第 6 章 人机交互接口

1. 第6章 人机交互接口 大连理工大学 丁男 1

2. 章节介绍 6.1 显示器接口设计 6.2 键盘接口设计 6.3 触摸屏接口设计 6.4 嵌入式系统其它接口设计

3. 6.1 LCD显示器 • LCD（Liquid Crystal Display）是一种耗电少、体积小的数字式显示器件。 • 在平面面板上显示字符、文字和图像等信息。与阴极射线管CRT相比占用空间小、功耗低、辐射底、无闪烁，降低视觉疲劳。

4. 1、液晶显示器（LCD）概述 主要用于显示文本及图形信息。它具有重量轻、体积小、耗电量低、无辐射、平面直角显示以及影像稳定不闪烁等特点。

5. （1）单色与彩色显示器 • 在单色液晶显示屏中，一个液晶就是一个象素。 • 在彩色液晶屏中则每个象素由R红、G绿和B兰色三个液晶共同组成。每个象素背后都有一个8位的寄存器，寄存器的值决定着三个液晶单元各自的亮度。

6. （2）LCD的分类 液晶显示的原理是液晶在不同电压的作用下会有不同的光特性。 一类是STN型液晶属于无源的，这类液晶需要有外部提供光源。这种液晶显示的成本较低，但有效视角较小，色彩也不够鲜艳。它具有省电的最大优势。其屏幕尺寸一般在5英寸以下（目前较少使用）。 另一类是有源发光器件TFT形式。每个液晶就类似是一个可以发光的晶体管。液晶显示屏就是有许多液晶排列成阵列而构成的。能够显示丰富的色彩，但价格较高。

7. （3）LCD的驱动控制 市场上的LCD有两种模块形式： • 一种是LCD显示屏后边有印刷板并在板上带有驱动芯片的LCD模块。例如8051但偏激的显示形式就属于这种。 • 另一种在微处理器芯片上的内置LCD控制器来驱动显示模块（如S3C2410)，它可以支持彩色/灰度/单色三种模式，灰度模式下可支持4级灰度和16级灰度，彩色模式下最多支持256色，LCD的实际尺寸可支持到320×240。

8. （4）LCD模块的显存控制 • 从系统结构上来讲，由于显示器模块中已经有显示存储器。显存中的每一个单元对应LCD上的一个点，只要显存中的内容改变，显示结果便进行刷新。 • 在需要刷新时候由程序进行显示更新。 • 在有需要的时候进行统一的显示更新，界面也可以比较美观，不致由于无法预料的刷新动作导致显示界面闪烁。

9. 进行局部显示改变 前后台双重显示缓存的显示模块结构 主 程 序 运 行 过 程 LCD中的存储器 当需要刷新显示时将缓存中 的内容复制到显示存储器中 系统显示缓存 （在内存中）

10. （5）工作原理 • 显存中的每一个单元对应LCD上的一个点，只要显存中的内容改变，显示结果便进行刷新。 • 显示屏可以以单色或彩色显示， • 单色用1位来表示； • 彩色可以用8位（256色）或16位、24位表示其颜色。 • 屏幕的大小和显示模式这些因素会影响显存的大小。

11. 2、S3C2410 LCD控制器 功能：S3C2410 LCD控制器具有一般LCD控制器功能，产生各种信号、传输显示数据到LCD驱动器。

12. 1）S3C2410 LCD控制器特点 （1）基本特点 • 有专用DMA • 有中断（INT_LCD） • 显示缓存可以很大 系统存储器可以作为显示缓存用 • 支持多屏滚动显示 用显示缓存支持硬件水平、垂直滚屏 • 支持多种时序LCD屏 • 支持多种数据格式 大端、小端格式，WinCE格式。

13. （2）支持STN材料LCD 单色显示：每像素2位数据、4级灰度；每像素4位数据、16级灰 度。 单色扫描：4位单向、双向扫描，8位单向扫描。 彩色显示：每像素16位数据、65536种色彩，每像素24位数据真 色彩。 支持多种LCD屏：640×480、320×240、160×160等 4MB显示缓存：支持256色的像素数，4096×1024, 2048×2048, 1024×4096等

14. （3）支持TFT材料LCD 单色显示：每像素1位数据、2位数据、4位数据、8位数据。 彩色显示：每像素16位数据、65536种色彩，每像素24位数据、 16M种真色彩。 支持多种LCD屏：640×480、320×240、160×160等 4MB显示缓存： 支持64K色的像素数，2048×1024等。

15. 2）S3C2410 LCD控制器结构与工作原理 （1）控制器结构 主要由6部分组成：时序发生器、LCD主控制器、DMA、视频信号混合器、数据格式转换器、控制逻辑等。

16. （2）LCD控制器引脚信号 共41个信号 VD[23:0]：LCD数据 VDEN：数据使能 VCLK：时钟信号 VLINE：行扫描信号 LEND：行结束信号

17. （2）LCD控制器引脚信号 VFRAME：帧扫描信号 HSYNC：水平同步信号 VSYNC：垂直同步信号 VM：显示驱动交流信号 LCDVF0、LCDVF1、LCDVF2：时序控制信号 LCD_PWREN：面板电源控制信号 LCD_HCLK：时钟面板控制信号 CPV：行同步面板控制信号 STV：帧同步面板控制信号 TP：显示驱动面板控制信号 STH：面板控制信号

18. （3）LCD控制器专用寄存器 S3C2410的有17个专用寄存器，分为四类，其基地址均为0x4D000000。 控制寄存器（5个，如下表）

19. 地址寄存器 共3个地址寄存器控制寄存器，如下表所示。

20. 颜色配置寄存器 共4个颜色配置寄存器，1个抖动模式寄存器，如下表所示。

21. 中断寄存器 共3个中断寄存器，1个LCD控制器寄存器，如下表所示。

22. 3、LED显示器接口 • LED(Light Emitting Diode)常称为七段发光二极管, 在专用的微型计算机系统中,特别是在嵌入式控制系统中, 应用非常普遍。 • 它价格低廉、体积小、功耗低，而可靠性又很好。

23. LED显示器结构原理

24. LED显示器的连接设计

25. 6.2 键盘工作原理图常用4*4小键盘，也可外加PS/2接口连接标准键盘。

26. 1、键盘扫描方法 • 键盘扫描过程有三种控制方法， • 其一是程序控制方式。 • 其二是定时扫描方法。 • 其三是键盘中断控制方式。 • 键盘上每个键都被分配一个称为扫描码的唯一标识符。是用不同扫描控制方式读取该扫描码，根据按下的键功能来判定应该采取什么行动。

27. 键盘抖动示意图

28. 2、键盘驱动程序组成 • ../ucos-II/add/OSAddTask.c中的任务初始化函数OSAddTask_Init的创建键盘任务Key_Scan_Task • 键盘初始化函数KeyBoard_init(); • 中断程序ISR_Key的实现 • 键盘的查询任务 • 键盘映射表KeyBoard_Map

29. 6.3 触摸屏设计 • 触摸屏是一种简单、方便的输入设备，应用的越来越广泛。用触摸屏代替鼠标或键盘，根据触笔点击位置来定位选择信息输入。 • 它是嵌入式设备最常用的输入接口之一。 • 触摸屏的输入是一个模拟信号，需转换为数字信号，再送给处理器进行处理。 • 触摸屏分类有如下4种形式： • 电阻式触摸屏 ； 表面声波触摸屏； • 红外式触摸屏 ； 电容式触摸屏。 电阻式触摸屏

30. 电阻式触摸屏概述 • 由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层光滑、防刮的塑料层，它的内表面也涂一层透明导电层。 • 在两个导电层之间有许多细小（小于千分之一英寸）的透明隔离点把它们隔离绝缘。

31. 1、四线电阻触摸屏原理

32. 测量原理 Y 在触摸点X、Y坐标的测量过程中，测量电压与测量点的等效电路图所示，图中P为测量点 V Y X

33. 2、触摸屏的硬件接口设计 • 芯片: BB公司的ADS7843、接口SPI • 工作在笔中断模式 • 驱动模型:本机设备驱动，分层驱动(MDD、PDD) PENIRQ# DOUT BUSY CS# DCLK DIN 串行数据输出 X+ X- Y+ Y- 供电 测量 电路网络 ADC

34. 触摸屏控制芯片

35. FM7843与ARM的连接

36. 6.4 通用几种接口标准1、红外接口（ IrDA ） • 红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应用在需要短距离、无遮挡的无线通讯的场合。 • 红外通讯有着成本低廉、连接方便、简单易用和结构紧凑的特点，因此在小型的移动设备中获得了广泛的应用。

37. 红外接口标准 • IrDA是一种利用红外光进行短距离点对点通信的技术。 • IrDA标准： • 1.0版－最高速度115.2kb/s • 1.1版－最高速率4Mb/s，与1.0版本的兼容。 • 通信速率、数据的调制方式、红外收发器的峰值波长、视角、发光强度、接收灵敏度、抗背景光噪声的能力等。 • 通讯距离短，通讯过程中不能移动，遇障碍物通讯中断。

38. 2、SPI接口概述 • SPI接口：SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是Motorola公司开发的一种同步串行外设接口标准。 • SPI接口信号：有4个信号：数据发送、数据接收、时钟和片选。 • 在时钟信号的作用下，发送的同时，接收对方发来的数据；也可以只发送、或者只接收。SPI的波特率可以达到20Mb/s以上。

39. 1）S3C2410 SPI结构与工作原理 （1）SPI结构 SPI主要由4部分构成：时钟分频器、发送移位寄存器、接收移位寄存器、控制逻辑等。如下图所示。

40. （2）SPI设备系统组成 系统可以多个SPI设备组成，任何一个设备都可以为主SPI，但是任一时刻只能有一个主SPI设备。如下图所示。 SCK MISO MOSI 主 SPI 设 备 从SPI 1 从SPI 2 从SPI n …… nSS

41. （3）SPI工作时序 下图为时序的一部分。 图 （A）

42. （3）SPI工作时序 图 （B）

43. 2）SPI专用寄存器 2个UART，每个都有6个专用寄存器，共12个寄存器

44. 3）SPI的操作步骤 ① 设置预分频寄存器SPPRE； ② 设置控制寄存器SPCON； ③ 设置一个GPIO引脚，使所接设备的片选信号有效； ④ 发送数据； ⑤ 接收数据； ⑥ 设置GPIO引脚，使该设备的片选信号无效，结束传输。

45. THE END !