人機界面系統輸入模塊的控制方法

馮文穎

（遵義職業技術學院機電系，貴州遵義563000）

傳統的輸入控制采用的是按鈕、撥鍵、開關等操作元件，顯示控制采用的是工控機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，接線也十分的復雜煩瑣，不適合小型系統。觸摸屏是一種新型輸入設備，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、穩定性高等優點。利用這種技術，用戶可以自由地組合文字、按鈕、圖形、數字等來處理或監控管理信息，只需要用手指在顯示屏上輕輕地按下，就能實現對主機的操作[1]。因此，觸摸屏非常適用于工業生產，而且，這種直截了當的人機交互方式，還極大地方便了不熟悉電腦操作的用戶。

1 人機界面系統的設計方案

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為低電平，就可以判定此行此列交叉點處的按鍵被按下。

確定按鍵位置后，系統就把該按鍵對應的顯示數據如字符、圖形等，從數據存儲器送LCD顯示。

系統中的所有芯片都由譯碼器74LS138進行統一片選。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進行控制。圖2中當手指觸摸屏幕時，原本相互絕緣的兩層導電層接觸，出現一個接觸點。因其中一面導電層接通Y軸方向的5V均勻電壓場，使得偵測層的電壓由零變為非零，控制器偵測到這個接通后，進行A/D轉換，并將得到的電壓值與5V相比即可獲得觸摸點的Y軸坐標，同理得出X軸的坐標，這就是電阻技術觸摸屏共同的原理[2,3]。

圖1 系統原理框圖

圖2 電阻式觸摸屏控制原理圖

同樣的，本系統所選用的8×15行列式電阻觸摸屏也是通過按鍵來改變其節點的電阻，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列的帶狀透明導電層ITO，并在兩層導電層之間用若干透明隔點隔開絕緣。它的主要特點是結構簡單，操作方便，編程也非常容易。

現以圖3中的A點被按下為例，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，同時將所有列線送低電平，那么A點被按下時，其所在的第一行將變為低電平。根據這個變化便能判定此行有鍵按下，但還不能確定是A點被按下。為了進一步確定按鍵位置，對列線逐列送低電平，而其余列線處于高電平。當第一列送低電平時，因為此交叉處的透明導電層沒有接觸，所以第一行仍為高電平；當第二列送低電平時，第一行同樣為高電平；當第三列送低電平時，因為此處的透明導電層接觸，所以第一行將變為低電平，因此就可以確定按鍵的位置。

圖3 8×15行列式觸摸屏結構圖

2.2 觸摸屏與MCU的接口電路

本系統使用單片機的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，以保證它的驅動方向始終為B→A，處于讀狀態。

根據觸摸屏的工作原理，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，使得當有鍵按下時，對應的行能夠變為低電平[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為低電平，就可以判定是此處的按鍵被按下。

電路中有一片74HC245和兩片74HC373，需要進行統一的片選，因此采用譯碼器74LS138來對它們進行控制。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均由單片機的ALE端控制，當單片機向列掃描信號線送數據時，將LE置1，當需要鎖存地址時，將LE由1變為0。

觸摸式人機界面系統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機及單片機數據通信技術[M].北京:北京航空航天大學出版社，2000.

[2] 蔣廷彪，劉電霆，高富強，等.單片機原理及應用（MCS-51）[M].重慶:重慶大學出版社，2003.

[3] 王幸之，王雷，翟成，等.單片機應用系統抗干擾技術[M].北京:北京航空航天大學出版社，2000.

[4] 李廣軍，王厚軍.實用接口技術[M].成都:電子科技大學出版社，2001.

[5] 孫涵芳，徐愛卿.MCS51／96系列單片機原理及應用[M].北京:北京航空航天大學出版社，l988.

[6] 余永權.ATMEL FLASH單片機原理及應用[M].北京:電子工業出版社，l997.