帶有微處理器的儀器的操作曾經(jīng)是通過儀器面板上眾多的功能鍵和數(shù)字鍵來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的，程序用查詢的方法掃描鍵盤或響應(yīng)鍵盤中斷的方法讀回鍵值，然后散轉(zhuǎn)各分支程序去執(zhí)行相應(yīng)的功能子程序，完成相應(yīng)的作業(yè)。使用者往往不得不借助厚厚的使用說明書來熟悉、來指南儀器面板上各種按鍵的定義和操作的方法。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展及大屏幕點(diǎn)陣式液晶顯示器的出現(xiàn)，使得智能化儀器的操作也向菜單式、傻瓜型邁進(jìn)。通過液晶屏上的菜單選項(xiàng)，用面板上三四個(gè)按鍵或旋轉(zhuǎn)式光電編碼開關(guān)，就能完成儀器操作所必需的參數(shù)設(shè)置、命令執(zhí)行等必要的人機(jī)交互。該類儀器的程序結(jié)構(gòu)也適應(yīng)了其菜單式"傻瓜"界面的特點(diǎn)，用后臺大量的編程工作換取了前臺儀器操作的極其簡單和方便。本文從軟硬件設(shè)計(jì)的角度，討論智能儀器中菜單式交互界面形成的原理和實(shí)現(xiàn)的方法。

　　1  交互界面的輸入結(jié)構(gòu)

　　在菜單式界面的智能儀器中，人機(jī)交互的指令輸入部件可用按鍵或旋轉(zhuǎn)式光電編碼開關(guān)。按鍵由增鍵、減鍵和確認(rèn)鍵構(gòu)成（圖1） .使用這3 種操作可以用來在液晶顯示屏上移動光標(biāo)、數(shù)據(jù)輸入和操作選定等。增鍵和減鍵用于選擇菜單中選項(xiàng)時(shí)的光標(biāo)移動，以及在設(shè)定數(shù)值時(shí)對數(shù)值大小的增減；確認(rèn)鍵用于對選中的選項(xiàng)和設(shè)定的數(shù)值大小的確定。

圖1  按鍵示意圖

　　按鍵的功能可以用旋轉(zhuǎn)式光電編碼開關(guān)來替代。旋轉(zhuǎn)式光電編碼開關(guān)的功能類似計(jì)算機(jī)上使用的鼠標(biāo)，它有3 種操作："**""右旋"和"按下選定", 可對應(yīng)著按鍵輸入時(shí)的增鍵、減鍵和確認(rèn)鍵。

　　圖2 是光電編碼開關(guān)的外形圖、電原理圖、輸出信號真值表和波形圖。該開關(guān)壓下時(shí)②和③短路輸出，旋轉(zhuǎn)時(shí)，由把柄帶動穿孔圓盤一起轉(zhuǎn)動。開關(guān)內(nèi)有2 個(gè)發(fā)光二極管、2 個(gè)光敏三極管和1 個(gè)穿孔圓盤，圓盤上的穿孔按特定規(guī)律分布。光敏二極管接收發(fā)光二極管發(fā)出的光，形成二路旋轉(zhuǎn)輸出信號"輸出A"和"輸出B".旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)穿孔圓盤上的某個(gè)圓孔正對著發(fā)光二極管時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的光通過該圓孔照射到光敏三極管上，三極管導(dǎo)通，輸出低電平信號；當(dāng)圓盤上的所有圓孔都錯(cuò)開發(fā)光二極管時(shí)，光敏三極管因收不到光信號而截止，輸出高電平信號。

圖2  光電編碼開關(guān)

　　由圖2 （c） 真值表可見，其實(shí)"輸出B"和"輸出A"的編碼對應(yīng)著2 位循環(huán)碼（格雷碼） ,循環(huán)碼的特點(diǎn)是由一個(gè)計(jì)數(shù)狀態(tài)變到下一個(gè)計(jì)數(shù)狀態(tài)的過程中，只有一位數(shù)碼變化，因此在循環(huán)碼的譯碼器中，不會產(chǎn)生競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象。在智能儀器中微處理器引腳狀態(tài)變化的中斷輸入中也不會產(chǎn)生中斷事件的競爭。但循環(huán)碼不能用二進(jìn)制計(jì)算來判別大小和順序，所以要判別光電編碼開關(guān)是"**"還是"右旋"時(shí)，要引入"輸出B"和"輸出A"電平的現(xiàn)狀態(tài)和前狀態(tài)進(jìn)行分支邏輯判斷，軟件編程稍稍復(fù)雜一點(diǎn)。

　　現(xiàn)在很多單片微控制器的I/ O 口線都帶有鍵盤中斷功能，圖1 所示的按鍵和圖2 所示的旋轉(zhuǎn)式光電編碼開關(guān)，可通過上拉電阻的形式直接接到這些I/ O 口線上。有操作信號時(shí)，口線的電平改變會引起鍵盤中斷的發(fā)生，CPU 響應(yīng)中斷后可去處理相應(yīng)的操作。在微處理器I/ O 口線或外中斷口線緊張的情況下，可以如圖3 所示，通過I2 C 總線外擴(kuò)一片串行變并行的PCF8574 芯片，芯片P0~ P7 的8根口線可用作輸入或輸出；用作輸入時(shí)，口線電平的變化會引起芯片13 腳電平變低向微處理器申請中斷。圖3 中RL K 是旋轉(zhuǎn)式光電編碼開關(guān)，它的"輸出A""輸出B"和"按下開關(guān)"接到了PCF8574 的P4、P5 和P6 ,在筆者研制的"電流互感器伏安特性試驗(yàn)儀"中，PCF8574 的P0~P3 被用作輸出，經(jīng)接插件J9 ,通過光耦去驅(qū)動試驗(yàn)電壓量程切換的繼電器。

圖3  節(jié)省I/ O 口線的按鍵輸入接口電路