第12 章 人机交互设备及其接口

第12章人机交互设备及其接口12.1键盘及其接口12.2鼠标器及其接口12.3CRT显示器及其接口12.4打印机及其接口12.5其它人机交互设备12.1键盘及其接12.1.1键盘的工作原理12.1.2微机键盘及键盘接口返回12.1.1键盘的工作原理1．键盘的类型2．键盘的功能3．键盘的工作原理返回（1）编码键盘。键盘内部能自动检测被按下的键，并提供与被按键功能对应的键码（如ASCII码），以并行或串行方式送给CPU。（2）非编码键盘。只简单地提供按键的行列位置（位置码或扫描码），而按键的识别和键码的确定与输入等功能均由软件完成。1．键盘的类型返回2．键盘的功能（1）识别键盘矩阵中的被按键；（2）清除按键时产生的抖动干扰；（3）防止按键操作的串键错误；（4）产生被按键相应的键码。返回3．键盘的工作原理逐行扫描法由程序对键盘进行逐行扫描，通过检测到的列输出状态来确定闭合键。需要设置输入口、输出口各一个。行列扫描法通过行列颠倒扫描来识别闭合键。在扫描每一行时，读列线；然后依次向列线扫描输出，读行线。需要提供两个可编程的双向输入/输出端口。返回例8-1CPU8255APA0PA1PA2PB0PB1PB2PB3列0列1列2列3行1行0行2图12-1非编码键盘接口硬件框图L1：OUT40H，ALROLALMOVAH，ALINAL，41HANDAL，CLCMPAL，CLJNZL2ADDCH，BHMOVAL，AHDECBLJNZL1JMPBEGINL2：INCCHRCRALJCL2MOVAL，CHJMPKEYTABLE假定有一个3×4的矩阵键盘通过并行接口芯片8255A与微机相连。8255A的A口定义为输出口，与键盘行线相连；B口定义为输入口，与键盘列线相连。设8255AA口地址为40H，B口地址为41H，控制寄存器地址为43H。MOVAL，82HOUT43H，ALBEGIN：MOVAL，0OUT40H，ALWAIT：INAL，41HANDAL，0FHCMPAL，0FHJZWAITMOVCX，7FFHL0：LOOPL0ST：MOVBL，3MOVBH，4MOVAL，0FEHMOVCL，0FHMOVCH，0FFH返回12.1.2微机键盘及键盘接口1．PC微机键盘的特点2．键盘控制电路3．键盘接口电路4．PC机键盘接口标准返回1．PC微机键盘的特点（1）键盘由单片机、译码器和16行×8列的键开关矩阵三大部分组成。（2）按键采用电容开关，即按键时的上下动作使电容量发生变化，从而实现开关接通或断开的目的。（3）它是一种由单片机扫描、编码的智能化键盘。（4）键盘通常通过设在主板上的键盘接口连到主机上，人们通过键盘输入的数据是在主机的BIOS程序的控制下，传送到主机的CPU中进行处理的。返回2．键盘控制电路IRQ1检测器行译码时钟发生器移位寄存器列译码键盘矩阵16行×8列中断请求CDPCLKCLOCKCLKDATAD1图12-2PC/XT键盘与接口框图输出T18048返回3．键盘接口电路（1）将串行接收键盘送来的接通扫描码和断开扫描码，转换成并行数据并暂存（2）收到一个完整的扫描码后，立即向主机发中断请求（3）主机中断响应后读取扫描码，并转换成相应的ASCII码存入键盘缓冲区（4）接收主机发来的命令，传送给键盘，并等候键盘的响应，自检时用以判断键盘的正确性返回4．PC机键盘接口标准5芯接口（即俗称大口）PS/2接口（即俗称小口）USB接口返回12.2鼠标器及其接口12.2.1鼠标器的工作原理12.2.2鼠标器接口返回12.2.1鼠标器的工作原理1．机械式鼠标由鼠标底部的胶质小球带动X方向滚轴和Y方向滚轴，在滚轴的末端有译码轮，译码轮附有金属导电片与电刷直接接触。2．光电式鼠标光电式鼠标是利用发光二极管（LED）发出来的光投射到鼠标板上，其反射光经过光学透镜聚焦投射到光敏管上。3．光机式鼠标光机鼠标在机械鼠标的基础上，将磨损最厉害的接触式电刷和译码轮改进成为非接触式的LED对射光路元件。返回12.2.2鼠标器接口1．串行接口2．专用主板鼠标器端口（PS/2）3．USB接口返回12.3CRT显示器及其接口12.3.1CRT显示器的工作原理12.3.2CRT显示器接口返回12.3.1CRT显示器的工作原理图12-3彩色显示器的基本结构框图显示适配卡信号处理视频放大驱动电路14123RGB荧光屏电子束荫罩板高压电路行扫描电路水平同步信号垂直同步信号帧扫描电路偏转线圈513全帧开始全帧结束水平扫描正程（显示）水平扫描逆程（消隐）第1行第2行第3行第4行第n-1行第n行n，1-1，2，3，4，n-1，垂直逆程（消隐）图12-4光栅扫描示意图图12-55×7字符点阵返回12.3.2CRT显示器接口1．字符发生器2．显示存储器RAM3．CRT控制器4．移位寄存器和视频信号合成器显示RAM锁存器CRT视频AB图12-6CRT接口电路原理图地址多路转换器控制器移位寄存器字符发生器视频信号合成器信号CBDB系统总线行地址字符地址消隐线选地址垂直同步打点时钟水平同步锁存控制3返回1．字符发生器例12-3字符“B”的ASCII码是42H，它的5×7点阵与输入/输出的关系如图12-8所示。线选地址为000H时，没有数码的点阵被选中，5位输出都为0，可作为字符行之间的间隔提供空格。输出缓冲器A9A8A3O4O3O2O1O0字符选择译码选择译码RS2RS1RS01A2A1A01线代码1128×5×7字符ROM相当于ROM的低位地址01127017ASCII码图12-7字符发生器内部结构图线选地址相当于ROM的高位地址1ASCII码42H线选地址RS2RS1RS0001010输出码O4O3O2O1O011110100011000111110100011000111110000000111001011101110005×7点阵图12-8字符发生器中“B”与输入/输出的关系49H42H4DH44H4EH45H012191919181917显示RAM80811581591760183918401919017879012223行列017879023079IBMEND显示屏图12-9屏幕上字符位置分配图12-10显示RAM和显示屏的映像关系2．显示存储器RAM3．CRT控制器（1）提供读显示RAM的扫描地址和屏幕显示的扫描地址（2）提供时序控制信号水平同步、垂直同步及消隐信号锁存器的锁存信号移位寄存器的串行移位信号4．移位寄存器和视频信号合成器移位寄存器在打点时钟控制下，把从字符发生器并行输出的线代码变成串行形式送往视频输出电路。视频信号合成器将字符图形信息与水平同步、垂直同步、消隐三种信号合成为一种复合信息流，即视频信号。返回12.4打印机及其接口12.4.1打印机工作原理12.4.2打印机接口返回12.4.1打印机工作原理1．针式打印机2．喷墨打印机3．激光打印机返回接口控制电路数据线选通响应忙时序控制逻辑列计数器驱动电路字符发生器（ROM）打印行缓冲器（RAM）字符代码图12-11针式打印机控制原理图字符点阵列信号输入控制电路至走纸机构打印头车架地址计数器驱动打印针头1.针式打印机针式打印机是以行列点阵的形式来打印字符或图形的，所以也叫点阵式打印机返回2．喷墨打印机（1）连续式喷墨打印机连续式喷墨打印机只有一个喷嘴，利用墨水泵对墨水加以固定压力，使之连续不断地喷射。（2）随机式喷墨打印机墨滴只在需要打印时才喷出，因此，不需要墨水回收装置。返回3．激光打印机静激光器激光束调制驱动电路纸输出纸输入图12-12激光打印机的工作原理图偏转装置电子成像辐射定影红外线热静电潜像感光鼓返回12.4.2打印机接口1．并行打印机接口标准（1）信号线的定义（2）数据传送时序2．并行接口逻辑及编程应用返回（1）信号线的定义信号名称方向功能说明DATA0～DATA7数据入8位并行数据，高电平表示1，低电平表示0STROBE选通脉冲入低电平时将数据送入打印机接口，脉冲宽度大于0.5μsSLCTIN选择输入入低电平有效，表示数据可输入打印机AUTOREEDXT自动走纸入低电平有效，打印完一行后自动走纸INIT初始化命令入低电平有效，初始化打印机控制器和数据缓冲区ACKNLG应答出低电平有效，表示打印机已收到数据高电平有效，表示打印机不能接收新的数据。当打印机BUSY忙碌出处于打印状态，或者数据缓冲区满，或者脱机，或者有故障时，发BUSY信号PE纸用完出高电平有效，表示无打印纸SLCT选择状态出高电平表示联机状态，低电平表示脱机状态ERROR出错出当打印机处于出错、脱机或缺纸状态时，该信号变为低电平表12-1Centronics标准接口信号说明GND地出返回（2）数据传送时序DATA0～DATA7STOBEBUSYACK有效接口打印机图12-13并行打印机接口数据传送时序返回2．并行接口逻辑及编程应用图12-14并行接口逻辑框图D7～D0A7～A0AENIORIOWIRQINTE状态寄存器控制寄存器数据寄存器25脚D型插座命令译码器数据缓冲器D7D6D5D4D3D2D1D0IRQENSLCTININITAUTOLFSTOBE含义同表12-1的同名信号D7D6D5D4D3D2D1D0BUSYACKPESLCTERROR含义同表12-1的同名信号例12-4设3个端口的地址分别为数据口378H，状态口379H，控制口37AH。试对3个端口编程，实现将AL的字符送打印机输出。MOVDX，0378HOUTDX，AL；将打印字符送数据口INCDXWAIT：INAL，DX；读状态TESTAL，80H；检测BUSY位JNZN-OUT；不忙则输出选通JMPWAIT；忙则等待N-OUT：MOVAL，0DHINCDXOUTDX，ALMOVAL，0CHOUTDX，AL；在控制口写入，使选通有效返回12.5其它人机交互设备12.5.1液晶显示器12.5.2扫描仪12.5.3触摸屏12.5.4数码相机返回12.5.1液晶显示器1．液晶显示器概述液晶显示器（LiquidCrystalDisplay，LCD）液晶材料为基本组件。晶体可以排列为扭曲的形式，使得通过它的光线也随之扭曲；有电流通过时，晶体会改变排列方式。2．液晶显示器的工作原理图12-17扭曲向列型LCD的基本结构段电极背电极下偏振片上偏振片玻璃反射板返回12.5.2扫描仪1．扫描仪概述2．扫描仪工作原理A/D步进电机控制电路USB主机I/O感光器件扫描头平板玻璃扫描原稿平行光平行光源图12-18平台式CCD扫描仪的原理图返回12.5.3触摸屏1．触摸屏概述2．触摸屏的工作原理（1）红外线触摸屏（2）电阻式触摸屏（3）电容式触摸屏（4）声表面波式触摸屏返回12.5.4数码相机1．数码相机的原理2．数码相机的输出3．数码相机的特点（1）分辨率较低（2）拍照有延迟（3）存储介质多样（4）照片可直接送到计算机处理返回