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　　HCI（人机接口）是对人与计算机之间交互方式以及交互程度的研究。有很多以及大学正在研究HCI。由于历史原因，人们很少将注意力放到计算机的易用性问题上。很多计算机用户直到今天都在抱怨计算机专家在如何使“界面友好”这方面没有投入足够的精力。而反过来，这些计算机专家也在抱怨，他们的理由是：设计计算机并制造它实在是个很复杂的工作，光是研究如何在新领域能够计算机的问题就已经占用了他们的大部分精力，实在是没有多余的精力来研究计算机的易用性了。　　人机接口的一个重要问题是：不同的计算机用户具有不同的使用风格――他们的教育背景不同、理解方式不同、以及具备技能都不相同，比如，一个和普通人的使用习惯就完全不同。另外，还要考虑文化和民族的因素。第三，人机接口的研究工作是建立在日益发展的人机交互技术上的，以前很多无法实现的人机，今天都可以做到了。最后，当用户逐渐掌握了新的接口时，他们可能提出新的要求。
（作者：责任编辑：人机接口）
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人机接口与人机交互
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你可能喜欢第3章过程通道与人机接口；?本章的教学目的与要求；掌握各种过程通道的结构、原理、设计及使用方法；?数字量输入输出通道?模拟量输出通道?模拟量输入；DigitalInput(DI):数字量输入，D；?重点、难点及对学生的要求；说明：带“***”表示要掌握的重点内容，带“**；?数字量输入通道的结构***?数字量输入调理电路；?数字量输入输出通道的标准化设计**
第3章 过程通道与人机接口
? 本章的教学目的与要求
掌握各种过程通道的结构、原理、设计及使用方法。 ? 授课主要内容
? 数字量输入输出通道 ? 模拟量输出通道 ? 模拟量输入通道 ? 人机接口内部总线 ? 外部总线 ? 主要外语词汇
Digital Input(DI):数字量输入，Digital Output(DO):数字量输出，Analogue Digital Converter(ADC): 模数转换器，Digital Analogue Converter(DAC): 数模转换器
? 重点、难点及对学生的要求
说明：带“***”表示要掌握的重点内容，带“**”表示要求理解的内容，带“*”表示要求了解的内容，带“☆”表示难点内容，无任何符号的表示要求自学的内容
? 数字量输入通道的结构*** ? 数字量输入调理电路***☆ ? 数字量输出通道的结构*** ? 数字量输出驱动电路***
? 数字量输入输出通道的标准化设计***☆ ? D/A转换器的工作原理***
? 常用D/A转换芯片的使用方法及性能指标***☆ ? 模拟量输出通道的设计（隔离和标准化）***☆ ? A/D转换器的工作原理***
? 常用A/D转换芯片的使用方法及性能指标***☆ ? 模拟量输入通道的设计（隔离和标准化）***☆ ? 常用键盘输入电路的设计*** ? 其他常用的人机接口* ? 辅助教学情况
多媒体教学课件（POWERPOINT） ? 复习思考题
? 数字量输入通道的结构 ? 数字量输入调理电路 ? 数字量输出通道的结构 ? 数字量输出驱动电路
? 数字量输入输出通道的标准化设计 ? D/A转换器的工作原理
? 常用D/A转换芯片的使用方法及性能指标 ? 模拟量输出通道的设计（隔离和标准化） ? A/D转换器的工作原理
? 常用A/D转换芯片的使用方法及性能指标 ? 模拟量输入通道的设计（隔离和标准化） ? 常用键盘输入电路的设计 ? 参考资料
刘川来，胡乃平，计算机控制技术，青岛科技大学讲义
过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量（开关量）输入通道、数字量（开关量）输出通道。生产过程的各种参数通过模拟量输入通道或数字量输入通道送到计算机，计算机经过计算和处理之后将所得的结果通过模拟输出通道或数字量输出通道送到生产过程，从而实现对生产过程的控制。
计算机和操作人员之间常常需要互通信息。为此计算机和操作人员之间应设置显示器和操作器，其中一种是CRT显示器和键盘，另外一种是针对某个生产过程控制的特点而设计的操作控制台等。通常把上述两类设备简称为人机接口。
数字量输入输出通道
一、数字量的种类
数字量的种类一般分为电平式和触点式，电平是高电平或低电平；触点式为触点闭合或触点断开。其中触点式一般又分为机械触点和电子触点，如按钮、旋钮、行程开关、继电器等触点是机械触点，晶体管输出型的接近开关和光电开关等的输出触点是电子触点。
二、数字量输入通道
数字量输入通道的任务是把外界生产过程的开关状态信号、或数字信号送至计算机或微处理器，简称DI(Digital Input)通道。 1．数字量输入通道的结构
数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路等组成，如图3.1所示。
数字量输入通道结构
2．输入调理电路
（1）小功率输入调理电路
图3.2所示为从开关、继电器等触点输入信号的电路。它将触点的接通和断开动作转换成TTL电平与计算机相连。为了消除由于触点的机械抖动而产生的震荡信号，一般都加入有较长时间常数的积分电路来消除这种震荡。图3.2（a）所示为一种简单的、采用积分电路消除开关抖动的方法。图3.2（b）所示为R-S触发器消除开关抖动的方法。
（2）大功率输入调理电路
在大功率系统中，需要从电磁离合等大功率器件的接点输入信号。这种情况下，为了使接点工作可靠，接点两端至少要加
12V或24V以上的直流电压，抗干扰能力强，电路简单，因而被广泛采用。
但是这种电路，由于所带电压高，所以低压和高压之间，用光电耦合器进行隔离，如图3.3所示。
小功率输入调理电路
．常用的几种数字量输入的接线方式
在工业现场中，经常用到的数字量输入有：按钮、接近开关、光电开关、旋转编码器等。其中按钮是无源接点，晶体管输出型的接近开关、
光电开关和旋转编码器等的输出有NPN和PNP两种方式。
共阴极输入的数字量输入接线原理框图如图所示。
三、数字量输出通道
开关量输出通道的任务是把计算机或微处理器送出的数字信号（或开关信号）传送给开关器件，如指示灯、继电器，控制它们的通断、闭合或亮灭等，简称DO(Digital Output)通道。 1． 数字量输出通道的结构
如图3.6所示。
输出口地址译码电路等组成，如图3.6所示。
2．输出驱动电路
（1）晶体管输出驱动电路
（2）继电器输出驱动电路
（3）固态继电器(SSR)驱动电路
在设计上，一般都将数字量的输入通道和输出通道作在同一块模板上，这样可以节省硬件成本，充分利用计算机的有限资源，方便用户使用。
给出了PC总线下的数字量输入输出模板的原理图。该系统共有8路数字量输入和8
字量输出，可分为两部分，一部分是地址译码部分，用于选通相应的通道；第二部分就是输入和输出接口部分。
模拟量输出通道
一、 D/A转换器原理
1．D/A转换器的工作原理
D/A转换器输入的数字量是由二进制代码按数位组合起来表示的，任何一个n位的二进制数，均可用表达式
DATA=D020+D121+ D222+?? +Dn-12n-1
来表示。其中Di=0或1(i=0,1?n-1)；20，21，?2n-1分别为对应数位的权。在D/A转换中，要将数字量转换成模拟量，必须先把每一位代码按其“权”的大小转换成相应的模拟量，然后将各分量相加，其总和就是与数字量相应的模拟量，这就是D/A转换的基本原理。
D/AVREF、T型（R-2R）电阻网络、位切换开关BSi和运算放大器A。D/A转换器输入的二进制数从低位到高位（D0～Dn-1）分别控制对应的位切换开关（BS0～BSn-1）,它们通过R-2R型电阻网络，在各2R支路上产生与二进制数各位的权成比例的电流，再经运算放大器A相加，并按比例转换成模拟电压VOUT输出。D/A转换器的输出电压VOUT与输入的二进制数D0～Dn-1的关系式为
VOUT=-VREF（D02+D12+ D22+?? +Dn-12）/2 其中Di=0或1(i=0,1?n-1)，n表示D/A转换器的位数。 2．D/A转换器的主要性能参数
(1) 分辨率
（2）稳定时间（又称转换时间） （3）绝对精度 （4）相对精度 （5）线性误差
二、 D/A转换器芯片及接口电路
1．8位D/A转换器芯片DAC0832
DAC0832是8位数/模转换芯片，DAC0832具有以下主要特点： ● 与TTL电平兼容； ● 分辨率为8位； ● 建立时间为1μs； ● 功耗为20mW；
●电流输出型D/A转换器。
（1）DAC0832结构框图及引脚说明
DAC0832的结构框图和引脚如图3.12所示。
8位输入寄存器，数据输入端可直接连接到数据总线上，第二个寄存器为8位
DAC寄存器。
（2）DAC0832的工作过程 DAC0832的工作过程是：
① CPU执行输出指令，输出8位数据给DAC0832； ② 在CPU执行输出指令的同时，使ILE、WR1、CS三个控制信号端都有效，8位数据锁存在8位输入寄存器中；
③ 当WR2、XFER两个控制信号端都有效时，8位数据再次被锁存到8位DAC寄存器，这时8位D/A转换器开始工作，8位数据转换为相对应的模拟电流，从Iout1和Iout2输出。
（3）DAC0832的工作方式
针对使用两个寄存器的方法，形成了DAC0832的三种工作方式，分别为双缓冲方式、单缓冲方式和直通方式。
（4）DAC0832接口电路
DAC0832是8位的D/A转换器，可以连接数据总线为8位、16位或更多位的CPU。
当连接8位CPU时，DAC0832的数据线DI0～DI7可以直接接到CPU的数据总线D0～D7, 当连接16位或更多位的CPU时，DAC0832的数据线DI0～DI7接到CPU数据总线的低8位（D0～D7），为了提高数据总线的驱动能力，D0～D7可经过数据总线驱动器(如74LS244)，再接到DAC0832的数据输入端（DI0～DI7）。
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