逼真

显示和刷新速度快

图像清晰且亮度高

允许工作温度范围广（-10℃~ +90℃）

缺点是体积与功耗较大，易受振动和冲击，容易受辐射线、磁场干扰

4.4.2显示器接口（5）

高性能的平面显示一体机型

利用新型薄膜晶体管TFT 技术，其特点

体积小巧，耗电省

可靠性高，寿命长

不易受振动、冲击和射线的干扰

操作温度范围（0℃~ +45℃），相对湿度范围20% ~ 90%

颜色为256种基色，可扩展

4.4.2显示器接口（6）

其它数字型显示方式

有LED八段显示器

液晶显示器（LCD）

利用LED、指示灯和其它附属装置构成的大屏幕模拟显示屏等

4.4.3 打印机接口

打印机的种类

从它与计算机的连接方式来分，有并行接口打印机和串行接口打印机

从它的打印原理来分，有点阵式、喷墨式、激光式、热敏式、墨点式、液晶快门式和磁式打印机等

从打印的色彩分，有单色、双色、彩色打印机

4.4.4 其它人-机接口（1）

输入接口技术

键盘输入、光笔输入、光学字符扫描输入、声音识别输入和图像数字化输入方式，以及各种触摸屏方式和鼠标点入方式等

鼠标（轨迹球）

机械式、半光电式样、光电式

已广泛使用在过程检测报警、动态流程监测、画面显示、故障追踪等方面

4.4.4 其它人-机接口（2）

触摸屏

监视器与触摸屏一体式和分离式两种类型

系统组成

触摸检测装置

触摸屏控制卡

有自己的CPU及固化的监控程序，将触摸检测装置送来的位置信息转换成相关的坐标信息并传送给计算机，接收和执行计算机的指令。

4.4.4 其它人-机接口（3）

从工作原理来分，触摸屏有五类产品

电阻式触摸屏 

电容式触摸屏

红外线式触摸屏

表面声波式触摸屏 

遥控力感式触摸屏

触摸屏技术发展较快，已渗透到工业控制的各个领域

4.4.4 其它人-机接口（4）

触摸屏使用方便，并有如下一些特点

人机界面友好

简化信息输入设备

便于系统维护和改造

在可靠性方面还有待进一步改进

还难以做到像标准键盘那样的定位输入

本章小结

模拟量输出接口

模拟量输入接口

开关量输入输出接口

人机接口