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【E问E答】怎么规划嵌入式输入设备?

嵌入式系统可以对各种数据信息进行快速计算、分析、输出,即完成对数据的处理,但很多时候就需要用户“告诉”系统如何执行下一步动作,这时,就需要使用输入设备将用户的“指示”或“依据”传递给嵌入式系统。 

  嵌入式体系能够对各种数据信息进行快速核算、剖析、输出,即完结对数据的处理,但许多时分就需求用户“告知”体系怎么履行下一步动作,这时,就需求运用输入设备将用户的“指示”或“根据”传递给嵌入式体系。

    

嵌入式输入设备规划

  常见的人机交互输入设备包含按键、触摸屏、麦克风及其他各类用户可控输入的传感器等。跟着科技的开展,不只咱们常见的交互输入设备呈现了新的形状,并且也呈现了不少新的交互输入方法。比方,现在手机中的%&&&&&%按键及重力感应传感器、间隔传感器。现在的交互设备不只体现在硬件设备的复杂性上,并且在相关数据的复杂性上也与以往有了较大的添加。比方,可用于语音输入的麦克和可用于人脸辨认的摄像头,为了完结这些人机交互输入,除了硬件输入设备对信息收集外,还需求后台进行很多的数据处理,以协助体系“了解”用户的“输入信息”。

  下面咱们具体介绍最常用的输入设备:键盘/按键。

嵌入式输入设备规划

  图 1 最常用的输入设备键盘

  键盘

  键盘是嵌入式运用的常用外部设备之一。键盘是由若干个按键组成的开关矩阵,它是最简略的数字量输入设备。对体系而言,键盘上不同的按键代表着不同的意义(一般来说,按键的意义可经过软件界说)。用户经过按动键盘的按键,输入数据或指令,完成简略的人机交互。

  1、键盘的根本电路

  键盘的根本电路是一个触摸开关,通、断两种状况别离表明逻辑“0”和“1”。如图2所示,当开关翻开时,处理器检测到相应引脚为高电平,表明逻辑“1”;当开关闭合时,处理器检测到相应引脚为低电平,表明逻辑“0”。

  2、键盘的分类

  按键排布的方法,键盘可分为可分红独立式按键键盘和矩阵式按键键盘;按读入键值的方法,可分为直读方法和扫描方法;按编码方法,可分红非编码方法和硬件编码方法;按微处理器呼应方法可分为中止方法和查询方法。以上各种方法组合可构成不同硬件结构和接口的键盘。以下介绍较为常用的两种方法。

  ①独立式

  独立式按键键盘是指将每个独立按键按1对1的方法直接接到微处理器的I/O输入端口,如图2所示。读键值时,处理器能够检测相应I/O输入端口的状况,断定输入电平,确认输入的逻辑值。按键之间在硬件和读取方法上均彼此独立,所以习惯称这种按键为独立式按键。这种方法在软硬件上完成均比较简略,但每一个按键都占用一个I/O端口,占用的资源较多,一般在按键数量较少,微处理器I/O资源足够时选用。

    

嵌入式输入设备规划

  图 2 键盘模型及按键颤动示意图

  ②矩阵式

  矩阵式键盘是用n条I/O线组成行输进口,m条I/O线组成列输出口,在队伍线的每一个交点上设置一个按键。如图3(b)所示,为一个4行4列的矩阵键盘。矩阵式键盘读取键值一般选用逐行扫描的方法,即输出口按位轮换输出低电平,再从输进口读入信息,最终核算各次从输进口读取的信息,取得键码。例如,将row0~3装备为输出形式,col0~3装备为输入形式;现将row0输出低电平,row1~3输出高电平,读取col0~3;假如此刻第0行0列的按键有按下,则col0检测到输入为低电平,其他列为高电平。这种方法占用I/O线较少,在按键较多的运用中选用较多。

  规划键盘时,一般小于4个按键的运用,能够运用独立式接口。假如按键较多,为了削减微处理器的I/O端口的占用,能够运用矩阵式键盘。

    

嵌入式输入设备规划

  图3 独立键盘与矩阵键盘

  别的,假如运用处理器I/O直接与矩阵键盘接口相连,上述矩阵键盘的检测方法需求处理器不断对接口扫描检测。对速度较快的处理器来说,这种检测方法是对处理器的极大糟蹋。所以实践运用中主张运用专门的矩阵键盘的驱动芯片或I/O扩展芯片,来完成对矩阵键盘的检测,比方ZLG7290、CAT9555等扩展芯片。运用驱动或I/O扩展芯片,能够将处理器从简略但频频的键盘扫描动作中解放出来。如图4为ZLG7290完成矩阵键盘运用的根本电路,该芯片支撑2×8个I/O扩展,选用I2C接口与处理器衔接,并支撑中止输出,最大可扩展8×8的矩阵键盘,。

    

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  图 4 ZLG7290矩阵键盘电路

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