一、输入类设备简介

1、IO输入输出，是计算机系统中的一个概念。计算机的主要功能就是从外部获取数据然后进行计算加工得到输出数据并输出给外部（计算机可以看成数据处理器）。计算机和

外部交互就是通过IO。每一台计算机都有个标准输入和标准输出。

2、常见的输入类设备

键盘、鼠标、触摸屏、游戏摇杆、传感器、（摄像头并不是一个典型的输入类设备）

二、触摸屏介绍

1、触摸屏的特点

(1)触摸屏和人的关系很紧密，尤其是电容式触摸屏。

(2)触摸屏和显示器关系很紧密。

(3)典型应用：手机、平板电脑、收银机、工业领域。

2、触摸屏的分类

(1)常见的触摸屏分为2种：电阻式触摸屏和电容式触摸屏。早期用电阻式触摸屏，后来发明了电容式触摸屏。

(2)这两种的特性不同、接口不同、编程方法不同、原理不同。

3、触摸屏和显示屏的联系与区别

(1)首先要搞清楚：触摸屏是触摸屏，用来响应人的触摸事件的；显示屏是显示屏，用来显示的。现在用的显示屏一般都是LCD。

(2)为什么很多人会搞混这两个概念，主要是因为一般产品上触摸屏和显示屏是做在一起的。一般外层是一层触摸屏，触摸屏是透明的，很薄；底下是显示屏用来显示图像，平

时看到的图像是显示屏显示并且透过触摸屏让人看到的。

三、电阻式触摸屏的原理

电阻式触摸屏其实就是一种传感器，虽然已经用的不多了，但是还是有过很多的LCD模块采用电阻式触摸屏，这种屏幕可以用四线、五线、七线或八线来产生屏幕偏置电压，同时

读回触摸点的电压，在这里主要以四线为例进行说明。

1、薄膜+玻璃（需要尖锐硬物点击）

(1)要点是薄、透明。前面板硬度稍弱，可以被硬物按下弯曲，后面板硬度很高，不会弯曲。

(2)前面板和后面板在平时没有挨住，在外力按下之下，前面板发生（局部）形变，在这一点上前后面板会挨住。 如下下面左图所示：

2、ITO（导电+透明+均匀压降）

(1)ITO是一种材料，其实是一种涂料，特点就是透明、导电、均匀涂抹。 （如上面右图中的金属涂层）

(2)本来玻璃和塑料都是不导电的，但是涂上ITO之后就变成导电了（同时还保持着原来透明的特性）。

(3)ITO不但导电而且有电阻，所以中间均匀涂抹了ITO之后就相当于在同一层的两边之间接了一个电阻。因为ITO形成的等效电阻在整个板上是均匀分布

的，所在在板子上某一点的电压值和这一点的位置值成正比。

(4)触摸屏经过操作，按下之后要的就是按下的坐标，坐标其实就是位置信息，这个位置信息和电压成正比了，而这一点的电压可以通过AD转换得到。这就是整个电阻式触摸屏的工作原理。

3、X/Y轴分时AD转换

(1)下面要研究如何得到按下的这点的电压

(2)在第一个面板的一对电极上加电压，然后在另一个面板的一个电极和第一个面板的地之间去测量。在没有按下时测试无结果，但是在有人按下时在按下的那一点2个面板接触

，接触会导致第二个面板上整体的电压值和接触处的电压值相等，所以此时测量到的电压就是接触处在第一个面板上的电压值。

(3)以上过程在一个方向进行一次即可测得该方向的坐标值，进行完之后撤掉电压然后在另一个方向的电极上加电压，故伎重施，即可得到另一个方向的坐标。至此一次触摸事件结束。

4、电阻触摸屏的校准

(1)电压值和坐标值成正比的，所以需要去校准它。校准就是去计算(0, 0)坐标点的电压值是多少。

5、电阻式触摸屏的硬件接口

(1)对于电阻式触摸屏来说，他的硬件接口主要分为两种：一种是SoC内置电阻式触摸屏控制器，另一种是外置的专门触摸屏控制芯片，将触摸板传感器与这个控制芯片相连接，这个芯片

内部逻辑电路或者是内置程序代码能够根据上面说的原理将触点坐标算出来并且转化为数字量通过I2C接口发送给主机Soc。

(2)而对于第一种接口需要Soc的电阻式触摸屏控制器能够自己完成上面说的任务，并且需要将传感器的模拟量转换为数字量，所以这个一般就会和ADC联系在一起，而在s5pv210这

款SoC中其实就是将ADC模块和触摸屏模块集成在一起的，后面会来重点分析。

四、电容式触摸屏的原理

1、人体电流感应

利用人体电流感应现象，在手指和屏幕之间形成一个电容，手指触摸时吸走一个微小电流，这个电流会导致触摸板上4个电极上发生电流流动，控制器通过计算这4个电流的比例就能算

出触摸点的坐标（这个计算过程中涉及到AD转换）。

2、专用电路计算坐标（硬件接口）

(1)电阻式触摸屏传感器本身原理很简单，坐标的计算也是很简单的事，所以可以通过SoC的电阻式触摸屏控制器直接与触摸板传感器相连接，由Soc内部的控制器来完成坐标的计算和

AD转换是没有问题的，对于SoC本身来说并不是一个太大的负担。但是电容式触摸屏不同，电容式触摸屏需要自带一个IC进行坐标计算因此电容式触摸屏工作时不需要主机SoC控制器参与。

所以电容式触摸屏的这种接口其实就是上面说的电阻式的第二种硬件接口，而且电容式触摸屏目前只能实现为第二种接口。

(2)为什么这样设计？主要原因是因为电容式触摸屏传感器的坐标计算太复杂，普通程序员无法写出合适的代码解决这个问题，因此在电容式触摸屏中除了触摸板之外还附加了一个IC

进行专门的坐标点计算和统计。这个IC全权负责操控触摸板得到触摸操作信息，然后再通过数字接口（一般是I2C）和主机SoC进行通信。

3、多个区块支持多点触摸

(1)电阻触摸屏不支持多点触摸，这是它本身的原理所限制，无法改变无法提升。

(2)电容式触摸屏可以支持多点触摸（也可以单点触摸）。按照之前讲的电容式触摸屏的原理，单个电容式触摸屏面板也无法支持多点触摸，但是可以将一个大的触摸面板分成

多个小的区块，每个区块相当于是一个独立的小的电容式触摸屏面板。

(3)多个区块支持多点触摸让电容触摸屏坐标计算变复杂了，但是这个复杂性被电容触摸IC吸收了，还是通过数字接口和主机SoC通信报告触摸信息（触摸点数、每个触摸点的坐

标等）。

4、对外提供I2C的访问接口

(1)整个电容触摸屏包含2部分：触摸板传感器和电容触摸IC。触摸板传感器就是一个物理器件，电容触摸IC一般做到触摸屏的软排线（FPC，例如下图中软排线上的那颗芯片）上面，

电容触摸IC负责操控触摸板、通过AD转换和分析得到触摸点个数、触摸坐标等信息，然后以特定的数字接口与SoC通信。这个数字接口就是I2C。

(2)对于我们主机SoC来说，电容式触摸屏其实就是一个I2C从设备。主机只需要通过I2C总线对这个从设备进行访问即可（从设备有自己特定的从设备地址）。从这里来讲，其

实电容式触摸屏和其他的传感器（gsensor等）并没有任何区别。

一、 触摸屏的认知

触摸屏(touch screen)又称为"触控屏"、"触控面板"，是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。主要应用于公共信息的查询、领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。

二、基本常识

1. 人机界面产品的定义

连接可编程序控制器（PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备，由硬件和软件两部分组成。HMI为英文Human-Machine Interface的缩写。

2. 人机界面（HMI）产品的组成及工作原理

人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了HMI产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、32位的处理器。HMI软件一般分为两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件（如JB－HMI画面组态软件）。使用者都必须先使用HMI的画面组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI 产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。

3. 人机界面产品的基本功能及选型指标

基本功能：

设备工作状态显示，如指示灯、按钮、文字、图形、曲线等；

数据、文字输入操作，打印输出；

生产配方存储，设备生产数据记录；

简单的逻辑和数值运算；

可连接多种工业控制设备组网。

选型指标：

显示屏尺寸及色彩，分辨率；

HMI的处理器速度性能；

输入方式：触摸屏或薄膜键盘；

画面存贮容量，注意厂商标注的容量单位是字节（byte）、还是位（bit）；

通讯口种类及数量，是否支持打印功能。

4. 人机界面产品分类

薄膜键输入的HMI，显示尺寸小于5.7，画面组态软件免费，属初级产品。如POP－HMI 小型人机界面；

触摸屏输入的HMI，显示屏尺寸为5.7～12.1，画面组态软件免费，属中级产品；

基于平板PC计算机的、多种通讯口的、高性能HMI，显示尺寸大于10.4�，画面组态软件收费，属高端产品。

5. 人机界面的使用方法

明确监控任务要求，选择适合的HMI产品；

在PC机上用画面组态软件编辑“工程文件”；

测试并保存已编辑好的“工程文件” ；

PC机连接HMI硬件，下载“工程文件”到HMI中；

连接HMI和工业控制器（如PLC、仪表等），实现人机交互。

人机界面未来的发展趋势

有些机械行业，比如说机床、纺织机械等行业，在国内已经发展有几十年的历史了，相对来说属于比较成熟的行业，从长远看，这些行业还存在着设备升级换代的需求。在这个升级换代的过程中，确实会有一些小的、一直使用比较低端产品的厂家被淘汰掉，但也有很多企业在设备更新过程中，将需求重新定位，去寻找那些能够符合他们发展计划，帮助他们提高自身生产力的设备供应商。

鉴于这种需求，以后人机界面的改变，将在形状上、观念上、应用场合等方面都有所改变，从而带来工控机核心技术的一次次变革。总体来讲，人机界面的未来发展趋势是六个现代化：平台嵌入化、品牌民族化、设备智能化、界面时尚化、通讯网络化和节能环保化。

具有wifi和3G功能的HMI

组态软件的认知

组态软件，上位机软件的一种。组态软件<=上位机软件。又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即 数据采集与监视控制。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。

组态软件在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解为"组态式监控软件"。"组态(Configure)"的含义是"配置"、"设定"、"设置"等意思，是指用户通过类似"搭积木"的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的"组态"。它有时候也称为"二次开发"，组态软件就称为"二次开发平台"。"监控(Supervisory Control)"，即"监视和控制"，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。

组态为模块化任意组合。通用组态软件主要特点:

⑴延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场(包括硬件设备或系统结构)或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级;

⑵封装性(易学易用)，通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术(甚至不需要编程技术)，就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能;

⑶通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备(PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等)的I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。

iFix软件包=iFix PDB+iFix Workspace，数据库和监控的画面可以分开，一个数据库可供多个iClient连接，一个iClient可连接多个数据库。

iFix软件的一般特性：

①PLUG&SLOVE结构及COM组件技术，方便第三方软件集成应用；

②安全容器的专利技术保证第三方ActiveX控件稳定运行；

③内置微软的Visual Basic for Application作为脚本程序；

④真正的分布式Client/Server结构

⑤标准SQL/0DBC的接口

⑥65656654完整的OPC的客户服务器模式的支持。

Citect原属澳大利亚悉雅特公司(现已被施耐德公司收购，但独立运营)的Citect是较早进入中国市场的产品，但其操作方式更多地是面向程序员，而不是工控用户。

Citect提供了类似C语言的脚本语言进行二次开发，但与iFix不同的是，Citect的脚本语言并非是面向对象的，而是类似于C语言，这无疑为用户进行二次开发增加了难度。

WinCC组态软件是德国西门子公司的产品，它具有如下特点开放性和系统的稳定性，WinCC具有强大的脚本编程范围，包括从图形对象上单个的动作到完整的功能以及独立于单个组件的全局动作脚本。WinCC甚至在使用Windows API函数时，都可以在动作脚本中完成调用。

此外，集成的脚本编程包含了C翻译器和大量的ANSI-C标准函数。脚本的应用使得WinCC软件具有很强的开放性。在使用的时候，请注意释放所分配的存储器，否则系统运行会越来越慢。

组态王集成了对KingHistorian的支持，且支持数据同时存储到组态王历史库和工业库，极大地提高了组态王的数据存储能力，能够更好地满足大点数用户对存储容量和存储速度的要求。

KingHistorian是亚控新近推出的独立开发的工业数据库。能够更好地满足高端客户对存储速度和存储容量的要求，完全满足了客户实时查看和检索历史运行数据的要求。

MCGS用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制。

MCGS组态软件包括三个版本，分别是网络版、通用版、嵌入版。

具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。

用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。

普洛菲斯，以其创新的科技理念和领先的技术意识为全球客户提供可编程人机界面、工业平板式计算机、图形逻辑控制和工业信息终端等产品，帮助广大用户提高整体生产、经营效率。Pro-face这一品牌也在全球范围占主导地位，成为全球HMI行业领袖，在亚洲、美洲、欧洲都占有极高的市场占有率。

威纶通是集研发、生产、制造、销售于一体的金牌人机界面供应商，基于先进的人机沟通技巧和品牌化发展理念，在生产自动化、过程自动化领域提供多种选择的优质人机界面产品、解决方案及服务。WEINVIEW品牌专注于中国HMI市场，已广泛应用于机械、纺织、电气、包装等行业。

HITECH在中国大陆称为海泰克，积极投入应用于工业自动化领域的人机介面（HMI）研发工作。泉毅是台湾第一家将嵌入式系统技术结合LCD模组，自行研发出工业级HMI产品的厂商。其已经被瑞典贝尔收购，已经归入贝尔旗下。其在大陆主要通过天津罗升销售。目前在国内市场占有率比较高，但已经呈下降趋势。

来自瑞典的BEIJER电子集团，欧洲第一人机品牌，全系列人机采用铝镁合金外壳设计，纤薄抗干扰能力强，64KTFT真彩显示，画面靓丽清晰，内嵌WinCE操作系统，功能强大，可靠性高，前面板防护等级为IP66，通过UL\DNV\RoHS等多种认证。

三菱电机自动化包括可编程控制器、触摸屏、变频调速器、交流伺服系统、数控系统等。目前其PLC有Q系列（中型）、FX系列（小型）、L系列（中大型）HMI有GT10系列、GT15系列、GT11系列、GOT-F900、GOT1000这几个系列三菱FX系列小型PLC进入国内早，目前三菱的HMI基本都是与三菱的PLC配套。

西门子股份公司是世界最大的机电类公司之一，在制造自动化、过程自动化及楼宇电气安装领域提供产品、系统、应用和服务。西门子S7-200产品在产业机械上的使用非常广泛，其HMI基本都是与自己的PLC做配套，近几年其HMI被其他品牌抢占了大部分；近期西门子推出SMART系列经济型HMI，是使用重点。

施耐德电气从事钢铁工业、重型机械工业、轮船建造业；施耐德做为一个综合性的集团公司，其在国内市场的知名度、市占率都非常高。

在控制类产品方面，其中大型PLC使用非常广泛，施耐德在触摸屏方面有模块化触摸屏终端、工业触摸显示器、触摸屏图形终端系列、MagelisXBTGK系列、MagelisXBTGT系列、MagelisXBTGTW系列、MagelisXBTXBTN,R,RT系列等。

台达初期专注与电子元器件、电源研发生产，台达机电产品包括：PLC、HMI、变频器、伺服、温控器、编码器、计数器、开关电源、直流马达等产品，目前在国内市场占有率很高。

今天讲解人机界面技术就到这里了，更全的解析后续还会给大家分享！

以上，欢迎动动手分享及收藏！

一、指代不同

1、上位机：指可以直接发出操控命令的计算机。

2、触摸屏：是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置

二、功能不同

1、上位机：屏幕上显示各种信号变化（液压，水位，温度等）。

2、触摸屏：当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。

三、作用不同

1、上位机：提供应用程序与开发人员基于某软件或硬件的以访问一组例程的能力，而又无需访问源码，或理解内部工作机制的细节罢了，多语言支持功能模块，同时支持数种高级语言为上位机编程。

2、触摸屏：赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。主要应用于公共信息的查询、领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。

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在使用工控软件中，我们经常提到组态一词，组态英文是“Configuration”,其意义究竟是什么呢？简单的讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法、完成工程中某一具体任务的过程。

与硬件生产相对照，组态与组装类似。如要组装一台电脑，事先提供了各种型号的主板、机箱、电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等，我们的工作就是用这些部件拼凑成自己需要的电脑。当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间，因为它一般要比硬件中的“部件”更多，而且每个 “部件” 都很灵活，因为软部件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、性状、颜色等）。

在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序（如使用BASIC,C,FORTRAN等）来实现的。编写程序不但工作量大、周期长，而且容易犯错误，不能保证工期。组态软件的出现，解决了这个问题。对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。

组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中。如DCS(集散控制系统)组态，PLC（可编程控制器）梯形图组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件。其实在其他行业也有组态的概念，人们只是不这么叫而已。如AutoCAD，PhotoShop，办公软件(PowerPoint)都存在相似的操作，即用软件提供的工具来形成自己的作品，并以数据文件保存作品，而不是执行程序。组态形成的数据只有其制造工具或其他专用工具才能识别。但是不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。组态工具的解释引擎，要根据这些组态结果实时运行。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。

虽然说组态就是不需要编写程序就能完成特定的应用。但是为了提供一些灵活性，组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类BASIC语言，有的甚至支持VB。

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