最新计算机 键盘与显示电路设计.

1、微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日最新计算机 键盘与显示电路设计微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日一、概述l在计算机系统中，除中央处理机之外的设备都叫做外部设在计算机系统中，除中央处理机之外的设备都叫做外部设备。外部设备承担着计算机外部各种媒体形式的信息与计备。外部设备承担着计算机外部各种媒体形式的信息与计算机内部数字信号之间转换的重任。外部设备也是人与计算机内部数字信号之间转换的重任。外部设备也是人与计算机沟通与联系的接口，是计算机发挥作用的通道与桥梁。算机沟通与联系的接口，是计算机发挥作

2、用的通道与桥梁。计算机的外部设备多种多样，型号不同、规格不同、性能计算机的外部设备多种多样，型号不同、规格不同、性能不同、价格不同，同一设备在结构上、工作原理上、操作不同、价格不同，同一设备在结构上、工作原理上、操作方法相差很大，而且在高性能设备上往往采用了最新的科方法相差很大，而且在高性能设备上往往采用了最新的科技成果，技术含量越来越大。因此学习一些有关外部设备技成果，技术含量越来越大。因此学习一些有关外部设备工作原理、基本结构、使用方法等基础知识，对于计算机工作原理、基本结构、使用方法等基础知识，对于计算机的开发和应用、外部设备的维护和设计是非常重要的。的开发和应用、外部设备的维护和设计是

3、非常重要的。微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日8.1键盘设计微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日8.1.1键盘的基本工作原理l1.键盘的分类键盘的分类（1）编码键盘 键盘控制电路的功能完全依靠硬件自动完成，这种键盘称键盘控制电路的功能完全依靠硬件自动完成，这种键盘称为编码键盘，它能自动将按下键的编码信息送入计算机。编为编码键盘，它能自动将按下键的编码信息送入计算机。编码键盘响应速度快，但它以复杂的硬件结构为代价，而且其码键盘响应速度快，但它以复杂的硬件结构为代价，而且其复杂性随着按键功能的增加

4、而增加。复杂性随着按键功能的增加而增加。（2）非编码键盘 与编码键盘不同，非编码键盘并不直接提供按键的编码信与编码键盘不同，非编码键盘并不直接提供按键的编码信息，而是用较为简单的硬件和一套专用程序来识别按键的位息，而是用较为简单的硬件和一套专用程序来识别按键的位置。置。 非编码键盘由软件、硬件配合完成键盘的工作。利用软件非编码键盘由软件、硬件配合完成键盘的工作。利用软件驱动下的硬件来完成诸如扫描、编码、传送等功能，这个程驱动下的硬件来完成诸如扫描、编码、传送等功能，这个程序被称之为键盘处理程序。整个键盘处理程序由查询程序、序被称之为键盘处理程序。整个键盘处理程序由查询程序、传送程序、译码程序三

5、部分组成。传送程序、译码程序三部分组成。 微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日l键盘工作过程：(1)(1)主程序首先调用查询程序，通过查询接口逐行扫主程序首先调用查询程序，通过查询接口逐行扫描键位矩阵，同时检测行列的输出，由行与列的交描键位矩阵，同时检测行列的输出，由行与列的交连信号确定某闭合键的坐标，即得到被按键对应的连信号确定某闭合键的坐标，即得到被按键对应的扫描码；扫描码；(2)(2)主程序调用传送程序将得到的扫描码传送给位于主程序调用传送程序将得到的扫描码传送给位于主机内的键盘接口电路；主机内的键盘接口电路；(3)(3)主程序调用译码程

6、序将键盘接口内的扫描码翻译主程序调用译码程序将键盘接口内的扫描码翻译为相应键的编码信息；为相应键的编码信息；(4)(4)在需要的时候，键盘接口电路把上述编码信息传在需要的时候，键盘接口电路把上述编码信息传送给主机。送给主机。微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日8.1.2键的识别l1、行扫描法行寄存器列缓冲器DB1IORINPORTIOWOUTPORT5V第0行第1行第2行第3行第4行第0列第1列第2列第3列1微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日l2.行反转法行反转法微机原理与接口技术微机原理与接

7、口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日8.1.3抖动和重键问题的解决l1、去除抖动除抖动可用硬件或软件实现。硬件除抖动电路通常由一个 R-S 触发器或单稳态电路构成。软件除抖动的方法是在检测到有按键按下时，先延迟 10ms 再检测键是否仍保持闭合状态。读键码闭合抖动释放抖动图8.3 按键抖动波形微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日l2、重键 重键是指在同一时刻有两个或多个键同时按下的情况，此时存在着是否给予识别或识别哪一个键的问题。对重键的处理，一般有两种方法。1）双键锁定 只要检测到有两个或两个以上的键被按下，就不考虑从键盘

8、读键码，只把最后释放的键看做是正确的被按键，并读取其键码。2）N键连锁 只考虑按下一个键的情况。当一个键被按下时，在此键未完全释放之前，对其他按键不予理会，只产生最先按下键的键码。这种方法较为常用。微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日8.1.4键盘工作方式l1、程序控制扫描方式 程序控制扫描方式是指单片机在空闲时，才调用键盘扫描子程序，并反复地扫描键盘，直到用户从键盘上输入命令或数据，而在执行键入命令或处理键入数据过程中，CPU将不再响应键入要求，直到CPU重新扫描键盘为止。l2、定时扫描方式 定时扫描方式就是每隔一定时间对键盘扫描一次，它利用

9、单片机内部的定时器产生一定的时间的定时，当定时时间到就产生定时器溢出中断，CPU响应中断后对键盘进行扫描，并在有键按下时识别出该键执行响应的键功能程序。微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日l3、中断扫描方式 键盘工作在程序控制扫描方式时，当无键按下时CPU要不间断的扫描键盘，直到有键按下为止。如果CPU要处理很多事情，这种方式将不能适应。定时扫描方式只要时间一到，CPU就去扫描键盘，工作效率有了进一步的提高。但这两种方式常使CPU处于空扫状态，而中断方式下，CPU可以一直处理自己的工作，知道有键闭合时发出中断申请，CPU响应中断，执行相应的中断

10、服务程序，才对键盘进行扫描，从而提高了CPU的工作效率。微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日8.1.5微机键盘l1键盘控制电路键盘矩阵1688048(XT)或专用控制器(AT)串行接口8255A(XT)或8042(AT)CPU键盘缓冲区FIFO缓冲区图8.4 键盘接口示意图 PC PC键盘一般由键盘矩阵和以单片机或专用控制器为核心键盘一般由键盘矩阵和以单片机或专用控制器为核心的键盘控制电路组成，被称为智能键盘。单片机通过执行固的键盘控制电路组成，被称为智能键盘。单片机通过执行固化在化在ROMROM中的键盘管理和扫描程序，对键盘矩阵进行扫描，发中

11、的键盘管理和扫描程序，对键盘矩阵进行扫描，发现、识别按键的位置，形成与按键位置对应的扫描码，并以现、识别按键的位置，形成与按键位置对应的扫描码，并以串行的方式送给微机主板上的键盘接口电路，供系统使用串行的方式送给微机主板上的键盘接口电路，供系统使用 微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日2键盘接口电路l目前目前 PC 常用的键盘接口有常用的键盘接口有 3 种。种。 l(1) 标准接口。 一般用于早期的一般用于早期的 AT 主板上，所以也称作主板上，所以也称作 AT 接口。标准接接口。标准接口为圆形，比口为圆形，比 PS/2 接口要大，习惯上称之为

12、大口。接口要大，习惯上称之为大口。l(2) PS/2 接口。 PS/2 接口为具有接口为具有 6 针的圆形插座，目前针的圆形插座，目前 PC 上一般都具有上一般都具有连接键盘的连接键盘的PS/2 接口。接口。 l(3) USB 接口。 由于由于 USB 设备具有即插即用，支持热插拔等优点，很多设备具有即插即用，支持热插拔等优点，很多设备都采用了设备都采用了 USB 接口，键盘也不例外。选择接口，键盘也不例外。选择 USB 接口接口的键盘主要考虑主机上是否具有空余的的键盘主要考虑主机上是否具有空余的 USB接口。接口。 微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年

13、4月24日l3、键盘硬件中断服务程序 当 PC 机的键盘接口收到一个字节数据后，通过机内 8259 向 CPU 请求中断，CPU 在中断允许的条件下，响应键盘中断，从而转入 BIOS 的键盘中断服务程序，主要功能如下： (1) 从键盘接口读取键盘扫描码，判断是否合法；非法时结束中断，不予处理。 (2) 如果是特殊键(如 CapsLock、Ins、Alt、Ctrl、Shift 等)，将状态存入 BIOS 数据区的键盘标志单元。 (3) 将扫描码转换成 ASCII 码，判断转换后的 ASCII 码是否合法。 (4) 判断键盘缓冲区是否已满，如果已经存满，则中断结束。键盘缓冲区未满时，将ASCII

14、码存入键盘缓冲区，并修改它的指针，结束中断，正常返回。(5) 对于系统复位组合键(CtrlAltDel)、中止组合键(CtrlC 或 CtrlBreak)、暂停(AltNumLock)、打印屏幕(ShiftPrint)等则直接执行，完成其对应的操作功能。 微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日应用举例l应用举例：用应用举例：用 INT 16H(AH00H)中断调用，实现从键盘输入中断调用，实现从键盘输入 20 个字符。该程序代码个字符。该程序代码l如下：如下： lDATA SEGMENT lBUF DB 20 DUP（？）（？） ；设置内存缓冲区

15、；设置内存缓冲区 lMESS DB NO CHARACTER!，0DH，0AH，$ lDATA ENDS lCODE SEGMENT lASSUME CS：CODE，DS：DATA lSTART： MOV AX，DATA lMOV DS，AX lMOV CX，20 ；设置初值；设置初值 lMOV BX，OFFSET BUF lLOP1： MOV AH，1lPUSH CX lMOV CX，0 lMOV DX，0 lINT 1AH lLOP2： MOV AH，0 lINT 1AH lCMP DL，100 lJNZ LOP2 lMOV AH，l lINT 16H lJZ DONE ；无输入字符，则结

16、束；无输入字符，则结束 lMOV AH，0 lINT 16H lMOV BX，AL ；把字符存入内存缓冲区；把字符存入内存缓冲区 lINC BX lPOP CX lLOOP LOP1 lJMP ENlDONE： MOV DX，OFFSET MESS lMOV AH，09H lINT 21H ；显示提示信息；显示提示信息 lEN： MOV AH，4CH lINT 21H ；返回；返回DOS lCODE ENDS lEND START微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日8.2七段码led显示接口8.2.1led显示器的结构e dc dp+5V/地地

17、gfa b+5V/地地10 97 681 24 53agdfbecdpR8abcdgdpefR8abcdgdpef+5V(a) 结构和引脚(b) 共阴极接法(c) 共阳极接法微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日l七段LED显示器是用发光二极管显示字形的显示器件。在应用系统中通常使用的七段显示器。七段显示器由七段构成，每一段是一个发光二极管，排成一个“日”字形，通过控制某几个二极管的导通发光而显示某一字形，如数字09，字符A、B、C、D、E、F等。如图8.5所示。表8.4 字形段码关系表数字共阳极段码共阴极段码数字共阳极段码共阴极段码0C0H3F

18、H998H67H1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF8EH71H7F8H07H 7F H80H880H7FH8.00HFFH微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日8.2.2led显示器的工作方式和显示程序l一、LED显示器的工作方式1、静态显示方式 静态显示方式就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。LED显示器在静态显示方式下，各显示位的位选线即共阴极点（或共阳极点）连接一起接地（或接+5V）；各显示位

19、的段选线（ag）与一个8位并行口相连。2、动态显示方式 所谓动态的显示方式，就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描）。对某一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。动态显示动态显示电路中将所有显示位的段选码线并联在一起，由一个8位I/O控制，而位选线（共阴极点或共阳极点）分别由相应的I/O口线控制。点或共阳极点）分别由相应的I/O口线控制。微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日l二、LED显示器接口及显示程序1、单个LED与CPU连接 agdfbecdp图8.6 单个LED与CPU的连接abcdgdpef8位锁存器&D0D7Q0Q1Q2Q3Q

20、4Q5Q6Q7+5VDB0DB790HIOW微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日l2、动态显示接口图8.7 8位动态LED的显示接口锁存器锁存器驱动器驱动器GG端口A端口B段码寄存器位码寄存器阳极阴极b7b6b0abcdgdpefDB0DB7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日l MOVDI,Dismem；指向显示缓冲区首址；指向显示缓冲区首址lMOVCL,80H；只想左端；只想左端LED显示器显示器lMOVAL,00H；将；将00送位码锁存器，关显示送位码锁存器

21、，关显示lMOVPortB，ALlDisp:MOVAL,DI ；取要显示的字符；取要显示的字符lMOVBX,SegptlXLAT；显示字符的段码给；显示字符的段码给ALlOUT PortA, AL；将段码送至；将段码送至A口口lMOVAL, CLlOUTPortB, AL；将位码送；将位码送B口口lPUSH CX；保存位码至堆栈；保存位码至堆栈lMOVCX, 50H；延时一定时间；延时一定时间lDelay:LOOPDelaylPOPCXlCMPCL,01；显示至最右端了吗？；显示至最右端了吗？lJZDesendlINCDI；否，指向下一位要显示的字符；否，指向下一位要显示的字符lSHRCL,1

22、 ；位码右移一位，指向下一个数位；位码右移一位，指向下一个数位lJMPDisplDisend:RETlSegptDB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80HlDB90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,7FHlDismem DB02H,00H,00H,05H,10H,00H,05H,10H微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日8.3液晶显示器及其显示接口8.3.1液晶显示器的工作原理1.液晶及分类 液晶显示器的基本原理：在电场的作用下，液晶分子从特定的初始排列状态转变为其它排列方式。随着

23、分子排列的变化，液晶的光学特性发生变化，从而产生视觉的变化。1）从液晶的物理条件角度，液晶可以分为热致液晶和溶致液晶两大类 2）从分子角度看，液晶可分为层列液晶、丝状液晶和脂状液晶， 3）按物理结构，常见的液晶显示器分为扭曲向列型（Twisted Nematic，TN）、超强扭曲向列型（Super Twisted Nematic，STN）和彩色薄膜型（Thin Film Transistors，TFT）三种。微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日2.TN型液晶显示器的原理lLCD本身并不发光，是借助外界光线照射液晶材料而实现发光的被动显示器件。液

24、晶分子在导电玻璃电极板之间，由于液晶的四壁效应，彼此正交，按水平方向排列，分子呈90度扭曲状态。这样的结构能使液晶对光产生旋光作用，使光的偏振方向也旋转90度。当电极两端加上3v左右的电压时，在电场的作用下，分子被迫失去扭曲结构，并呈垂直方向排列，从而失去旋光作用。线性偏振光可直接通过液晶投射在反射板上，并被反射板吸收。人们从液晶显示板上看到的某些点或段呈“黑色”，组成字段或点阵图形。反射板上偏振片上电极基板封接剂下电极基板下偏振片电级液 晶材料微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日3、TFT型液晶显示器的原理透明电极（公用）玻璃板液晶体透明电极

25、背光灯源红（R）荧光粉蓝（B）荧光粉绿（G）荧光粉可见光微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日l TFT液晶显示器与TN型液晶显示的原理不同，但在构造上仍有相似之处，只不过把TN型上部电极基板改为FET晶体管，而下层改为共同电极。如图8.10所示。在光源设计上，TFT型的显示采用“背透式”照射方式，即假想的光源路径不是像TN型液晶那样从上而下，而是从下而上，这样的做法是在液晶的背部设置类似日光灯灯管，光源照射时通过下偏光板向上透出。在FET的电极导通时，液晶分子的表现如TN型液晶的排列状态一样会发生改变，通过遮光和透光来达到显示的目的。微机原理与接口技术微机原理与接口技术 清华大学出版社清华大学出版社2013年4月24日8.3.2液晶显示器的驱动方式l液晶显示器的驱动是指通过调整施加在液晶显示器电极上的电信号的相位、峰值和频率