第12章 人机交互设备及其接口_4429

1、机电工程系第第12章章 人机交互设备及其接口人机交互设备及其接口v12.1 键盘及其接口v12.2 鼠标器及其接口v12.3 液晶显示器及其接口v12.4 打印机及其接口v12.5网络接入设备v12.6 其他人机交互设备机电工程系12.1 键盘及其接键盘及其接v12.1.1 键盘的工作原理v12.1.2 微机键盘及键盘接口返返 回回机电工程系12.1.1 键盘的工作原理v1键盘的类型键盘的类型v2键盘的功能键盘的功能v3键盘的工作原理键盘的工作原理返返 回回机电工程系v （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、v （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键盘的类型返返 回回机电工程系2键盘的功能v（1）识别键盘矩阵中的被按键；v（2）清除按键时产生的抖动干扰；v（3）防止按键操作的串键错误；v（4）产生被按键相应的键码。返返 回回机电工程系3键盘的工作原理v 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。v 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。返返 回回机电工程

3、系例例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vL1： OUT 40H，ALv ROL ALv MOV AH，ALv IN AL，41H v AND AL，CLv CMP AL，CL v JNZ L2 v ADD CH，BHv MOV AL，AHv DEC BLv JNZ L1v JMP BEGINvL2： INC CHv RCR ALv JC L2v MOV AL，CHv JMP KEYTABLEv假定有一个34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

4、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。v MOV AL，82Hv OUT 43H，ALvBEGIN：MOV AL，0v OUT 40H，ALvWAIT : IN AL，41Hv AND AL，0FHv CMP AL，0FHv JZ WAITv MOV CX，7FFHv L0： LOOP L0v ST： MOV BL，3v MOV BH，4v MOV AL，0FEHv MOV CL，0FHv MOV CH，0FFH返返 回回机电工程系12.1.2 微机键盘及键盘接口微机键盘及键盘接口 1PC微机键盘的特点 2PC键盘与键盘

5、与PC机接口机接口 3键盘与主机之间的通信方式键盘与主机之间的通信方式 4PC机键盘接口标准返返 回回机电工程系1PC微机键盘的特点微机键盘的特点v （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。v （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。v （3）它是一种由单片机扫描、编码的智能化键盘。v （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。返返 回回机电工程系2PC键盘与键盘与PC机接口机接口返返 回回主板键盘键盘矩阵译码器Intel804

6、8串行接口Intel8042CPU键盘缓冲区机电工程系3.键盘与主机之间的通信方式键盘与主机之间的通信方式v （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v （2）收到一个完整的扫描码后，立即向主机发中断请求v （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 v （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返 回回机电工程系4PC机键盘接口标准机键盘接口标准v5芯接口（即俗称大口）vPS/2接口（即俗称小口）vUSB接口返返 回回机电工程系12.2 鼠标器及其接口鼠标器及其接口v12.2.1 鼠标器的工

7、作原理v12.2.2 鼠标器的技术指标鼠标器的技术指标v12.2.3 鼠标器接口返返 回回机电工程系12.2.1 鼠标器的工作原理鼠标器的工作原理v 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。 v 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。 v 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。 返返 回回机电工程系12.2.2 鼠标器的技术指标鼠标器的技术指标v 1分辨率v 分辨率

8、是衡量鼠标器性能的最重要参数，一般以dpi（像素点/英寸）为单位。分辨率越高，必须移动鼠标器到目的地的距离越短。目前我们使用的产品的分辨率多为400dpi以上，甚至更高。高分辨率的鼠标通常用于制图和精确计算机绘图等。v 2采样率v 鼠标器的采样率可以认为是Windows操作系统确认鼠标器位置的速率。一般情况下，PS/2接口的鼠标器默认接口采样率为60次/s，采用USB接口的鼠标器采样率为120次/s。v 3扫描次数v 扫描次数是光电鼠标器特有的指标，是指每秒钟鼠标器的光学接收器将接收到的光反射信号转换为电信号的次数。次数越多，鼠标器在高速移动的时候屏幕指针就越不会由于无法判别光反射信号而乱飘。

9、机电工程系12.2.3 鼠标器接口鼠标器接口 1串行接口 2专用主板鼠标器端口（PS/2） 3USB接口 4.红外接口红外接口 5无线接口无线接口返返 回回机电工程系12.3 液晶显示器及其接口液晶显示器及其接口v 12.3.1 液晶显示器的工作原理v 12.3.2 液晶显示器的性能指标v 12.3.3 液晶显示器的驱动方式v 12.3.4 液晶显示器接口返返 回回机电工程系 12.3.1 CRT显示器的工作原理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5

10、13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12-5 57字符点阵返返 回回机电工程系12.3.2 液晶显示器的性能指标液晶显示器的性能指标v1.分辨率分辨率v2.可视角度可视角度v3.响应时间响应时间v4.亮度亮度v5.对比度对比度机电工程系12.3.3 液晶显示器的驱动方式液晶显示器的驱动方式v 静态驱动法静态驱动法v 是指在像素前后电极上施加驱动电压时呈显示状态，不施加驱动电压是指在像素前后电极上施加驱动电压时呈显示状态，不施加驱动电压时呈非显示状态的一种直

11、接驱动方法。静态驱动多用于段式驱动，即时呈非显示状态的一种直接驱动方法。静态驱动多用于段式驱动，即段电极和背电极做成段数码形式。背电极连在一起作为公共电极引线段电极和背电极做成段数码形式。背电极连在一起作为公共电极引线，段电极每段都需加驱动信号，所以每段要有一根引线，如果段数多，段电极每段都需加驱动信号，所以每段要有一根引线，如果段数多，引线也多。，引线也多。v 动态驱动动态驱动v 也称时间分割驱动或多路驱动。是在液晶显示器件上把水平一组显示也称时间分割驱动或多路驱动。是在液晶显示器件上把水平一组显示像素的背电极连在一起引出，称为行电极，又称为公共极，而把纵向像素的背电极连在一起引出，称为行电

12、极，又称为公共极，而把纵向一组显示像素的段电极连在一起，称为列电极。每个液晶显示像素都一组显示像素的段电极连在一起，称为列电极。每个液晶显示像素都由其所在的行与列的位置唯一确定。在驱动方式上采用了循环地给每由其所在的行与列的位置唯一确定。在驱动方式上采用了循环地给每行电极施加选通脉冲，同时所有列电极给出该行像素的选通或非选通行电极施加选通脉冲，同时所有列电极给出该行像素的选通或非选通的驱动脉冲，从而实现某行所有显示像素的驱动。的驱动脉冲，从而实现某行所有显示像素的驱动。 机电工程系12.3.4 液晶显示器接口液晶显示器接口v1. D-Sub接口接口vD-Sub接口，也称为VGA接口，接口为D字

13、型，共15针分3排，每排5针，用于传送模拟信号。D-Sub有着成熟的制造工艺、广泛的使用范围，它是模拟信号传输中最常见的一种接口。v2.DVI数字输入接口数字输入接口vDVI（digital visual interface，数字视频接口），数字视频接口）该标准不仅对接口的物理方式、电气指标、编码方式、时钟方式、数据格式以及传输方式等进行了严格的定义，以保证计算机生成图像的完整再现，而且还增加了一个插拔检测信号，从而真正实现了“即插即用”。 v3. HDMI数字输入接口数字输入接口vHDMI（high definition multimedia interface，高清晰度多媒体接口）。HDM

14、I所传输的视频信号和8声道音频信号都是未经压缩的，而且无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换，可以保证最高质量的影音信号传送。此外，HDMI的设备具有“即插即用”的特点，信号源和显示设备之间会自动选择最合适的视频/音频格式。 v4. DisplayPort接口接口 v高带宽。v最大程度整合周边设备。v支持内部和外部接口。v内容保护技术更可靠。v可简化相关产品的设计，节省大量的费用和空间。v具备高度的可扩展特性，可以在今后不断加入更多新内容。 返返 回回机电工程系12.4 打印机及其接口打印机及其接口v 12.4.1 打印机工作原理v 12.4.2 打印机接口返返 回回机电工程系12.4.1

15、打印机工作原理打印机工作原理 1针式打印机 2喷墨打印机 3激光打印机返返 回回机电工程系接口接口控制控制电路电路数数据据线线选通选通响应响应忙忙时序控制逻辑时序控制逻辑列计数器列计数器驱动驱动电路电路字符字符发生器发生器（ROM）打印行打印行缓冲器缓冲器（RAM）字符字符代码代码图图12-11 针式打印机控制原理图针式打印机控制原理图字符点阵列字符点阵列 信号信号输入控制输入控制 电路电路至走纸机构至走纸机构打印头车架打印头车架 地址地址计数器计数器驱动打印针头驱动打印针头1. 针式打印机针式打印机v 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 返返 回回机电工程系

16、2喷墨打印机喷墨打印机v （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。 v （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。返返 回回机电工程系3激光打印机激光打印机静静激光器激光器激光束激光束调制驱动电路调制驱动电路 纸输出纸输出纸输入纸输入图图12-12 激光打印机的工作原理图激光打印机的工作原理图 偏转偏转 装置装置电电子子成成像像辐辐射射定定影影红红外外线线热热静静电电潜潜像像感感光光鼓鼓返返 回回机电工程系12.4.2 打印机接口打印机接口 1并行打印机接口标准 （1）信号线的定义 （2）数据传送

17、时序 2并行接口逻辑及编程应用返返 回回机电工程系（1）信号线的定义）信号线的定义 信号 名称 方向 功能说明DATA0DATA7 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0.5s 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

18、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 表表12-1 Centronics标准接口信号说明标准接口信号说明 GND 地 出返返 回回机电工程系（2）数据传送时序）数据传送时序 DATA0DATA7 STOBE BUSY ACK有效有效接口接口打印机打印机图图12-13 并行打印机接口数据传送时序并行打印机接口数据传送时序返返 回回机电工程系2并行接口逻辑及编程应用并行接口逻辑及

19、编程应用图12-14 并行接口逻辑框图D7D0A7A0AENIORIOWIRQINTE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D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 IRQEN SLCTIN INIT AUTOLF STOBE 含义同表12-1的同名信号D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 BUSY ACK PE SLCT ERROR 含义同表12-1的同名信号机电工程系例例12-2v 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 ；

20、将打印字符送数据口 INC DXWAIT： 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，使选通有效返返 回回机电工程系12.5 网络接入设备网络接入设备 v 12.5.1一般局域网适配器网卡v12.5.2一般广域网适配器调制解调器机电工程系 12.5.1一般局域网适配器一般局域网适配器网卡网卡v1网卡概述网卡概述v2网卡工作原理及组成网卡工作原理及组成v（1）网卡组成）网卡

21、组成v（2）工作原理）工作原理v3网卡的分类网卡的分类v4网卡的有关参数机电工程系1网卡概述v作为网络硬件来说，网卡是最基本、应用最广泛的一种网络设备。网卡是网络接口卡（network interface card）的简称，它的标准是由IEEE来定义的。网卡是物理上连接计算机与网络的硬件，是计算机与局域网通信介质间的直接接口。在局域网中，微机只有通过网卡才能与网络连接和通信，网卡是局域网中最基本的部件之一。网卡通常插在微机主板的扩展槽中或集成到主板上，通过它尾部的接口与网络线缆相连。每种网卡的设计都是针对一种特定的网络，例如以太网、令牌环网、FDDI网、ARCNENT网等等。 机电工程系2网卡

22、工作原理及组成v（1）网卡组成）网卡组成v（2）工作原理）工作原理v网卡的主要工作原理是将计算机的数据封装为帧网卡的主要工作原理是将计算机的数据封装为帧，并通过网线或电磁波将数据发送到网络上。，并通过网线或电磁波将数据发送到网络上。 局域网管理部件曼彻斯特编码/译码器微处理器发送控制部件载波检测部件接收控制部件发送器接收器图12-10 以太网卡组成结构机电工程系3网卡的分类v 按总线接口类型分 ISA网卡、PCI网卡、服务器上的PCI-X网卡、笔记本电脑上的PCMCIA网卡及USB接口网卡。v 按网络带宽（传输速度）分 10Mb/s网卡、100Mb/s 网卡、10/100Mb/s自适应网卡、1

23、000Mb/s网卡4种，10000Mb/s的网卡也已面世。v 按网络接口类型分 太网的RJ-45接口、细同轴电缆的BNC接口和粗同轴电AUI接口、FDDI接口、ATM接口等。机电工程系4网卡的有关参数网卡的有关参数vMAC地址MAC地址，又称物理地址，每块网卡都有一个全球唯一的网络节点地址。vIRQ中断号IRQ 为 Interrupt Request的缩写，中文可译为中断请求。中断请求是每一个计算机外设和CPU通信的基本参数。vI/O端口在PC系列机中，I/O端口共有64KB，系统资源常用的是0000H03FFH，网卡一般分配范围是0200H03FFH。在Windows操作系统中，I/O端口的

24、分配也是由系统自动设置的。机电工程系12.5.2一般广域网适配器一般广域网适配器调制解调器调制解调器v1调制解调器概述调制解调器概述v2调制解调器的基本结构调制解调器的基本结构v3调制解调器分类调制解调器分类v4几种常用的广域网接入调制解调器几种常用的广域网接入调制解调器 机电工程系1调制解调器概述v 调制解调器（调制解调器（Modem）是调制器（）是调制器（modulator）和解调器）和解调器（demodulator）的总称，是将微机接入广域网，实现网）的总称，是将微机接入广域网，实现网上两台微机之间通过具有有限带宽的模拟信道进行远距离上两台微机之间通过具有有限带宽的模拟信道进行远距离通信

25、的适配设备。通信的适配设备。v 计算机内的信号是由计算机内的信号是由“0”、“1”字符串组成的数字信号，字符串组成的数字信号，而电话线中只能传输模拟信号。而电话线中只能传输模拟信号。v 要通过电话线实现微机间的数据传输就必须要进行信号的要通过电话线实现微机间的数据传输就必须要进行信号的转换，因此在进行网络通信时，应在发送端通过调制将数转换，因此在进行网络通信时，应在发送端通过调制将数字信号转换为模拟信号，而在接收端通过解调再将模拟信字信号转换为模拟信号，而在接收端通过解调再将模拟信号转换为数字信号。号转换为数字信号。机电工程系2调制解调器的基本结构接口电路DSPA/D和D/ADAA控制电路计算

26、机电话线图12-11 Modem的基本结构框图机电工程系3调制解调器分类v 内置式调制解调器内置式调制解调器 直接做在计算机主板上或以插卡的形式插在系统扩展槽中，其体积较小直接做在计算机主板上或以插卡的形式插在系统扩展槽中，其体积较小、安装在机箱内部，直接插在扩展槽上，不需要额外的电源和电缆，节、安装在机箱内部，直接插在扩展槽上，不需要额外的电源和电缆，节省空间和成本。内置式省空间和成本。内置式Modem一般提供有一般提供有4种接口：一是种接口：一是Line口，用于口，用于接电话线；二是接电话线；二是Phone口，用于接电话机；三是口，用于接电话机；三是MIC口，用于接话筒；口，用于接话筒；四

27、是四是SPK口，用作声音出口。口，用作声音出口。v 外置式调制解调器外置式调制解调器 一般放置于机箱外，通过一般放置于机箱外，通过RS-232C串口或串口或USB接口与主机连接。这种调接口与主机连接。这种调制解调器即插即用，还设有状态指示灯，便于监视调制解调器的工作状制解调器即插即用，还设有状态指示灯，便于监视调制解调器的工作状态。态。v PCMCIA卡式调制解调器卡式调制解调器 主要用于笔记本电脑，体积小、省电，插于标准的主要用于笔记本电脑，体积小、省电，插于标准的PCMCIA插槽，与移插槽，与移动电话相互配合可以实现移动办公。动电话相互配合可以实现移动办公。v 机架式调制解调器机架式调制解

28、调器 实际上是一组调制解调器。它们集中于一个箱体或外壳里，共用一个电实际上是一组调制解调器。它们集中于一个箱体或外壳里，共用一个电源。它广泛应用于源。它广泛应用于Internet/Intranet、电信局、校园网、金融机构等的网、电信局、校园网、金融机构等的网络管理中心机房。络管理中心机房。机电工程系4几种常用的广域网接入调制解调器v普通拨号调制解调器普通拨号调制解调器普通拨号调制解调器是一种窄带接入设备接口，其调制方式可分为幅移键控（普通拨号调制解调器是一种窄带接入设备接口，其调制方式可分为幅移键控（amplitude-shift keying，ASK）、频移键控（）、频移键控（freque

29、ncy-shift keying，FSK）、相移键控（）、相移键控（phase-shift keying，PSK）三类。）三类。vADSL调制解调器调制解调器ADSL（asymmetric digital subscriber line，非对称数字用户线路），是一种，非对称数字用户线路），是一种非对称的传输技术，以普通电话线作为传输介质，通过不同的调制方法实现高非对称的传输技术，以普通电话线作为传输介质，通过不同的调制方法实现高速数据传输，可在一对双绞线上提供上行速数据传输，可在一对双绞线上提供上行1Mb/s、下行、下行8Mb/s的速度，传输距离的速度，传输距离达达35km。ADSL为用户提供

30、诸如高速为用户提供诸如高速Internet接入、视频点播（接入、视频点播（VOD）、可）、可视电话等多种业务。视电话等多种业务。vASDL技术具有以下优点。技术具有以下优点。上行和下行带宽不等，接入速度快。上行和下行带宽不等，接入速度快。线路使用效率高。线路使用效率高。不同不同ADSL用户之间不会发生带宽的共享，可获得很好的通信效果。用户之间不会发生带宽的共享，可获得很好的通信效果。安装便捷，成本低廉。安装便捷，成本低廉。机电工程系12.6 其他人机交互设备其他人机交互设备v12.6.1 扫描仪v12.6.2 触摸屏v12.6.3 数码相机v12.6.4 语音交互系统语音交互系统返返 回回机电工程系12.6.1 扫描仪扫描仪v 1扫描仪概述v扫描仪在工作时会发出强光照射在稿件上，没有被吸收的光线将被反射到光学感应器上。光学感应器接收到这些信号后，再将这些资料传送到数模转换器，数模转换器再将其转换成计算机能够读取的信号，然后通过驱动程序转换成显示器上能看到的正确图像。 v 2扫描仪工作原理A/D步进电步进电机机控制电控制电路路USB主主机机I /O感 光感 光器件器件扫扫描描头头 平板玻平板玻璃璃扫 描