第5章-人机交互设备

微机原理及组装维护技术本章学习目标了解常用的人机交互设备理解键盘、鼠标、显卡、显示器、打印机、扫描仪的结构和工作原理掌握键盘、鼠标、显卡、显示器、打印机、扫描仪的主要技术参数熟悉键盘、鼠标、显示器、打印机、扫描仪的使用注意事项目录5.2键盘5.4显卡与显示器5.1人机交互设备概述5.3鼠标5.5打印机5.6扫描仪本章结构人机交互设备显卡与显示器键盘的结构和工作原理键盘的分类键盘的主要技术参数键盘使用注意事项显示器使用注意事项显示器的主要技术参数显示器的结构和工作原理主流显示芯片鼠标的结构和工作原理鼠标的分类鼠标的主要技术参数鼠标使用注意事项扫描仪的结构和工作原理扫描仪的分类扫描仪的主要技术参数扫描仪使用注意事项打印机的结构和工作原理打印机的分类打印机的主要技术参数打印机使用注意事项显卡的主要技术参数显卡的结构和工作原理键盘鼠标打印机扫描仪概述5.1人机交互设备概述人机交互设备是指人和计算机之间建立联系、交流信息的输入/输出设备。这些输入/输出设备直接与人的运动器官（如手、口）或感觉器官（如眼、耳）打交道，通过它们，人们把要执行的命令和数据送给计算机，同时又从计算机获得易于理解的信息。人机交互设备分为输入设备和输出设备。5.1人机交互设备概述1.输入设备输入设备是计算机与外界进行交互的一种装置，用于把原始数据和处理这些数据的应用程序输入到计算机中。计算机能够接收各种各样的数据，既可以是数值型的数据，也可以是各种非数值型的数据，如图形、图像、声音等都可以通过不同类型的输入设备输入到计算机当中进行存储、处理和输出。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。5.1人机交互设备概述2.输出设备输出设备与输入设备一样，也是一种计算机与外界交互的装置。用于将各种计算结果的数据或信息以数字、字符、图形、图像、声音等形式表示出来。常见的输出设备有显示器、打印机等。5.2键盘键盘的历史非常悠久，早在1714年就出现了各种形式的打字机，而最早的键盘就出现在那个时期的打字机上。直到1868年，“打字机之父”—美国人克里斯托夫·拉森·肖尔斯设计出了适合现代打字机的规范键盘，即“QWERTY”键盘。如今，键盘早已成为了将各种指令和数据输入到计算机中的主要输入设备之一。5.2.1键盘的分类1.根据按键的接触方式分类（1）机械式键盘机械式键盘的底部有一块PCB板，PCB板上固定着100多颗机械式按键及电路，这些按键的结构类似于金属接触式开关，通过触点导通或断开来判断按键是否被触发。机械式键盘的优点是经久耐用、工艺简单、易维护，而缺点是不防水、敲击费力、噪音大且成本高。5.2.1键盘的分类（2）塑料薄膜式键盘塑料薄膜式键盘由一层按键、三层塑料薄膜及电路板组成。最上层是中心有凸起橡胶垫的按键，三层塑料薄膜中最上层是正级电路，中间是间隔层，下层是负极电路。对应每个按键，上下两层薄膜中都有相应的触点，间隔层有相应的小孔。当按键按下时，上下两层薄膜触点通过小孔而导通。薄膜式键盘具有价格低廉、无机械磨损，低噪音的特点。目前市面上销售的键盘大多数都是塑料薄膜式键盘。5.2.1键盘的分类（3）导电橡胶式键盘导电橡胶式键盘的按键信号通过导电橡胶接通下方印刷线路板上的触点而产生。其结构非常简单，上层是中心有凸起导电橡胶垫的按键，下层是正负极平行交叉的触点，当按键按下时，导电橡胶使其下面触点的正负极接通。这类键盘是由机械键盘向薄膜键盘过渡的产品，目前市面上比较少。5.2.1键盘的分类（4）无接点静电电容式键盘这类键盘是这四类键盘中技术含量最高的，其按键使用了类似电容式开关的原理，通过按键时改变电极间的距离，引起电容容量改变从而获得按键通断信号。特点是无磨损且密封性较好，但造价较高。5.2.1键盘的分类2.根据键盘的控制形态分类（1）编码式键盘编码式键盘由内部复杂的硬件电路来提供按键编码。当某个按键被按下时，硬件电路直接按该键所在的位置产生相应的按键编码（ASCII字符码）。这种键盘响应速度快，但硬件电路复杂且按键编码固定，导致按键编码不易修改和扩充，目前很少使用。5.2.1键盘的分类（2）非编码式键盘非编码式键盘内部只使用较为简单的硬件和软件来对按键进行识别，根据按下按键的位置生成位置状态代码（扫描码）传送给计算机，然后由计算机内的软件把这些位置状态代码转换为相应的按键编码（ASCII字符码）。这种键盘的响应速度不如编码式键盘快，但它结构简单，且可以通过软件为按键重新定义编码，键盘功能扩充方便，目前计算机大多使用这种键盘。5.2.1键盘的分类3.根据键盘的接口分类早期AT主板的键盘接口是一个较大的圆形接口，俗称“大口”，已淘汰。后来的ATX主板改用PS/2接口作为键盘和鼠标的专用接口，俗称“小口”，但键盘和鼠标的PS/2口不能互换；目前亦有PS/2键鼠通用接口。随着USB接口的广泛应用，现在很多厂商推出了USB接口的键盘。5.2.2键盘的结构和工作原理1.键盘的结构键盘分为外壳、按键和电路板3部分。平时只能看到键盘的外壳和所有按键，电路板被安置在键盘内部，用户是看不到的，如图所示。5.2.2键盘的结构和工作原理（1）键盘的外壳外壳主要用来支撑电路板和为操作者提供一个方便的工作环境。多数键盘外壳上有可以调节键盘与操作者角度的支撑架，通过调节这个支撑架，用户可以改变键盘的角度。键盘的外壳与工作台的接触面上装有防滑减震的橡胶垫。许多键盘外壳上还有一些指示灯，用来指示某些键的工作状态。5.2.2键盘的结构和工作原理（2）按键对键盘而言，虽然按键数目有所差异，但按键布局基本相同，共分为5个区域，即主键盘区、编辑键区、功能键区、小键盘区和特殊键区。（3）电路板电路板是整个键盘的核心，主要由逻辑电路和控制电路组成。逻辑电路排列成矩阵形状，每一个按键都安排在矩阵的交叉点上。而控制电路由按键识别电路、编码电路、接口电路等组成（现大多由单片机电路来实现）。5.2.2键盘的结构和工作原理2.键盘的工作原理常用的非编码键盘有线性键盘和矩阵键盘。线性键盘是指每一个按键均有一条输出线，若有N个键，则需N条线进行识别，适应于键少场合。矩阵键盘的按键按行（M行）和列（N列）排列，可排M×N个按键，按键识别只需M+N条线，适应于键多场合，计算机键盘就采用这种方式。线性键盘矩阵键盘5.2.2键盘的结构和工作原理在计算机键盘中，常采用扫描法和反转法来识别按键。（1）扫描法扫描法识别按键的过程是：首先判断是否有键被按下，即先进行全扫描，将所有行线置成低电平，然后读取全部列线；如果读取的列值全是高电平，则说明没有任何一个键被按下；如果读取的列值不是全1，则说明有键按下，再用逐行扫描的方法确定哪一个键被按下。先扫描第一行，即置该行为低电平，其他行为高电平，然后读取列线，如果某条列线为低电平，则说明第一行与该列相交的位置上的按键被按下；如果所有列线全是高电平，则说明第一行没有键被按下，接着扫描第二行，依此类推，直到找到被按下的键，这样来确定一对唯一的行值和列值。5.2.2键盘的结构和工作原理扫描法原理图5.2.2键盘的结构和工作原理（2）反转法反转法利用一个可编程的并行接口（如8255A）来实现。其识别按键的过程是：将行线接到一个并行端口，先让它工作在输出方式，将列线接到另一个并行端口，先让它工作在输入方式；编程使输出端口往各行线全部送低电平，然后读取列线的值，如果有某一个键被按下，则必有一条列线为低电平。然后进行线反转，通过编程对两个并行端口进行方式设置，使连接行线的端口工作在输入方式（原来是输出方式），使连接列线的端口工作在输出方式（原来是输入方式），并将刚才读到的列线值通过所连接的并行端口再输出到列线，然后读取行线的值，那么闭合键所对应的行线必为低电平，这样当一个键被按下时，就可以确定一对唯一的行值和列值。5.2.2键盘的结构和工作原理反转法原理图5.2.2键盘的结构和工作原理PC系列键盘是由键盘内的单片机程序根据以上的两种方法之一（通常采用扫描法）来识别按键的当前位置的。如果有闭合键就根据其位置（行值和列值）获得对应的扫描码，当闭合键松开时也对应一个扫描码，前者为闭合扫描码，后者为断开扫描码，键盘内部电路里有一个16字节的FIFO队列缓冲器，用于存放按键的扫描码，然后对扫描码进行并串转换，向键盘接口输出按键的扫描码（加奇偶校验位）；5.2.2键盘的结构和工作原理主板上的键盘控制器通过键盘接口收到串行扫描码后，完成奇偶校验和串并转换，并向CPU发出键盘中断请求，由CPU响应键盘中断INT09H而调入扫描码，并将其转换为按键编码（ASCII字符码），保存到键盘缓冲区中，以便程序使用。5.2.3键盘的主要技术参数1.外观设计良好的键盘外观，不仅代表做工的精细，同时给人以视觉上的享受。2.工作噪声键盘使用时产生的噪声越来越被人们所重视，键盘噪声越小越好。5.2.3键盘的主要技术参数3.人体工程学一款优秀的键盘不仅按键要舒适、而且使用时还要适合使用者手型。符合人体工程学的键盘是从外形大小、曲线弧度和重量这几方面来设计的。其目的就是最大限度地满足人们在使用时对手感、舒适度和使用习惯方面的要求。尽量减轻疲劳程度，避免肌肉劳损的症状，从而最大限度的提高用户工作效率。4.键盘的扩展功能好的键盘具有自定义热键、防水、防热等扩展功能，这些扩展功能能为用户带来方便。5.2.4键盘使用注意事项（1）键盘是根据系统设计要求配置的，而且受系统软件的支持和管理，更换PS/2键盘必须在关闭计算机电源的情况下进行。（2）敲击键盘时，要力度适中，不要用力拍打。（3）定期清洁键盘表面的污垢，一般清洁可以用柔软干净的湿布擦拭键盘，对于顽固的污渍可以用中性的清洁剂擦除，最后再用湿布擦拭一遍。对于缝隙内的污垢，可以用棉签清除，也可以拆开键盘进行清除。5.2.4键盘使用注意事项（4）不要让液体流入键盘。大多数键盘没有防水功能，一旦有液体流进，便会使键盘受到损害，造成接触不良、腐蚀电路和短路等故障。当大量液体进入键盘时，应当立即关闭计算机，将键盘接口拔下，打开键盘，用干净、吸水的软布擦干内部的积水，最后放在通风处自然晾干。5.3鼠标鼠标全名为显示系统纵横位置指示器，因为外形酷似老鼠而得名“鼠标”。1968年12月9日，世界上第一个鼠标诞生于美国加州斯坦福大学，它的发明者是道格·恩格尔巴特博士。恩格尔巴特博士设计鼠标的初衷就是为了使计算机的操作更加简便，以便快速地屏幕定位。而鼠标发展到今天，已是计算机不可缺少的输入设备之一。5.3.1鼠标的分类鼠标分类方法有很多，通常可按照键数、接口形式、有无连线以及内部结构来进行分类。1.按键数分类按键数来分类，鼠标可以分为传统双键鼠标、三键鼠标和新型的多键鼠标。与双键鼠标相比，三键鼠标上多了一个中键，中键在某些程序中有特殊定义，能起到事半功倍的作用。后来人们为了方便上网浏览网页，又使用滚轮来代替中键，并将中键的功能融入到滚轮中。多键鼠标是鼠标发展的一个新方向，它将更多的应用程序功能键定义到鼠标键上，方便日常操作，大大提高了工作效率。5.3.1鼠标的分类2.按接口分类按接口来分类，鼠标可以分为COM、PS/2、USB三类。COM口鼠标需要占用计算机的一个串行接口，已经被淘汰。后来改用PS/2接口鼠标，目前还有一定保有量。而USB鼠标随着USB接口的广泛使用而发展起来，成为目前市场上的主流产品。5.3.1鼠标的分类3.按有无鼠标连线分类按有无鼠标连线来分类，鼠标可分为有线鼠标和无线鼠标两类。无线鼠标采用无线技术与计算机通信，从而省掉了电线带来的束缚。无线通信方式通常分为蓝牙、Wi-Fi、红外线等多种无线技术标准。但从目前所使用的主流无线鼠标来看，用得最多的还是采用2.4GHz频率和使用蓝牙的两类无线鼠标。5.3.1鼠标的分类4.按内部结构分类按内部结构来分类，鼠标可分为机械式和光电式两类。机械式鼠标的结构简单，灵敏度和精确度不高，已基本被淘汰。而光电式鼠标结构复杂，精确度高，是目前的主流产品。5.3.2鼠标的结构和工作原理光电鼠标通常由发光二极管、光学透镜、光学感应及图像分析芯片、接口控制芯片、轻触式按键、滚轮、