人机界面系统输入模块的控制方法

冯文颖

（遵义职业技术学院机电系，贵州遵义563000）

传统的输入控制采用的是按钮、拨键、开关等操作元件，显示控制采用的是工控机CRT显示器。这些控制方式虽然比较简单，但都需要较大的操作面板，既不美观又不形象，接线也十分的复杂烦琐，不适合小型系统。触摸屏是一种新型输入设备，是通过接触显示屏表面（如用手指、笔或其它物体），用电脑识别其位置的装置。它具有体积小、操作简单、功能齐全、稳定性高等优点。利用这种技术，用户可以自由地组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理信息，只需要用手指在显示屏上轻轻地按下，就能实现对主机的操作[1]。因此，触摸屏非常适用于工业生产，而且，这种直截了当的人机交互方式，还极大地方便了不熟悉电脑操作的用户。

1 人机界面系统的设计方案

首先将行扫描信号线全部送高电平，列扫描信号线同时全部送低电平。然后检测各行扫描信号线的电平是否有变化，如果有变化，则说明有键按下；如果没有变化，则说明无键按下。扫描到有键按下后，将列扫描信号线逐列送低电平，同时其余各列送高电平。然后再检测各行扫描信号线的电平变化，如果某一行由高电平变为低电平，就可以判定此行此列交叉点处的按键被按下。

确定按键位置后，系统就把该按键对应的显示数据如字符、图形等，从数据存储器送LCD显示。

系统中的所有芯片都由译码器74LS138进行统一片选。各芯片的地址也由此确定。原理框图见图1。

2 触摸屏的扫描与控制

2.18 ×15行列式电阻触摸屏工作原理

电阻式触摸屏利用压力感应进行控制。图2中当手指触摸屏幕时，原本相互绝缘的两层导电层接触，出现一个接触点。因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接通后，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比即可获得触摸点的Y轴坐标，同理得出X轴的坐标，这就是电阻技术触摸屏共同的原理[2,3]。

图1 系统原理框图

图2 电阻式触摸屏控制原理图

同样的，本系统所选用的8×15行列式电阻触摸屏也是通过按键来改变其节点的电阻，从而判断按键的具体位置。这种触摸屏是在一层玻璃的表面分别放置了8行15列的带状透明导电层ITO，并在两层导电层之间用若干透明隔点隔开绝缘。它的主要特点是结构简单，操作方便，编程也非常容易。

现以图3中的A点被按下为例，说明这种触摸屏的按键识别原理。首先使所有行线处于高电平状态，同时将所有列线送低电平，那么A点被按下时，其所在的第一行将变为低电平。根据这个变化便能判定此行有键按下，但还不能确定是A点被按下。为了进一步确定按键位置，对列线逐列送低电平，而其余列线处于高电平。当第一列送低电平时，因为此交叉处的透明导电层没有接触，所以第一行仍为高电平；当第二列送低电平时，第一行同样为高电平；当第三列送低电平时，因为此处的透明导电层接触，所以第一行将变为低电平，因此就可以确定按键的位置。

图3 8×15行列式触摸屏结构图

2.2 触摸屏与MCU的接口电路

本系统使用单片机的P0口通过双向总线控制器74HC245读取行扫描信号，因此将触摸屏的8条行扫描信号线连在74HC245的B端。并且将74HC245的DIR端接地，即DIR=0，以保证它的驱动方向始终为B→A，处于读状态。

根据触摸屏的工作原理，需要将行线电平置高，因此将8条行扫描信号线的每一行都通过上拉电阻接到+5V电源端，这样在触摸屏没有按键按下时，可保证所有行扫描信号线全部都为高电平；同时，将15条列扫描信号线全部通过两片地址锁存器74HC373送低电平，使得当有键按下时，对应的行能够变为低电平[4-6]。但是仅仅这样还不能判定到底是哪一个键被按下。所以在扫描到有键按下后，需要对15条列扫描信号线逐列送低电平，同时对其余的列扫描信号线送高电平，然后检测行扫描线的变化，若某一行由高电平变为低电平，就可以判定是此处的按键被按下。

电路中有一片74HC245和两片74HC373，需要进行统一的片选，因此采用译码器74LS138来对它们进行控制。74HC245和两片74HC373分别由、端控制，且74LS138的输入由三个I/O口P1.5、P1.4和P1.3控制。由此可以确定这几块芯片的地址，分别为：100000H～17 FFFFH（）、080000H～0F FFFFH（、000000H～07 FFFFH（。

锁存器的锁存端LE均由单片机的ALE端控制，当单片机向列扫描信号线送数据时，将LE置1，当需要锁存地址时，将LE由1变为0。

触摸式人机界面系统输入端接口电路如图4所示。

图4 触摸屏与MCU接口电路图

[1] 李朝青.PC机及单片机数据通信技术[M].北京:北京航空航天大学出版社，2000.

[2] 蒋廷彪，刘电霆，高富强，等.单片机原理及应用（MCS-51）[M].重庆:重庆大学出版社，2003.

[3] 王幸之，王雷，翟成，等.单片机应用系统抗干扰技术[M].北京:北京航空航天大学出版社，2000.

[4] 李广军，王厚军.实用接口技术[M].成都:电子科技大学出版社，2001.

[5] 孙涵芳，徐爱卿.MCS51／96系列单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社，l988.

[6] 余永权.ATMEL FLASH单片机原理及应用[M].北京:电子工业出版社，l997.