第8章人机交互设备及人机I-O接口

1、普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 （高职高专教育） （第四版）米昶 孙杰 苑伟 编著大大 连连 理理 工工 大大 学学 出出 版版 社社普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 第8章 人机交互设备及人机I/O接口（目录）8.1 人机交互设备在微型计算机系统中的作用8.2 微型计算机系统提供的外设接口 8.2.1 微机人机交互设备接口的配置形式 8.2.2 现代微机接口的层次化配置模式8.3 微型计算机系统常用外设及接口简介 8.3.1键盘工作原理及接口 8.3.2 鼠标及接口 8.3.3 视频显示原理及接口8.4 打印机及接口

2、8.4.1 概述 8.4.2 主流打印设备简介普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 第8章 人机交互设备及人机I/O接口（目录） 8.4.3 微机系统与打印机的接口本章小结习题普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 第8章 人机交互设备及人机I/O接口 为了充分发挥计算机系统的处理能力，实现人机的有效对话，人们为计算机系统配备了多种用于人与计算机进行信息交流的外部设备，统称为人机交互设备，见图8.1。一般，人们将这种实现计算机同人机交互设备之间信息传送的控制电路和连接端口称为人机接口。图8.1微型计算机一般配备的外部设备普通高等教育

3、普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.1 8.1 人机交互设备在微型计算机系统中的作用人机交互设备在微型计算机系统中的作用 人机交互没备是人和计算机之间进行人机对话的工具，人们通过它利用人类最基本的信息传播渠道：运动器官和感觉器官使用视觉、听觉或其他方式与计算机尽可能方便地进行信息交流。 按人机交互设备的功能可分为输入设备和输出设备两类。人机接口的作用是为了便于人机交互设备与计算机系统的连接，实现计算机与人机交互设备通讯、与人机交互设备交换信息。 人机接口电路与人机交互设备一起完成人机交互的功能，它们的作用主要有两个方面：一是信息形式的转换，把外界信息转换成计算机能接受

4、、处理的信息，或把计算机处理后的信息转换成外部设备能表现的音频视频或其他形式。另一个是计算机与外部设备的速度匹配，也就是完成信息速率与传输速率的匹配即信息传输的控制问题。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.2 微型计算机系统提供的外设接口 为了方便地为人机交互设备相连接，人们为微型计算机设计了方便快捷，用于与不同外部设备相连的接口，见图8.2。图8.2 微型计算机接口普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.2 微型计算机系统提供的外设接口 从个人计算机配置的外部设备接口来看，用于连接人机交互设备的接口除了提供一般的电气连接

5、方式外，还具有以下几个方面的特征： 具有连接的方便性，针对不同的连接设备，用标准化的方法提供了统一的接口形式。 可以适应不同设备的信息交互要求。 更加突出智能化。 对于典型设备提供专用化的接口。 即插即用，提供使用的方便性。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.2.1 微机人机交互设备接口的配置形式 IBM在最初设计的微型计算机中就根据当时人机接口的配置要求在主板上设计了专门用于连接键盘的接口。同时为了便于扩充其他外设，在主板上还设计了开放的系统总线插槽，具体配置见图8.3。图8.3 微型计算机主板上的键盘接口和扩展槽键盘接口普通高等教育普通高等教育“十一五

6、十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.2.1 微机人机交互设备接口的配置形式 为了便于微型计算机系统的标准化以及用于一些专门的用途，微机的设计者还设计了专门在各种总线上扩充的板卡。例如，专门用于连接显示器的显卡、用于连接扩展标准接口的RS-232和打印机的扩展接口卡等，见图8.4。图8.4 微机扩展接口卡普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.2.2 现代微机接口的层次化配置模式 为了达到人机交互以及信号传输的目的，在计算机内部为CPU配置了多种数据传输的模式。根据现代微型计算机的架构特征，微型计算机系统内部构件以及接口间的数据都是通过不同的途径进行传输的

7、。由于现代的主板芯片组大都为中心加速模式，所以这里主要以该模式介绍微机接口的配置。图8.5为中心加速架构模式的Intel 915P芯片组构架图。 由图可以看出，接口的硬件从CPU开始可以包含以下几个层次： 连接到内存控制中心MCH（memory controller hub）的系统高速接口总线 位于北桥（North Bridge）或MCH之后的系统扩展高速总线 位于ICH或南桥（North Bridge）之后的低速外围设备扩展总线 直接与人机交互或通用外部设备连接的适配器普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.2.2 现代微机接口的层次化配置模式图8.5 In

8、tel 915P芯片组构架图普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3 微型计算机系统常用外设及接口简介 8.3.1键盘工作原理及接口 人们通过操作键盘上的按键直接向计算机输入各种数据、发出命令及指令，从而控制计算机完成不同的运算及控制任务。 1键盘的种类以及接口形式 随着最初的个人计算机（IBM PC）出现以后，IBM公司已经为PC系统设计了多种不同类型的键盘。为了充分发挥Windows操作系统的强大功能，Microsoft公司又根据方便用户的目的对标准的IBM-PC键盘进行了扩展。 根据微型计算机技术的发展过程，键盘主要有以下几种类型： 83键的PC和XT

9、键盘； 84键的AT键盘； 101键的增强型键盘； 104键的Windows键盘；普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.1键盘工作原理及接口2键盘的接口形式和连接器的种类： 目前键盘与主机的接口连接器可分为5芯连接器（即俗称大口）、6芯小口连接器（俗称PS/2接口）和USB连接器等几类。 5芯DIN连接器是早期PC机键盘使用的链接方式。 PS/2连接器是如今大多数键盘使用的链接方式，这种接口最先由IBM公司于1987年在PS/2系统中实现，因此也称为PS/2接口，见图8.9。图8.9 PS/2键盘接口普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材

10、国家级规划教材 8.3.1 键盘工作原理及接口3、键盘的工作原理（1）键盘的结构原理 从工作的原理上来讲，键盘上的每个按键起着一个开关的作用，故又称为键开关。键开关方式又可分为接触式和非接触式两大类。 接触式键开关中有一对触点，最常见的接触式键开关是机械式按键，它是靠按键的机械动作来控制开关开启的。当键帽被按下时，两个触点被接通；当释放时，弹簧恢复原来触点断开的状态。 非机械式按键开关是一种性能优良、它是一种通过电容变化反映按键状态的电容式开关，工作原理见图8.10。移动电容极板固定电容极板通断状态输出检测电路图8.10 按键工作原理普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级

11、规划教材 8.3.1 键盘工作原理及接口 为了简化电路和安排尽量多的按键，在大多数键盘的设计中，键开关被排行列成M行N列的矩阵结构，每个键开关位于行和列的交叉处，具体的排列方法见图8.11。图8.11 矩阵式结构键盘普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.1 键盘工作原理及接口 键盘按照其实现方式可分为编码键盘和非编码键盘两种。 编码键盘一般采用专用芯片或单片机管理，当键盘上有键按下时，键盘管理芯片能自动检测出按下的键，自动生成与按键对应的编码（键值），并产生相应键值的ASCII码或EBCDIC等码信号。主机可通过与键盘管理芯片的接口读入键值。 非编码键盘

12、只简单地将按键开关按矩阵排列，按键的识别键值的确定、防抖动等工作全部由主机靠软件完成。 在IBM PC系列微机中使用的键盘内部使用了一个专门用于键盘控制的单片机，能够自动地识别键的按下与释放，并自动生成相应的扫描码(即行列位置码)，并以串行方式与主机通信。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.1 键盘工作原理及接口（2）矩阵键盘的按键识别方式 在矩阵键盘中，通常根据不同的要求使用行扫描法原理或线反转法检测按下键的位置。原理如下： 行扫描法通过程序控制向键盘的所有行逐行输出低电平(即逐行扫描)，若无按键按下，则所有列的输出均为高电平。若有一个按键按下闭合，

13、就会将所在的列钳位在低电平。通过程序读入列线的状态，就可以判断有无键按下及哪一个键按下。工作流程大致如下：键盘扫描：该阶段的功能是对键盘进行全扫描以快速判断是否有键被按下。逐行扫描：通过逐行扫描的方法确定被按键所在的行号与列号。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.1 键盘工作原理及接口 线反转法需要使用可编程并行接口来实现，其基本原理是： 将与行线连接并行端口，先置于输出方式，与列线连接另一个并行端口，工作在输入方式。编程通过行端口向全部行线输出逻辑“0”，然后读入列线的位。如果有键被按下，则必有列线为逻辑“0”。然后将读入的值进行反转，并编程改变两个

14、并行端口的工作方式。将列端口置于输出方式，并将反转的值输出到列线；行端口读取行线的值。这时，闭合键所在的行线必为逻辑“0”。于是，有键被按下时，就可以读到一对惟一的列值和行值。4、PC系列键盘的主要特点： 按键采用电容式开关。 属于非编码键盘，键盘上的按键排列成矩阵形式，对按下键的识别采用行列扫描原理，由键盘内部的Intel 8048单片机完成； 键盘通过5芯电缆与主机相连，如图8.12所示。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.1 键盘工作原理及接口 由按键组成的非编码键盘矩阵。 键盘控制器。它与键盘集成在一起，以8位单片机Intel 8048为核心组

15、成，负责识别按键和向主机发送键盘数据。 主机系统板上的键盘接口电路。图8.12 PC主机与键盘的连接普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.1 键盘工作原理及接口5、PC键盘的工作过程 在IBM PC系列微机使用的键盘中，8048单片机通过周期性执行固化在其ROM中的键盘控制和扫描程序完成键盘扫描、消除按键抖动、生成键扫描码、对扫描码数据进行并-串转换以及将转换后的串行按键扫描码和时钟发送到主机。 为了提高键盘扫描的速度，PC系列键盘没有采用行扫描法和线反转法而采用完全由硬件的方式实现的行、列扫描。 对于每一个按下的按键，只要没有释放键盘就连续发送其接通扫

16、描码，直到释放为止。当按下多个键时，键盘只重复发送最后按下键的接通扫描码普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.1 键盘工作原理及接口6、键盘扫描码以及按键处理中断（1）键盘扫描码 扫描码是惟一反映键盘上按键的编码。IBM PC键盘共有3套不同的扫描码标准。 从传递信息的角度来说，扫描码的组成既要反映键盘的动作，又要便于键盘矩阵的扫描。另外，从字符组成的角度，扫描码既要包括键盘上的标准字符，还要包括扩展字符。 键盘的扫描码的格式对于键盘上绝大多数按键而言，接通扫描码是单字节的，断开扫描码为双字节的。 除了单字节的扫描码外，还有一些键的接通扫描码是双字节的，

17、在附加按键断开标志后，它们所形成的断开扫描码就为3字节的编码。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.1 键盘工作原理及接口（2）按键处理中断 当将键盘的扫描码输入到微机系统后，要成为系统可以应用的信息还需要进一步处理。其处理的方法是通过与键盘有关的系统中断完成的。在IBM PC微机系统中，与键盘有关的系统中断主要有以下三种： 键盘接口的硬件中断INT 09H 键盘服务功能软中断 INT 16H DOS 键盘功能中断 INT 21H普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.2 鼠标及接口 鼠标器(Mouse)是一种移动光

18、标和实现选择操作的输入设备，是与计算机图形用户界面(GUI)交互时的必备标准工具，外形见图8.13。它的原理是将鼠标器在平面运动中产生X方向与Y方向位移信息的数据送入计算机，以指示屏幕上光标的位置，或者把各种不同对鼠标器操作翻译成能被现行应用程序所执行的动作，简单快捷地实现对微机的操作。图8.13 鼠标外观结构普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.2 鼠标及接口 1 鼠标种类及基本工作原理 根据鼠标的工作特征，它的主要功能就是将检测到鼠标的位移送到计算机中。因此，不论是哪一种类型的鼠标器，基本结构都由两大部分组成：感应部分和电路部分。 （1） 光电/机械

19、式（光机式）鼠标器 光机式鼠标也有人将其称为机电式鼠标，其结构见图8.14。图8.14 光电/机械式（光机式）鼠标器结构普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.2 鼠标及接口（2） 光电式鼠标器 光电式鼠标器没有橡胶球和带光栅的轮及滚轴。早期的光电式鼠标器内的两对光电检测器互相垂直。工作时，鼠标在专用的、印有黑白网格的板上移动，X、Y 发光二极管发出的光经网格反射后再经镜头照在光敏IC上，检出信号送到专用处理芯片处理后输入到计算机。 随着技术的进步，光电式鼠标的设计有了很大的改变。现代的光电式鼠标已经升级为光学鼠标，它是利用Marble光学技术原理制造，不

20、但取消了专用的网格板，而且精确性有了很大的提高。（3） 其他类型鼠标器 除了上述两种感应定位系统外，为了某些特殊的应用领域，还有一种轨迹球式鼠标器，见图8.15。图8.15 轨迹球式鼠标器普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.2 鼠标及接口 2 鼠标的硬件接口 为了与计算机交流信息，鼠标器一般以串行数据的格式与计算机相连。目前，微型计算机的主板一般提供的硬件接口是： 串口（COM）接口 从鼠标开始普及时起，鼠标器与主机之间的接口最先使用的就是RS-232-C串行接口标准，通过9针D型插头接在计算机的串行口COM1上。 PS/2接口 现在的主板一般将PS/

21、2端口作为标准配置做在了主板上。从原理上来说，PS/2接口实际上也是串行接口，只是占用了与COM1不相同的IRQ（中断申请号）和I/O端口地址。 USB接口 USB接口因其具有传输率高和即插即用的特性 无线接口 与有线的连接形式不同，无线式鼠标利用无线接收器来传输信息。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.2 鼠标及接口 3 鼠标数据的传输格式 鼠标器以串行数据的形式按照一定的格式向通信的主机传送数据。当一个鼠标事件发生时，它就向串行口发送有关数据。表8.3给出了三字节的数据传输格式。其中：L：左按钮0为按下，1为未按下；R：右按钮0为按下，1为未按下；

22、X7X0：自上次发生数据后的X方向位移值；Y7Y0：自上次发生数据后的Y方向位移值。字节字元（B i t）76543210BYTE11LRY7Y6X7X6BYTE20X5X4X3X2X1X0BYTE30Y5Y4Y3Y2Y1Y0表8.3三字节的数据传输格式普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.2 鼠标及接口4 鼠标的软件接口 鼠标器驱动程序 鼠标器驱动程序是解释鼠标器传送的数据并给操作系统提供统一的接口。 鼠标器程序设计 在应用程序中使用鼠标，通常可以用三种方法实现：使用控件中的鼠标事件、鼠标器函数或Windows中的鼠标器API函数以及直接调用MS-DO

23、S的中断33H。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.3 视频显示原理及接口 1 视频显示技术在计算机系统中的意义 在计算机系统中对使用影响最大、人们依赖最多的部件就是显示器，用以将计算机的内部信息转换成人们眼睛能够直接观察相识别的光信息。 2 视频显示的基本原理 在显示器上显示的图像实际上是在显示器的光栅扫描过程中将图像信号分解成按时间分布的视频信号，用以控制电子束在各条光栅位置上点的亮度和色彩，产生不同的视觉信息，见图8.17。图8.17 用点阵的显示字符和图形普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.3 视频显示

24、原理及接口 3 视频显示系统的组成 微型机中的数据从形成到显示出来要大致要经历三个过程：CPU的运算、总线的传输、图形卡的处理和输出最后由显示设备产生视觉信号。视频显示系统，见图8.18。图8.18 微型计算机显示系统普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.3 视频显示原理及接口 4 显示器的类型及工作原理 显示器在微型计算机中的主要作用是在屏幕上产生亮度和颜色可控的光点矩阵。显示器分为： 阴极射线管显示器CRT（Cathode Ray Tube） 平板显示器FPD（Flat Panel Display） 液晶显示器LCD（Liquid Crystal D

25、isplay） 场致发光显示器EL（Electro-Luminescent Display） 等离子体显示器PDP（Plasma Display Panel） 真空荧光显示器VFD（Vacuum Fluorescent Display）普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.3 视频显示原理及接口 下面，就应最为广泛的阴极射线管显示器CRT和液晶显示器LCD作简单介绍。（1） CRT原理及标准 CRT显示器，简称阴极射线管显示器。它是由真空玻璃管里面的阴极发射电子，轰击屏幕上的荧光粉来显示图像。阴极射线管是一种电真空显示器件，它主要由电子枪、偏转系统和荧光

26、屏三部分组成，见图8.19。图8.19 阴极射线管和扫描原理普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.3 视频显示原理及接口 彩色CRT的色彩是根据“三基色原理”利用空间混色法构成的。其基本原理是由三种独立的基本色彩，红、绿、蓝作为三基色，分别以R、G、B表示，见图8.20。图8.20三基色混色原理普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.3 视频显示原理及接口 彩色显示器主要由视频驱动和输出电路、行扫描电路、场扫描电路、高压整流电路、CRT显像管和机内直流电源组成，原理框图见8.21。图8.21 彩色图形显示器原理框图普

27、通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.3 视频显示原理及接口 自IBM-PC微型计算机问世以来，显示技术有了长足的发展。为了不断提高显示的质量，IBM以及其他公司开发了许多不同的显示标准并配置了相应的显示设备。这些标准通过图形显示卡的不同特性反映了各种视频显示系统的性能，包括显示工作方式、屏幕显示规格、分辨率以及显示色彩的种类。从IBM最早推出的视频显示标准MDA开始，陆续开发出了一系列新的标准CGA、EGA、VGA和TVGA等。（2） LCD的工作原理及类型 LCD（LCD/Liquid Crystal Display）是利用液晶的物理特性而工作的。置于

28、两片导电玻璃之间的液晶，在两个电极间电场的驱动下，使液晶分子产生扭曲向列的电场效应，达到控制光源透射或遮蔽功能的目的，使得在电源关开之间产生明暗而将影像显示出来，若加上彩色滤光片，则可显示彩色影像，具体原理见图8.22。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.3 视频显示原理及接口图8.22 液晶显示原理普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.3 视频显示原理及接口 彩色液晶显示器通常采用彩色滤光膜(Color Filter)混色法，通过红绿蓝三种颜色的滤光膜形成红绿蓝三基色。滤光膜划分成许多单元，与液晶显示器的像素一

29、一对应，见图8.23。图8.23 彩色液晶像素矩阵的结构普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.3 视频显示原理及接口 根据液晶显示器的控制方式不同，可分为无源矩阵型（Passive Matrix，PM）LCD和有源矩阵型（Active Matrix， AM）LCD两大类。 无源矩阵型LCD在亮度及可视角方面受到较大的限制，反应速度也较慢。无源矩阵型被动矩阵式LCD又可分为TN-LCD（Twisted Nematic-LCD，扭曲向列LCD）、STN-LCD（Super TN-LCD，超扭曲向列LCD）和DSTN-LCD（Double layer STN-

30、LCD，双层超扭曲向列LCD）。 有源矩阵型LCD，也称TFT-LCD(Thin Film Transistor-LCD，薄膜晶体管LCD) ，是目前应用比较广泛的液晶显示器。TFT液晶显示器是在画面中的每个像素内建晶体管，使得每个像素都由3个分别与红、绿、蓝子像素对应的薄膜晶体管驱动，所以称为“有源”。TFT-LCD的主要特点是高亮度、宽视角、快响应、全彩色，目前已成为液晶显示器市场上的主流产品。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.3 视频显示原理及接口 液晶显示器主要由三部分组成，它们是显示存储器、显示控制器和显示模块。 显示存储器 显示存储器用于

31、存放要显示的数据。显存的大小与屏幕分辨率有关，显存的组织方式与像素数据的组织方式相对应。 显示控制器 显示控制器主要由4部分组成：接口部分、控制部分、数据处理部分和驱动部分。 显示模块 显示模块由显示屏幕(液晶面板)和相应的驱动控制电路组成。将显示控制器提供的驱动信号输送到液晶面板并生成视觉图像。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.3 视频显示原理及接口 5 视频显示信号的接口形式 视频显示信号的接口是在计算机系统中连接显示设备的重要端口，它的形式与显示的标准紧密相关。随着VGA标准的日益普及，目前几乎所有的微型计算机都配备了这种接口。 VGA的英文全

32、称是Video Graphic Array，即显示绘图阵列。VGA接口也称D-Sub接口，接口共15针，分为3排，每排5针，接口为D字型非对称分布的连接方式，管脚排列及信号含义见图8.24。管脚定义1红基色 red2绿基色 green3蓝基色 blue4地址码 ID Bit5自测试 ( 各厂家定义不同 )6红地7绿地8蓝地9保留 ( 各厂家定义不同 )10数字地11地址码12地址码13行同步14场同步15地址码 ( 各厂家定义不同 )图8.24 VGA管脚排列及信号含义1脚10脚5脚6脚11脚15脚普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.3 视频显示原理及

33、接口 高性能的DVI数字视频接口全称为Digital Visual Interface，是1999年由Silicon Image、Intel(英特尔)、Compaq(康柏)、IBM、HP(惠普)、NEC、Fujitsu(富士通)等公司共同组成的数字显示工作组DDWG(Digital Display Working Group)推出的接口标准，其外观是一个24针的接插件。显示设备采用DVI接口具有主要有以下优点: 速度快:DVI传输的是数字信号，数字图像信息不需经过任何转换，就会直接被传送到显示设备上 画面清晰:计算机内部传输的是二进制的数字信号，使用VGA接口连接液晶显示器就需要先把信号通过显

34、卡中的D/A(数字/模拟)转换器转变为R、G、B三原色信号和行、场同步信号 根据定义，DVI分为DVI-A、DVI-D和DVI-I三种规格。见图8.25，见图8.26。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.3 视频显示原理及接口图8.25 DVI接口图8.26 DVI-VGA接口转换器普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.3 视频显示原理及接口 6 视频显示适配器 视频显示适配器也称显卡，在计算机系统中提供了计算机和显示器之间的接口。它的主要作用是负责将 CPU 通过总线送来的影像数据处理成显示器可以接受的格式，再

35、送到显示屏上形成影像。 其具体的工作过程是：首先将CPU发出的视频显示数据通过AGP或PCI-E总线送入显卡的图形芯片（GPU，即Graphic Processing Unit）里进行处理。当芯片处理完后，相关数据会被运送到显存内部暂时储存。为了得到模拟的VGA显示信号，数字图像数据被换成计算机显示需要的模拟数据。如果使用DVI输出接口，只需将显示适配器输出的数字信号原封不动地直接传输给显示器。 当代的PC显示适配器主要由三个部件组成：显示控制器、显示存储器和ROM BIOS芯片。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.3.3 视频显示原理及接口 7 显示系统

36、的软件功能 在微型计算机系统的ROMBIOS中，有专用于显示的中断处理程序，中断类型号为10H。另外，在VGA和SVGA显示适配器中，也有专门配置的视频ROMBIOS芯片，其中的驱动程序对10H中断程序作了扩充，并在系统启动时，将其和原有的10H中断程序组合为一个整体。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.4 打印机及接口8.4.1 概述 打印机是最常用的输出设备，它的功能是把计算机输出的图形和文字资料等信息打印在纸上，转换为书面信息，用于阅读和较长时间保存。 随着计算机技术的飞跃发展和制造工艺水平的提高，打印机技术取得了惊人的进步。从最初出现的活字式打印机

37、，到后来的点阵式打印机，从静电式、热敏式打印机，到目前普及率最高的喷墨打印机，以及倍受青睐的激光印字机。 目前打印机技术的正伴随着计算机技术的发展而迅速发展，相信不久的将来，打印机将会在不断降低成本的基础上满足人们高速、低噪声、高的分辨率和高质量的打印要求。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.4.2 主流打印设备简介 从结构上来讲，无论那种打印机，在结构基本上都可分为机械装置和控制电路两大部分。机械装置包括打印头、字车机构、走纸机构、色带传动机构、墨水（墨粉）供给机构以及硒鼓传动机构等等，它们都是打印机系统的执行机构，由控制电路统一协调和控制；而打印机的控

38、制电路则包括CPU主控电路，驱动电路，输入输出接口电路及检测电路等。 按照打印机的工作方式，可将打印机分为击打式和非击打式两大类。目前常用的打印机有针式打印机，喷墨式打印机，激光式打印机等。下面就这三种打印机的结构和工作原理做一简要介绍。 1、针式打印机 针式打印机之所以得名，关键在于其打印头的结构。打印头的结构比较复杂，大致说来，可分为打印针，驱动线圈，定位器，激励盘等等。当打印头从驱动电路获得一个电流脉冲时，电磁铁的驱动线圈就产生磁场吸引打印针衔铁，驱动打印针击打色带，将色带上的油墨粘附在打印纸上打出一个点的信息。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.4

39、.2 主流打印设备简介 针式打印机的组成及控制逻辑见图8.27。色带电机字车电机走纸电机电磁铁检测器打印头电机相序输出驱动维持电压控制数据输入状态输出CPU打印头数据形成打印头数据驱动DIP开关RAM监控ROM字库ROM操作面板接口板电源ROM主控逻辑电路打印机机械结构驱动电源逻辑电源交流电源图8.27 针式打印机的组成及控制逻辑普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.4.2 主流打印设备简介 2、喷墨打印机 喷墨打印机是继针式打印机之后开发出来的非打击工作方式打印机，也属于点阵式打印。与针式打印机相比，这两者的本质区别在于打印头的结构。喷墨打印机的打印头，是

40、由成百上千个直径极其微小（约几微米）的墨水通道组成。 喷墨打印机按喷墨技术有连续式和随机式两种。按喷墨头的喷墨方式划分，喷墨打印机的打印头有电荷控制式和热电（热气泡）式两种。 （1）热电式喷墨的工作原理是通过喷墨打印头上电加热元件的迅速升温，使喷嘴底部的液态墨水汽化并形成气泡，该蒸汽膜将墨水和加热元件隔离，以避免将喷嘴内全部墨水加热。待加热信号消失后，加热陶瓷表面开始降温，但残留余热仍促使气泡迅速膨胀到最大，由此产生的压力压迫一定量的墨滴克服表面张力快速挤压出喷嘴。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.4.2 主流打印设备简介 （2）电荷控制式打印头喷嘴内部

41、装有压电陶瓷，利用它在电压作用下会发生形变的原理使其变形产生压力，挤压喷头将内部的墨滴喷出，其结构原理见图8.28。图8.28 电荷控制式打印头结构原理普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.4.2 主流打印设备简介 3、激光打印机 激光打印机是近年来高科技发展的一种新产物，是将激光扫描技术和电子显像技术相结合的非击打输出设备。它通过激光技术和电子照相技术完成印字功能，是一种高精度、高速度、低噪声的非击打式打印机。它主要由激光扫描系统、电子照相系统和控制系统三部分组成。 它的打印原理是利用光栅图像处理器产生要打印页面的位图，然后将其转换为电信号脉冲送往激光发射

42、器，在这一系列脉冲的控制下，激光发生器发出一系列有规律的激光束，通过光学系统使感光硒鼓感光，形成了由电荷组成的潜影。普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.4.2 主流打印设备简介 打印引擎的结构见图8.29。它从功能上，它可以分为激光扫描系统、成像系统、和输纸系统等部分。图8.29 激光打印机打印引擎普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.4.3 微机系统与打印机的接口 计算机和打印机的通信是通过打印机接口进行的，一般，打印机都是通过专用的并行接口与微机通信的，打印机接口电路也称为打印机适配器，它的功能主要是完成打印机与主机

43、之间数据、控制、状态等信号的交换。计算机打印机适配器提供的打印机端口是一个25针的D形插座。接打印机的一端为DB-36型的36脚接插件，采用Centronics信号标准。表8.4列出了该标准各引脚信号的定义。打印机引脚(Centronics)适配器引脚(D-Type25)信号名称I/O方向（适配器）信号功能所在寄存器11输出数据选通控制2929DATA0DATA7输出数据位 07数据1010输入打印机准备接收数据状态1111输入打印机忙状态1212PE输入打印机缺纸状态1313SLCT输入打印机选中（联机）状态1414输出打印一行后自动走纸换行控制3215输入无纸、脱机等错误指示状态3116输

44、出初始化命令（复位）控制3617输出选择输入（允许打印机工作）控制1930,331825 GND地16逻辑地17机壳地35+5V15、18、34无定义STROBEACKBUSYAUTOFEEDXTERRORINITSLCTIN表8.4 Centronics信号标准标准及引脚信号定义普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.4.3 微机系统与打印机的接口 微型计算机内部的打印机适配器提供了与主机连接的通道，并行打印机接口逻辑图见图8.30。数据接收发送器DB命令译码器输入数据缓冲器读数据写数据控制寄存器写控制AENA9A0IORIOW读控制状态寄存器读状态输出数据

45、寄存器DB打印机命令状态内 部 总 线图8.30 并行打印机接口逻辑图普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 8.4.3 微机系统与打印机的接口 在打印机适配器端口与外界交换信息的通道中涉及到的3个寄存器数据格式如下： 数据寄存器：8位，用于存放传送的数据。 状态寄存器：8位，存放5位状态信息，3位未用，各位定义如下： 控制寄存器：8位，存放5位控制信息，3位未用，各位定义如下： 在IBM-PC微型计算机中，打印机适配器中定义的三个寄存器的端口地址见表8.5。D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0BUSY ACK PE SLCT ERROR D3 D2 D1D7 D6 D5 INTE SLCT INIT AUTOFEEDXT STROBE打印机接口数据寄存器端口状态寄存器端口控制寄存器端口LPT1378H379H37AHLPT2278H279H27AH单显打印机3B