人机接口回路原理（一）

一、人机接口框图

    一般来说，微机保护的人机接口回路是指键盘、显示器及接口 CPU插件电路。人机接口回路的主要作用是通过键盘和显示器完成人机对话任务、时钟校对及与各保护CPU插件通信和巡检任务。在单CPU结构的保护中，接口 CPU就由保护CPU兼任。为了减轻保护CPU的负担，可由可编程键盘、显示器专用接口芯片8279来完成键盘、显示器与保护CPU的接口任务，时钟校对由MC146818独立完成，如图l－29所示。

    在多CPU结构的保护中，另设有专用的人机接口 CPU插件。此时接口 CPU要完成人机接口（键盘、显示器）的任务，还要完成与各CPU通信管理，巡检及时间校对、程序出格自复位等多项任务。人机接口 CPU插件框图如图 1－30所示。与保护CPU插件相类似，在接口 CPU插件上除了 8031CPU外，还扩展有EPROM、 RAM，串行及并行扩展芯片8256，时钟电路MC146818芯片及自复位用的计数器74LS393。

二、键盘输入电路

    （一）键输入的接口功能

    键盘输入电路应能可靠而快速实现键盘输入任务，为此应具有以下键输入接口功能：

    1．键开关状态的可靠输入

    目前，无论是按键或键盘大都是利用机械触点的合断作用。一个电压信号通过机械触点的闭合、断开过程，均要伴随一个抖动过程，会出现一系列脉冲，其抖动时间约为5～10ms。为了电路的简单起见，一般采用软件去抖动，即在检测到有键按下时，执行一个10ms的延时程序再确定该键是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则确认为该键已真正按下。

    2．按键编码

    为了识别按键，通常都对每个键进行编码，即给定键值，不同的键盘结构采用不同的编码方法。软件中根据键值安排执行程序的地址，按键值执行不同的功能程序。

    3．键盘检测功能

    对是否有键按下的监测方式，通常有中断方式和查询方式两种。中断方式是在键盘接下时，通过按键信息传送至CPU的中断请求输入端口，CPU响应中断请求后即转入中断服务程序，做键盘输入的处理工作。查询方式的键盘监测较为简单，通常是采用查询键盘的办法判断有否按键，没有按键时输入的码值与有按键时是不相同的。通过查询键值，然后执行键功能程序转移，完成键功能的处理工作。

    （二）键盘输入电路

为了简便操作，单片机键盘不必像PC机那么繁杂，保护装置键盘键的数量应尽可能减少。人机接口的面板上键盘只有七个键：“↑”“↓”“→”“←”上下左右键、“Q”返回键、复位和确认键。复位和确认键用于装置复位和操作确认。这样可以使得电路十分简单，操作也很方便。键盘输入电路有两种，一种是独立式键盘电路，另一种是行列式按键电路。如图1－31（a）、（b）所示。

1．独立式按键电路

    由于只需少量键，因此可采用最简单的独立式键盘电路如图1－31（b），而不必采用行列式按键电路，从而大大简化了电路，也使键盘程序简单得多。在监控程序安排下，接口 CPU对74LS245输出不停地检测。由于每一个按键都有特定键值，例如  AN1的键值为 11111100即 FCH， AN2为11111010即为FAH。输入CPU后，根据该键特定键值就可转向执行该键的功能程序，例如按下“↑”键，就转入执行将光标移上一行的程序。当键均未被按下时，74LS245接口芯片的输入数码为11111ll0即FEH，接口CPU就认为无键输入。

2．行列式按键电路

    如果键的数量较多采用行列式按键电路，可节省 I／O口线，如图 1－31（a）所示，CPU依次给列线P2．4～P2．7扫描输出“0”，然后从行线PI．6、PI．7读入按键输入数码。在没有键按下时行线输入均为“1”，当某个键按下，该键对应的行线输入就变为“0”，此时行线的数码与列线的数码是唯一确定的，将行线与列线数码组合起来，就能确定是哪一键按下。根据该键数码可以转向执行该键的功能程序。例如图  l－31（a）AN1～AN8共八个键，各自十六进制数码值分别为 27，  2B，2D， 2E，17，1B，1D，1EH，值得注意的是高位在前，AN1键值为 10 0111即 27H。 AN8键值为 01 1110即1EH。