外部设备功能

1、第四单元 第四讲输入设备和输出设备外部设备 输入/输出设备 外存储器 脱机输入/输出设备 主要完成人机交互 是电子、机械、光学、化学等多学科的交叉 Anyway, Anywhere, Anytime, Anyone外部设备功能 完成数据的输入（和/或）输出 信号转换 数据采样 与接口进行连接 接口信号，电平标准等 与主机进行通信 通过总线进行 速度和方式输入设备 键盘 鼠标 扫描仪键盘 功能要求 能完成字符的输入 设计要求 完成功能 稳定可靠键盘的运行原理键盘的运行原理 计算机的键盘，用于向主机内敲入字符、功能键、汉字等符号，计算机的键盘，用于向主机内敲入字符、功能键、汉字等符号，通过逐次敲击

2、键盘上不同的键来完成。被敲击的键将以一个特定的编通过逐次敲击键盘上不同的键来完成。被敲击的键将以一个特定的编码被表示并被存入计算机主机。故键盘的运行原理，是把敲击的键在码被表示并被存入计算机主机。故键盘的运行原理，是把敲击的键在键盘上的位置对应为一个编码。键盘上的位置对应为一个编码。 .并行接口并行接口并行接口并行接口+5V10K0列列1列列m列列0行行1行行n行行键盘键盘键键.。.。键盘的运行原理键盘的运行原理 把每个键在键盘上的位置对应为一个编码。把每个键在键盘上的位置对应为一个编码。 具体实现：是用行列扫描的方法，即把每个键分具体实现：是用行列扫描的方法，即把每个键分配在一个配在一个 m

3、 列列 * n 行矩阵的一个交叉点上，通过并行行矩阵的一个交叉点上，通过并行接口向接口向 n 行依次送出仅有一行为零、其余各行均为一行依次送出仅有一行为零、其余各行均为一的值，再用并行接口读入的值，再用并行接口读入 m 列上的取值。列上的取值。 当该值不为当该值不为 FFH （全（全 1 码）时，表明有键按下，码）时，表明有键按下，若该值仅含一位零，表明取值为若该值仅含一位零，表明取值为 0 的行、列的交叉点的行、列的交叉点的键被按下，用一个对照表即可得到相应键的编码。的键被按下，用一个对照表即可得到相应键的编码。 尚需解决如下的一些问题：键的抖动、多键同时尚需解决如下的一些问题：键的抖动、多

4、键同时按下、由哪个部件完成这些操作过程。按下、由哪个部件完成这些操作过程。并行接口并行接口并行接口并行接口+5V10K0列列1列列m-1列列0行行1行行n-1行行键盘键盘键键.。.011A键键1 1 0 1. 并行接口送来并行接口送来 1 0 1 的的 n 位数值到二极管的负极，并行接口接收位数值到二极管的负极，并行接口接收 键键盘线路盘线路 m 列送出的列送出的 m 位数据。当位数据。当A键键按下去后，按下去后，5V电源送出经电阻、电源送出经电阻、A键键、二极管到二极管到 0 信号处的电流，从而在信号处的电流，从而在 第第 2列产生列产生 0 电平（红线所示），其他各电平（红线所示），其他各

5、列都给出高电平（黑线所示），故并行接口接收到的是列都给出高电平（黑线所示），故并行接口接收到的是 1 1 0 1 这样的这样的 m 位数据位数据110.。1 1 0 1.二极管二极管POS机键盘 功能要求 抗污染和腐蚀 设计实现键盘接口 采用串行口或者并行口 中断方式 总线 USB 慢速总线鼠标 鼠标的产生 图形界面的出现，需要鼠标来进行拖动等操作 鼠标功能 根据鼠标的移动，在屏幕上移动位置 选中某个对象机械鼠标 如何获得X和Y方向的位移量？ 通过鼠标球的滚动 机械鼠标原理 底部有1个圆球，连接有两个滑动变阻器 圆球在移动时，带动变阻器，使X和Y方向电流产生变化 计算机主机由此计算出X和Y方向

6、的位移，并将它在屏幕上进行相应的移动 鼠标命令由鼠标表面的按键决定光电鼠标 光学式鼠标 发光二极管取代小球， 特制鼠标垫配合，垫上有小格 根据感应的格数来计算位移量 光电式鼠标 不用专门的鼠标垫 在鼠标球上开裂缝 计数器统计光脉冲数与主机通信 接口 串口 USB 总线 慢速总线 USB 协议 定时，向主机发送3个字节，X、Y和当前按键状态。 主机根据这3个字节的内容，将屏幕上的箭头移动到规定位置，并响应按键命令。扫描仪 被扫描对象放置在平板上，由底部光源照射。 通过电荷耦合装置，当检测到光照射时，电荷耦合装置被充电。 收集这些信息，并将其转换为数字表示，可得到点阵信息，传送给主机。 彩色扫描，

7、可通过不同光源进行扫描。实时输入设备 语音 图形智能输入设备 语音识别 手写体识别 印刷体识别输出设备概述 点阵式输出设备（视觉） 以点阵的组合来表示不同的形状 提供每个点的存储输出属性 点阵输出设备将点按属性规定的颜色和灰度输出 听觉 音乐、语音合成 触觉 可穿戴计算机 嗅觉点阵输出设备 显示器 CRT LCD PDP 打印机 针式打印机 激光打印机 喷墨打印机阴极射线管(CRT)显示器 成像原理 通过电子束撞击荧光板上的荧光粉，发光产生亮点 组成 电子枪、显示屏和偏转控制装置灯丝灯丝阴极阴极聚焦极聚焦极石墨层石墨层荧光屏荧光屏显示屏显示屏阳极帽阳极帽偏转线圈偏转线圈栅极栅极阳极阳极电子枪电

8、子枪电子束电子束 阴极射线管（阴极射线管（CRT）的构成和工作原理）的构成和工作原理CRT的几个概念 光栅扫描和随机扫描 电子束从左到右，从上到下扫描整个屏幕 只扫描需要显示的点 刷新和帧存储器 为了得到稳定的图象，需要重复扫描整个屏幕 为了重复扫描，需要存储图象信息。 分辨率和灰度级 像素个数 亮暗差别 图形和图像 线条的有无表示 自然景物、照片等字符显示的一般原理字符显示的一般原理移位移位寄存器寄存器S L字符字符发生器发生器( ROM)加载控制加载控制水平消隐水平消隐行间消隐行间消隐垂直消隐垂直消隐水平同步电路水平同步电路垂直同步电路垂直同步电路点振荡器点振荡器点计数器点计数器水平地址计

9、数器水平地址计数器光栅地址计数器光栅地址计数器垂直地址计数器垂直地址计数器定时控制定时控制电路电路垂直同步信号垂直同步信号水平同步信号水平同步信号字符时钟字符时钟代码代码控制控制OSCVRAM19180+1819+5125+1视频视频信号信号RA3 - RA0字形的产生过程字形的产生过程0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 00 1 0 00 1 0 10 1 1 01 1 1 10 1 1 10 0 1 110H28H44H82H82HFEH82H82H00H字符字符发生器发生器( R O M )ASCII字符代码字符代码84RA3 - RA0(a) “ A ”的点阵表示的点阵表示(b

10、)字符发生器的结构字符发生器的结构(来自来自VRAM)(来自光栅地址来自光栅地址计数器输出计数器输出)RA3 -RA0D7D0D7D0ASCII代码代码(41H)指向这个字形指向这个字形CRT图形显示器 大的VRAM 存储点阵属性 分辨率：1024*768，真彩色，1024*768*3Byte=2.3MB 高速总线 50场/秒，带宽为2.3*50MB/s=112.5MB/s 需要连接PCI总线 专用接口 分辨率更高的图形设备将采用专用接口液晶显示器 显示原理 利用液晶的光学特性 平板后面设置光源 通过液晶改变透射光的偏振性（从水平到垂直） 电场控制 特点 平板显示，不需要高压电，移动方便 无辐

11、射 价格较高液晶显示器等离子显示器 成像原理 利用惰性气体在一定电压作用下产生气体放电的特性 产生紫外线，紫外线激发荧光粉发光 在玻璃板之间隔开成象素，每个象素点内有惰性气体和三色荧光粉，用电极控制 特点 易于实现大画面显示 全色显示，色纯度与CRT相当 视角达160度 寿命长 功耗大、成本高、对比度差。针式打印机 打印原理 用钢针或钨铼合金针撞击色带，将色带的颜色印到打印纸上，完成一个点的输出 完成全部点阵后输出完毕 组成 打印头与字车、输纸机构、色带机构及控制器 打印控制器包括字符缓冲存储器、字符发生器、时序控制电路和接口电路四部分 打印过程 字车将打印头横向移动到打印起始位置， 取出输出

12、对象点阵的第一列，驱动打印针撞击色带 字车移动一小格，输出下一列，直到本行输出完毕 回车 输纸机构进纸 输出下一行针式打印机构造针式打印机构造打印纸打印纸导轨导轨打印针打印针永磁铁永磁铁 铁芯铁芯衔铁衔铁 线圈线圈色带色带色带保护片色带保护片滚筒滚筒螺管式电磁铁螺管式电磁铁打印针打印针电磁铁线圈电磁铁线圈衔铁衔铁壳帽壳帽外壳外壳导轨导轨弹簧弹簧激光打印机 输出原理 利用激光束照射硒鼓，使之放电，不再吸附墨粉来产生打印的形状 结构 见下图 输出过程 硒鼓带电后吸附墨粉 激光束使硒鼓表面被照射的部分放电，释放墨粉 将墨粉压到纸上，并用高温烘烤，使之固化在打印纸上 将硒鼓放电，清扫剩余墨粉 激光打印

13、机的组成激光打印机的组成激光部分激光部分印字机印字机控制部分控制部分(微处理机汉字字形库微处理机汉字字形库)记录鼓记录鼓(硒鼓硒鼓)显象显象部分部分+.定形部分定形部分 加热辊加热辊预热板预热板输纸用辊输纸用辊转写转写清扫辊清扫辊带电器带电器印写部分印写部分清扫部分清扫部分转写部分转写部分接纸接纸 部分部分纸纸激光激光喷墨打印机 打印原理 利用喷嘴喷出墨滴到纸上 给墨滴充电，利用电场控制墨滴的方向 构造 见下图 输出过程 压电陶瓷受振荡电脉冲激励产生电致伸缩，喷射出墨滴 给墨滴充电 利用电场控制墨滴的偏转方向喷墨式打印机喷墨式打印机墨水槽墨水槽喷墨头喷墨头过滤器过滤器收集槽收集槽高压高压电源电源振荡振荡发生器发生器字符字符