微型计算机原理及接口技术第13章-人-机接口课件

1、第 13 章 人-机接口 本章主要内容13.1 概述 13.2 键盘及其接口技术 13.3 鼠标及其接口技术13.4 显示器及其接口技术13.5 打印机及其接口技术13.6 多媒体计算机外围设备功能： 13.1.1 常用的外围设备13.1 概述 外围设备是微机系统的重要组成部分。是指微机系统中，除处理机本身之外，直接或间接与处理机进行信息交换并改变信息状态的装置。 （1）对信息形式进行交换人们习惯于使用字符、汉字以及图形、图像等表达信息的含义，而处理机使用的却是电信号表示的二进制代码。因此，处理机与外界联系时必须要进行信息形式的交换。利用外围设备可以实现这一转换。 13.1.1 常用的外围设备

2、 （2）为人和微机系统提供联系通道微机应用系统从研制开发到应用，必须有人的参与，这种人机交互联系也是通过外围设备来完成的。（3）作为信息存储的场所因为内存容量有限且不能长久保存信息，大量信息的存储只能靠外存这类外围设备来实现。（4）促进微机在各个领域的应用微机在各个领域的应用的需要推动了外围设备的发展，反过来，外围设备的发展又促进了微机的应用。13.1.2 外围设备的分类13.1 概述 按照键盘方式分类，键开关可分为接触式和非接触式两大类。按照键码识别方法分类，键盘可分为编码键盘和非编码键盘两大类。13.2.1 键盘的工作原理13.2 键盘及其接口技术编码键盘是用硬件电路来识别按键代码的键盘，

3、当按下某一键后，响应电路即给出一个编码信息（如ASCII码），送到主机去识别和处理。 特点：编码键的响应速度快，但它以复杂的硬件结构为代价，并且其硬件的复杂程度随着键数的增加而增加。 非编码键是用较为简单的硬件和专门的键盘扫描程序来识别按键的位置，即当按下某键以后，并不给出相应的ASCII码，而提供与按键对应的中间代码，然后再把中间代码转换成对应的ASCII码。13.2.1 键盘的工作原理 特点：非编码按键的响应速度不如编码键盘快，但它通过软件编程可为键盘中某些键的重新定义提供更大的灵活性，因此得到广泛的应用。 键盘接口按照不同的标准有不同的分类方法。按键盘排布的方式可分成独立方式和矩阵方式；

4、按读入键值的方式可分为直读方式和扫描方式；按是否进行硬件编码可分成非编码方式和硬件编码方式；按微处理器响应方式可分为中断方式和查询方式。 13.2.2 小型键盘接口13.2 键盘及其接口技术1. 独立方式指将每个独立按键按一对一的方式直接接到I/O输入线上 。2. 矩阵方式 13.2.2 小型键盘接口 用n条I/O线组成行输入口，m条I/O线组成列输出口，在行列线的每一个交点上设置一个按键。读键值方法一般采用扫描方式，即输出口按位轮换输出低电平，再从输入口读入键信息，最后获得键码。这种方式占用I/O线较少，在实际应用系统中采用较多。 3. 键盘的基本问题 13.2.2 小型键盘接口 几个问题：

5、第一，如何识别键盘上的按键？第二，如何区分按键是否被真正地按下，还是抖动？第三，如何处理重键问题？ （1）键的识别若键盘上闭合键的识别由专用硬件实现，称为编码键盘；靠软件实现的称为未编码键盘。 识别是否有键被按下，主要有查询法、定时扫描法与中断法等。而要识别哪个键被按下主要有行扫描法与行反转法。（2）抖动问题当手按下一个键时，会出现所按的键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳定到闭合状态的情况。当释放一个按键时也会出现类似的情况，这就是抖动问题。抖动持续的时间因操作者而异，一般为510ms之间，稳定闭合时间一般为十分之几秒几秒，由操作者的按键动作所确定。在软件上，解决抖动的方法通常是延迟等待抖动

6、的消失或多次识别判定。13.2.2 小型键盘接口 （3）重建问题有两个及两个以上按键同时处于闭合状态的处理问题。在软件上，处理重键问题通常有连锁法与巡回法。13.2.3 微机键盘及其接口13.2 键盘及其接口技术1. 键盘控制电路PC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。单片机通过执行固化在ROM中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，并以串行的方式送给微机主板上的键盘接口电路，供系统使用。 13.2.3 微机键盘及其接口 2. 键盘接口电路（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

7、行数据，并储存。（2）收到一个完整的扫描码后，立即向主机发出中断请求。（3）主机中断响应后读取扫描码，并转换相应的ASCII码，存入键盘缓冲区。对于控制键，设置相应的状态。（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是否正确的。PC键盘插头有三种：大插头（5芯）、小插头PS/2接口（6芯）和USB接口。 鼠标是一种快速定位装置，它可以使移动光标更方便、更快捷，并在软件的支持下，通过其上的按键完成各种特定操作。 13.3.1 鼠标的工作原理13.3 鼠标及其接口技术当在平面上移动鼠标时，通过机械或光学的办法把鼠标移动的距离和方向转换成两个脉冲信号传送给微机。鼠标驱动

8、程序将脉冲个数转换成鼠标的水平、垂直方向上的位移量，从而达到移动鼠标的目的。 鼠标的主要指标是分辨率。它以dpi（像素/英寸）为单位，表示鼠标移动1英寸所通过的像素数。常见鼠标的分辨率为320800dpi。鼠标的分辨率越高，其移动距离就越短。鼠标按工作原理可分为机械式、光电式和光机式三种，其中，光机式鼠标器是目前最流行的鼠标器种类。鼠标按照一定的传输格式向主机传输数据，一般采用字节组安排数据，以便依次传输。两键鼠标以三字节为组，三键鼠标器以五字节为组。 13.3.1 鼠标的工作原理 PC上常使用两键或三键鼠标。按接口分类，鼠标可分为MS串行鼠、PS/2鼠标、总线鼠标和USB鼠标。 13.3.2

9、 鼠标与微机的接口方式13.3 鼠标及其接口技术1. MS串行鼠标接口MS串行鼠标是通过RS 232C与微机相连的，一般是将DB-9的9针接口连到微机的COM1或COM2端口。MS串行鼠标的串行通信参数为：1位起始位，7位数据位，1位停止位，无奇偶检验位，以1200或2400bps的速率发送数据。 2. PS/2鼠标接口13.3.2 鼠标与微机接口方式 3. USB鼠标接口采用USB接口的鼠标，具体接口与USB接口一样。 显示器是PC最常用的输出设备，可用来显示字符、图形、图像。显示输出设备由显示器和显示卡两部分组成。常见的字母/数字显示器主要有两种：发光二极管显示器（LED）和液晶显示器（L

10、CD）。 13.4.1 LED显示器及接口13.4 显示器及其接口技术8段数码管一般由8个发光二极管(LED)组成，每一个位段就是一个发光二极管。一个8段数码管分别由a、b、c、d、e、f、g位段，外加上一个小数点的位段h(或记为dp)组成。根据公共端所接电平的高低，可分为共阳极和共阴极两种。 LED显示方式有两种：静态显示和动态显示。静态显示的特点是各LED管能稳定地同时显示各自字型；动态显示是指各LED轮流地一遍一遍地显示各自字符，动态显示的显示周期应小于20ms，人们就感觉不到“闪烁”现象，显示周期越长，显示的亮度越暗。13.4.1 LED显示器及其接口 液晶的物理特性是：通电时导通，排

11、列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时，排列混乱，阻止光线通过。 13.4.2 LCD显示器13.4 显示器及其接口技术按照物理结构，LCD可分为双扫描无源阵列显示器（DSTN LCD）和薄膜晶体管有源阵列显示器（TFT LCD）。双扫描无源阵列（DSTN）所构成的液晶显示器对比度和亮度较差、可视度小、色彩欠丰富，但是它结构简单、价格低廉。 薄膜晶体（TFT）是指液晶显示器上的每一液晶像素点都由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。TFT LCD具有屏幕反应速度快、对比度和亮度高、可视角度大、色彩丰富等特点。液晶显示器的主要参数： 13.4.2 LCD显示器 （1）可视角度在最大可视角时，所测量到的对

12、比度越大越好。一般而言，LCD的可视角度都是左右对称的，但上下就不一定了，而且，常常是上下角度小于左右角度，可视角越大越好。 （2）亮度TFT液晶显示器的可接受亮度为150 cd/m2以上，目前国内能见到的TFT液晶显示器亮度都在200 cd/m2以上，亮度低则感觉暗。（4）显示色数几乎所有15英寸LCD都只能显示高彩（218种颜色），因此许多厂商使用了所谓的FRC（frame rate control）技术以仿真的方式表现出全彩的画面。13.4.2 LCD显示器 （3）响应时间响应时间反应了液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度，即像素由暗转亮或亮转暗的速度，响应时间越小越好。响应时间越小，

13、则使用者在看运动画面时不会出现尾影托拽的感觉。 1. 显示卡的基本原理 13.4.3 显示卡13.4 显示器及其接口技术显示卡的基本功能就是控制微机的图形输出，对图形函数进行加速。显示卡通常以附加卡的形式安装在微机主板的扩展槽中，或集成在主板上。 显示卡的性能，是指显示卡上的芯片集能够提供的图形函数计算能力，这个芯片通常也称为加速器或图形处理器。在芯片集内部会有一个时钟发生器、VGA核心和硬件加速函数，很多新的芯片在内部还集成了数模转换随机存储器（RAMDAC）。 显示内存也称显卡，是加速卡的重要组成部分。显卡也被称为帧缓存，是用来存储要处理图形的数据信息。 13.4.3 显示卡 2. 显示内

14、存 因为微机是以数字方式运行的，所以在显存中存储的当然是数字信息。数模转换随机存储器RAMDAC的作用就是将数字信号转换成模拟信号，使显示器能够显示图像。 RAMDAC的转换速率以MHz表示，它决定了刷新频率的高低。其工作速度越高，频带越宽，高分辨率时画面质量越好。 3. RAMDAC 显卡的接口决定着显卡与系统之间数据传输的最大带宽，也就是瞬间所能传输的最大数据量。 13.4.3 显示卡 刷新频率是指RAMDAC向显示器传送信号，使其每秒重绘屏幕的次数，它的标准单位是Hz。刷新率分别为56，60，65，70，72，80，85，90，95，100，110和120Hz多个档次，过低的刷新率会使用

15、户感到屏幕严重闪烁，时间一长就会使眼睛感到疲劳，所以刷新率应该大于72Hz。 分辨率指的是在屏幕上显示出来的像素数目，它由水平行的点数和垂直行的点数两部分来计算。 4. 刷新频率 5. 显卡接口技术 13.5 打印机及其接口技术打印机按照工作原理不同可分为击打式和非击打式两大类；打印机按照工作输出方式可分为串行打印机、并式打印机和页式打印机三种；打印机按印字机构不同可分为固定字模（活字）和点阵式打印机两种。打印机工作模式：文本模式（字符模式）和图形模式 文本模式特点：所需传送的数据量少，占有主机CPU的时间少，因而效率高，但所能打印的字符或汉字的数量受到字库的限制。图形模式特点：CPU能灵活控

16、制打印机输出任意图形，从而可打印出字符、汉字、图形、图像等。但图形模式所需传送的数据量大，会占用主机大量的时间。 通过将墨滴喷射到打印介质上来形成文字或图像。 13.5.1 打印机的工作原理13.5 打印机及其接口技术是一种击打式打印机，它是靠垂直排列的钢针在电磁铁的驱动下完成打印动作的，当钢针向前撞击时，就把色带上的油墨打印到纸上而形成一个色点。针式打印机又称为点阵式打印机。这种打印机打印速度慢、噪声大、分辨率低，现基本被淘汰了。 1. 针式打印机 2. 喷墨打印机 优点：（1）结构简单，设备体积小，可靠性好，价格便宜。（2）工作噪声小，较为安静。（3）打印速度高，每秒钟可达到150400字；（4）分辨率高，图像、字迹清晰，并克服了针式打印机随色带使用次数增多造成的打印字迹越来越不清晰的现象。（5）可实现高品质彩色照片打印，彩色效果逼真。13.5.1 打印机的工作原理 缺点：（1）它对纸张要求较高（2）喷墨打印机的耗材较贵（3）喷墨打印机的喷嘴容易堵塞，造成打印品质下降，故需要定期对喷嘴进行清洗。激光打印机由激光器、声光调制器、高频驱动器、扫描器、同步器及光偏转换器等组成。 13.5.1 打印机的工作原理 3. 激光打印机 特点：打印速度快、品质好、工作噪声小 激光打印机的整机和耗材价格高PC的端口地址分配表中，I/O通道地址范围为378H3FFH的I/O设备端口为并行