第 12 章 人机交互设备及其接口

1. 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 • 12.3 CRT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

2. 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

3. 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

4. 1．键盘的类型 • （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。 返 回

5. 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

6. 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

7. 列0 列1 列2 列3 PA0 行0 PA1 行1 PA2 CPU 8255A 行2 PB0 PB1 PB2 PB3 图12-1 非编码键盘接口硬件框图 例8-1 • 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8255A A口地址为40H，B口地址为41H，控制寄存器地址为43H。 • MOV AL，82H • OUT 43H，AL • BEGIN：MOV AL，0 • OUT 40H，AL • WAIT ： IN AL，41H • AND AL，0FH • CMP AL，0FH • JZ WAIT • MOV CX，7FFH • L0： LOOP L0 • ST： MOV BL，3 • MOV BH，4 • MOV AL，0FEH • MOV CL，0FH • MOV CH，0FFH • L1： OUT 40H，AL • ROL AL • MOV AH，AL • IN AL，41H • AND AL，CL • CMP AL，CL • JNZ L2 • ADD CH，BH • MOV AL，AH • DEC BL • JNZ L1 • JMP BEGIN • L2： INC CH • RCR AL • JC L2 • MOV AL，CH • JMP KEYTABLE 返 回

8. 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

9. 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

10. IRQ1 时钟发生器 PCLK 中断请求 C D 移位寄存器 检测器 行 译 码 键盘矩阵 16行×8列 CLOCK CLK 输出 T1 DATA D1 8048 列译码 图12-2 PC/XT键盘与接口框图 2．键盘控制电路 返 回

11. 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

12. 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

13. 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

14. 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

15. 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

16. 12.3 CRT显示器及其接口 • 12.3.1 CRT显示器的工作原理 • 12.3.2 CRT显示器接口 返 回

17. 全帧开始 垂直同步信号 第1行 14 帧扫描电路 第2行 偏转线圈 水平扫描逆程（消隐） 水平扫描正程（显示） 荧光屏 显 示 适 配 卡 第3行 信号 处理 视频放大 驱动电路 第4行 电子束 垂直逆程（消隐） 荫罩板 第n-1行 高压电路 5 图12-5 5×7字符点阵 第n行 水平同步信号 13 行扫描电路 全帧结束 图12-4 光栅扫描示意图 图12-3 彩色显示器的基本结构框图 R 1 ， ， ， ， ， ， 2 3 n 4 n-1 1-1 2 G B 3 12.3.1 CRT显示器的工作原理 返 回

18. 锁 存 器 DB 显示 RAM 视频 信号 系 统 总 线 AB 消 隐 字符 地址 CRT CB 图12-6 CRT接口电路原理图 存 控 生 地址 移 制 视频信号 址 锁 字 水 钟 打 步 垂 线 行 3 步 存 符 地 器 合成器 位 选 直 制 点 平 多路 器 控 地 发 同 转换器 址 器 同 寄 时 12.3.2 CRT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 返 回

19. 0 ASCII码 线选地址 RS2 RS1RS0 0 0 1 0 1 0 输 出 码 O4 O3 O2 O1 O0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 128×5×7字符ROM 5×7点阵 1 ASCII码 42H 127 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 线选地址 1 7 相当于ROM 的低位地址 图12-7 字符发生器内部结构图 图12-8 字符发生器中“B”与输入/输出的关系 线 择 冲 A9 相当于 输 O1 字 择 A2 RS2 O4 译 译 符 O3 器 O0 A1 RS1 ROM的 代 出 码 码 1 缓 RS0 1 高位地址 1 A8 码 O2 A0 1 选 选 A3 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。

20. 49H 显示RAM 42H 0 0 79 4DH 1 0 列 IBM 0 1 78 79 行 2 0 1 78 79 0 1 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 80 81 158 159 45H 显示屏 4EH 1917 44H 1918 1919 22 23 END 1760 1839 23 1840 1919 2．显示存储器RAM

21. 3．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

22. 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

23. 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

24. 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

25. 驱动打印针头 打印行 缓冲器 （RAM） 字符 发生器 （ROM） 数 据 线 驱动 电路 接口 控制 电路 选通 响应 忙 列计数器 字符 输入控制 字符点阵列 地址 至走纸机构 信号 电路 代码 打印头车架 计数器 时序控制逻辑 图12-11 针式打印机控制原理图 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

26. 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

27. 静 静电潜像 红外线热 电子成像 辐射定影 感光鼓 偏转 装置 激光器 纸输出 激光束 纸输入 调制驱动电路 图12-12 激光打印机的工作原理图 3．激光打印机 返 回

28. 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

29. 表12-1 Centronics标准接口信号说明 • 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0 • STROBE 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0.5μs • SLCT IN 选择输入 入 低电平有效，表示数据可输入打印机 • AUTO REED XT 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 • GND 地 出 （1）信号线的定义 返 回

30. DATA0～DATA7 有效 接口 打印机 图12-13 并行打印机接口数据传送时序 STOBE BUSY ACK （2）数据传送时序 返 回

31. D7～D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 数据寄存器 25脚 D型 插座 IRQENSLCTIN INIT AUTOLF STOBE 控制寄存器 含义同表12-1的同名信号 AEN A7～A0 状态寄存器 INTE IRQ D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 图12-14 并行接口逻辑框图 数 命 IOW IOR 据 令 缓 译 BUSY ACK PE SLCT ERROR 冲 码 含义同表12-1的同名信号 器 器 2．并行接口逻辑及编程应用

32. 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。 • MOV DX，0378H • OUT DX，AL ；将打印字符送数据口 • INC DX • WAIT： IN AL，DX ；读状态 • TEST AL，80H ；检测BUSY位 • JNZ N-OUT ；不忙则输出选通 • JMP WAIT ； 忙则等待 • N-OUT：MOV AL ，0DH • INC DX • OUT DX，AL • MOV AL，0CH • OUT DX，AL ；在控制口写入，使选通有效 返 回

33. 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

34. 上偏振片 段电极 玻璃 下偏振片 背电极 反射板 图12-17 扭曲向列型LCD的基本结构 12.5.1 液晶显示器 • 1．液晶显示器概述 • 液晶显示器（Liquid Crystal Display，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 返 回

35. 扫描原稿 平板玻璃 平行光 扫描头 感光器件 平行光源 主 机 USB I/O 图12-18 平台式CCD扫描仪的原理图 A/D 步进电机 控制电路 12.5.2 扫描仪 • 1．扫描仪概述 • 2．扫描仪工作原理 返 回

36. 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

37. 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