基于PIC24的人机输入设计.docx
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1、基于飞梭的人机接口设计摘 要 本设计采用PIC24HJ作为主控芯片,通过飞梭和按键两个外部输入设备来控制1602液晶显示。能够在液晶上实现英文和数字显示,光标的移动,通过飞梭改变数值的大小等功能。单键飞梭(又称旋转编码器,或数字编码器),包含三个引脚:端口A,端口B,地GND。将端口A,B上拉到VCC,然后旋转单键飞梭,就能在示波器中观察到飞梭的电平转换过程,和电平抖动的现象。为了合理的消除抖动,在不添加外部硬件,同时不影响单键飞梭和单片机工作的性能条件下,根据飞梭的电平转换过程,在本设计中通过将端口A连接到PIC24HJ芯片的INIT1脚,合理设置飞梭判断程序和单片机的中断程序,在飞梭旋转的
2、过程中就能够实现交替的执行外部中断程序,从而来确定飞梭转动的方向和转动的格数。词The Design Of User-Interface Based On Rotary Encoder Rotary Encoder , 1602LCD,PIC24HJ2.1 控制芯片PIC24芯片介绍2.1.1 PIC24芯片部分性能及特点 2.2 16*2 字符型带背光液晶模组介绍2.2.1 16*2 字符型液晶显示模块的内部结构2.4. 按键的抖动处理3.1系统流程图3.2 1602LCD初始化程序:3.4 按键消抖MPLAB IDE简介:4.2 开发平台4.3 烧写芯片:5 总随着计算机软、硬件技术的发展
3、,嵌入式系统在工业控制中的应用越来越广。人机界面凭借其使用简单、交互方便、控制灵活、画面组态等优点也逐渐由工控机平台向嵌入式平台转移。工控设备日益繁多复杂,工控市场竞争日益激烈,因此,研究和开发界面友好、组态功能完善、通信能力强大的嵌入式控制系统人机界面,是技术发展的需要,是市场需求的呼唤。1在工业技术发展和改造的过程中 ,为了方便工艺参数的记录和分析,以及及时的了解现场工作的情况,加强对整个工艺工程状况的把握,用户希望所使用的控制系统能够对生产信息进行直观,全面的监控,从而将人机界面的概念引入到工业设备中来而形成了工业人机界面设备,经过逐步发展工业人机界面设备已经广泛应用与各种工业现场,并逐
4、步趋于智能化,嵌入化和网络化。1 工业人机界面能取代大部分传统控制面板的功能,使用人机界面不但可以节省PLC 的I/O 点数,还可节省大量的各式按钮开关,数字设定及指示灯等显示装置,且能随时显示重要信息,以利于操作人员正确掌握机器状况和避免错误,利于维修。人机界面能储存多幅画面,每一画面可由文字,图形以及指定的PLC 资料组成,设计者可依需要编辑出各种画面,用以显示设备状态、操作指示、参数设定、动作流程、统计资料、报警信息、简易报表等内容。人机界面的主要功能有:数据的输入与显示;系统或设备的操作状态方面的实时信息显示;在人机界面上设置触摸控件可把人机界面作为操作面板进行控制操作;报警处理及打印
5、;此外新一代工业人机界面还具有简单的编程,对输入的数据进行处理,数据记录及配方等智能化控制功能。“单键飞梭”,作为一种用户输入方法,能在一定场合替代传统的按键。凭借其输入方式灵活可靠、成本低特别适合应用在嵌入式仪器设备和手持式设备上。使用飞梭不但能够简化软件设计,降低程序设计周期;而且提高了用户输入效率,满足生活电子“方便快捷”的要求。5 2.1 控制芯片PIC24芯片介绍PIC24HJXXXGPX06A/X08A/X10A系列器件包括具有不同引脚数 (64 和 100 引脚)配置、不同程序存储容量(64 KB、128 KB和256 KB)和不同RAM容量(8 KB和16 KB)的器件。这使本
6、系列器件适合于多种高性能控制应用。器件的引脚与 dsPIC33F 系列器件的引脚兼容,并且还与dsPIC30F 系列器件高度兼容。这样便于根据应用对特定功能、计算资源和系统成本等方面的需求,在不同系列器件之间移植。PIC24HJXXXGPX06A/X08A/X10A 系列器件采用强大的 16 位架构,对于需要高速、重复计算和控制的应用非常理想。17 x 17 位乘法器、除法运算支持硬件、多位数据移位寄存器、大的 16 位工作寄存器阵列和多种数据寻址模式,共同为 PIC24HJXXXGPX06A/X08A/X10A 中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)提供广泛的
7、数学处理能力。灵活而确定的中断处理与功能强大的外设相结合,使得 PIC24HJXXXGPX06A/X08A/X10A 器件非常适合控制应用。此外,直接存储器访问(DMA)允许数据在多个外设和专用DMA RAM之间进行无CPU开销的传输。可靠的现场可编程闪存程序存储器确保能对使用 PIC24HJXXXGPX06A/X08A/X10A 器件的应用进行扩展。2.1.1 PIC24芯片部分性能及特点高性能 CPU: 改进型哈佛架构 C 编译器优化的指令集 16 位宽数据总线 24 位宽指令 可寻址最大4M指令字的线性程序存储空间 可寻址最大64 KB 的线性数据存储空间 71 条基本指令:多为单字/
8、单周期指令 16 个16 位通用寄存器 灵活和强大的间接寻址模式 软件堆栈 16 x 16 位乘法运算 32/16 位和 16/16 位除法运算 可将数据左移或右移最多16位中断控制器: 中断响应延时为5 个周期 最多61个中断源 最多5 个外部中断 7 个可编程优先级 5 个处理器异常数字 I/O: 最多85个可编程数字 I/O引脚 最多24个引脚上具有唤醒 /电平变化中断功能 输出引脚可驱动3.0V至 3.6V的电压 所有数字输入引脚可承受5V的电压 所有I/O引脚的灌电流为4 mA 2.2 16*2 字符型带背光液晶模组介绍 1602LCD液晶字符型液晶显示模块(LCM)是一类专门用于显
9、示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块。在显示器件的电极图形设计上,它是由若干个5*7 或5*11 等点阵字符位组成。每一个点阵字符位都可以显示一个字符。点阵字符位之间空有一个点距的间隔起到了字符间距和行距的作用. 16*2 字符LCD 模块的控制器主要为日立公司的HD44780 及其替代集成电路,驱动器为HD44100 及其替代的兼容集成电路。16*2 字符型液晶显示模块特性1.+5V 电压,反视度(明暗对比度)可调整。2. 内含振荡电路,系统内含重置电路。3.提供各种控制命令,如清除显示器、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。4.显示用数据DDRAM 共有80 个字节。5.字符发生器
10、CGROM 有160 个5*7 点阵字型。6.字符发生器CGRAM 可由使用者自行定义8 个5*7 的点阵字型。16*2 字符型液晶显示模块引脚及功能1 脚(Vdd/Vss):电源5V10%或接地。2 脚(Vss/Vdd):接地或电源5V10%。3 脚(VO):反视度调整。使用可变电阻调整,通常接地。4 脚(RS):寄存器选择。1:选择数据寄存器;0:选择指令寄存器。5 脚(R/W):读/写选择。1:读;0:写。6 脚(E):使能操作。1:LCM 可做读写操作;0:LCM 不能做读写操作。7 脚(DB0):双向数据总线的第0 位。8 脚(DB1):双向数据总线的第1 位。9 脚(DB2):双向
11、数据总线的第2 位。11 脚(DB3):双向数据总线的第3 位。11 脚(DB4):双向数据总线的第4 位。12 脚(DB5):双向数据总线的第5 位。13 脚(DB6):双向数据总线的第6 位。14 脚(DB7):双向数据总线的第7 位。15 脚(Vdd):背光显示器电源+5V。16 脚(Vss):背光显示器接地。2.2.1 16*2 字符型液晶显示模块的内部结构LCM 的内部结构可分为三个部分:LCD 控制器,LCD 驱动器,LCD 显示装置,液晶显示控制驱动集成电路HD44780 特点: l. HD44780 不仅作为控制器而且还具有驱动40*16 点阵液晶像素的能力,并且HD44780
12、的驱动能力可通过外接驱动器扩展360 列驱动。 2. HD44780 的显示缓冲区及用户自定义的字符发生器CGRAM 全部内藏在芯片内。 3. HD44780 具有适用于M6800 系列MCU 的接口,并且接口数据传输可为8 位数据传输和4 位数据传输两种方式。 4.HD44780 具有简单而功能较强的指令集,可实现字符移动、闪烁等显示功能。HD44780 工作原理1. DDRAM-数据显示用RAM(Data display RAM,简称DDRAM)DDRAM 用来存放我们要LCD 显示的数据,只要将标准的ASCII 码送入DDRAM,内部控制电路会自动将数据传送到显示器上,例如要LCD 显示
13、字符A,则我们只须将ASCII码41H 存入DDRAM 即可。DDRAM 有80bytes(字节)空间,共可显示80 个字(每个字为1 个bytes),其存储器地址与实际显示位置的排列顺序与LCM的型号有关2 . CGROM-字符产生器ROM(Character Generator 的ROM,简称CGROM)CGROM 储存了192 个5*7 的点矩阵字型,CGROM 的字型要经过内部电路的转换才会传到显示器上,仅能读出不可写入。字型或字符的排列方式与标准的ASCII 码相同,例如字符码 31H 为 l 字符,字符码41H 为A 字符。如我们要在LCD 中显示A,就是将A 的ASCII 代码4
14、1H 写入DDRAM 中,同时电路到CGROM 中将A 的字型点阵数据找出来显示。3. CGRAM-字型、字符产生器RAM(Character Generator RAM,简称CGRAM)CGRAM 是供使用者储存自行设计的特殊造型的造型码RAM,CGRAM 共有512bits(64 字节)。一个5*7 点矩阵字型占用8*8bit,所以CGRAM 最多可存8 个造型。 4. IR-指令寄存器(Instruction Register,简称IR)IR 寄存器负责储存MCU 要写给LCM 的指令码。当MCU 要发送一个命令到IR 寄存器时,必须要控制LCM 的RS、R/W 及E 这三个引脚,当RS
15、 及R/W 引脚信号为0,E 引脚信号由1 变为0 时,就会把在DB0DB7 引脚上的数据送入IR 寄存器。5. DR-数据寄存器(Data Register,简称DR)DR 寄存器负责储存MCU 要写到CGRAM 或DDRAM 的数据,或储存MCU 要从CGRAM 或DDRAM 读出的数据,因此DR 寄存器可视为一个数据缓冲区,它也是由LCM的RS、R/W 及E 等三个引脚来控制。当RS 及R/W 引脚信号为l,E 接脚信号由1 变为0时,LCM 会将DR 寄存器内的数据由DB0DB7 输出以供MCU 读取;当RS 接脚信号为l,R/W 接脚信号为0,E 接脚信号由1 变为0 时,就会把在D
16、B0DB7 引脚上的数据存入DR寄存器。6. BF-忙碌标志信号(Busy Flag,简称 BF)BF 的功能是告诉MCU,LCM 内部是否正忙着处理数据。当BF=1 时,表示LCM 内部正在处理数据,不能接受MCU 送来的指令或数据。LCM 设置BF 的原因为MCU 处理一个指令的时间很短,只需几微秒左右,而LCM 得花上40 微秒1.64 亳秒的时间,所以MCU要写数据或指令到LCM 之前,必须先查看BF 是否为0。7. AC-地址计数器(Address Counter,简称AC)AC 的工作是负责计数写到CGRAM、DDRAM 数据的地址,或从DDRAM、CGRAM读出数据的地址。使用地
17、址设定指令写到IR 寄存器后,则地址数据会经过指令解码器(Instruction Decoder),再存入AC。当MCU 从DDRAM 或 CGRAM 存取资料时,AC 依照MCU 对LCM 的操作而自动的修改它的地址计数值。图2-1 单键飞梭单键飞梭,或者称增量式旋转编码器是一种将角位移转化成电信号的装置,如图2-1所示。将位移转换成周期性的电信号再把这个电信号转变成计数脉冲,用脉冲的个数表示位移的大小。单键飞梭一般包含三个引脚:端口A,端口B,地GND。飞梭旋转一周还包含有24个定位槽(不同型号定位槽的个数也不同)。当飞梭转动到定位槽处时,会发出响声如同按键按下,这样能够有效地避免飞梭的当
18、前位置处于两个定位槽之前,提高飞梭的稳定性。将端口A,B接上拉电阻,当旋转飞梭时,在端口A,B都会有相应的矩形波输出,在示波器中能够观察到下图的波形。4图2-2 飞梭旋转时的波形图由于端口A,B输出的两个信号相位相差90,因此编码器的旋转方向将很容易被确定。观察图2-2 ,当飞梭顺时针旋转时,当端口A有一个上升沿的时候,对应端口B是低电平,逆时针旋转时,当端口A有一个上升沿的时候,对应端口B是高电平。这使得我可以通过一段简单的程序就能判断飞梭旋转地方向了。理想情况下,只需要端口A一个上升沿中断。一旦中断发生,端口B的电平将决定编码器转动的方向。但是,就如按键存在电平抖动的情况,单键飞梭同样也存
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- 基于 PIC24 人机 输入 设计
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