人机交互设备及其接口

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 CRT显示器及其接口v12.4 打印机及其接口v12.5 其它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。v （2）非编码键盘

2、。 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 回回机电工程系例例8-1CPU8

3、255APA0PA1PA2PB0PB1PB2PB3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，与键盘行线相连；B口定义为输入口

4、，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 2键盘控制电路 3键盘接口电路 4P

5、C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2键盘控制电路键盘控制电路IRQ1检检测测器器行行译译码码时时钟钟发发生生器器移移位位寄寄存存器器列译码列译码键盘矩阵键盘矩阵16行行8列列 中断请求中断请求

6、 C DPCLKCLOCK CLKDATA D1图图12-2 PC/XT键盘与接口框图键盘与接口框图输出输出 T1 8048返返 回回机电工程系3键盘接口电路键盘接口电路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

7、12.2 鼠标器及其接口鼠标器及其接口v12.2.1 鼠标器的工作原理v12.2.2 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 鼠标器接口鼠标器接口 1串行接口 2专

8、用主板鼠标器端口（PS/2） 3USB接口返返 回回机电工程系12.3 CRT显示器及其接口显示器及其接口v 12.3.1 CRT显示器的工作原理v 12.3.2 CRT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513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1

9、2-5 57字符点阵返返 回回机电工程系12.3.2 CRT显示器接口显示器接口v 1字符发生器v 2显示存储器RAMv 3CRT控制器v 4移位寄存器和视频信号合成器显示RAM锁存器CRT视频AB图12-6 CRT接口电路原理图地址多路转换器控制器移位寄存器字符发生器视频信号合成器信号CBDB系统总线行地址字符地址消隐线选地址垂直同步打点时钟水平同步锁存控制3返返 回回机电工程系1字符发生器字符发生器v例12-3 字符“B”的ASCII码是42H，它的57点阵与输入/输出的关系如图12-8所示。v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。 输

10、出缓冲器A9A8A3O4O3O2O1O0字符选择译码选择译码RS2RS1RS01A2A1A01线代码112857字符ROM相当于ROM的低位地址01127017ASCII码图12-7 字符发生器内部结构图线选地址相当于ROM的 高位地址1ASCII码42H线选地址RS2 RS1 RS00 0 10 1 0输 出 码O4 O3 O2 O1 O01 1 1 1 01 0 0 0 11 0 0 0 11 1 1 1 01 0 0 0 11 0 0 0 11 1 1 1 00 0 0 0 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 057点阵图12-8 字符发生器中“B”与输入/输出的

11、关系机电工程系49H42H4DH44H4EH45H012191919181917显示显示RAM80 81 158 1591760 18391840 1919 0 1 78 790 1 22 23 行行 列列 0 1 78 79023079IBMEND显示屏显示屏图图12-9 屏幕上字符位置分配屏幕上字符位置分配 图图12-10 显示显示RAM和显示屏的映像关系和显示屏的映像关系2显示存储器显示存储器RAM机电工程系3CRT控制器控制器 （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机电工程系

12、4移位寄存器和视频信号合成器移位寄存器和视频信号合成器v 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。 v 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 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

13、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

14、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

15、 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 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

16、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

17、 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12-4v 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 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：

18、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 其它人机交互设备其它人机交互设备v12.5.1 液晶显示器v12.5.2 扫描仪v12.5.3 触摸屏v12.5.4 数码相机返返 回回机电工程系12.5.1 液晶显示器液晶显示器v 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。 v 2液晶显示器的工作原理图图12-17 扭曲向列型扭曲向列型LCD的基本结构的基本结构段电极段电极背电极背电极下偏振片下偏振片上偏振片上偏振片玻璃玻璃反射板反射板返返 回回机电工程系12.5.2 扫描仪扫描仪v 1扫描仪概述v 2扫描仪工作原理A/D步进电机步进