人机交互设备接口

人机交互设备接口第一页，共三十七页，2022年，8月28日主要内容键盘接口技术键盘的工作原理及键码识别PC系列键盘及其接口电路显示器接口第二页，共三十七页，2022年，8月28日8.1键盘接口技术8.1.1键盘的工作原理及键码识别按键盘编码方式分类：分为编码键盘和非编码键盘。编码式键盘是用硬件电路来识别按键代码的键盘。即编码键盘是键盘电路在某个键被按下后，能提供该键所代表的信息代码，并以并行或串行信号输给CPU。非编码式键盘是用软件方式来识别按键代码的键盘。即非编码键盘是一种便宜而广泛用于微机系统的输入设备。这种键盘内部有一个扫描电路，不断地扫描键盘是否有键被按下。此键所代表的键盘信息代码，则由键盘接口及键盘处理软件根据键盘送来的位置信息产生，然后再送给CPU。第三页，共三十七页，2022年，8月28日常用的非编码键盘有线性键盘和矩阵键盘。+5VD0D1Dn键0键1键n┆┆┆┆┆第0行第1行第2行第3行第0列第1列第2列第3列图8.1线性键盘示意图图8.2矩阵键盘示意图第四页，共三十七页，2022年，8月28日常用的键码识别方法有行扫描法、行列反转法及行列扫描法。1、行扫描法行寄存器列寄存器第0行第1行第2行第3行第0列第1列第2列第3列+5V≥1≥1IOWIOROUTPORTOUTPORTDB图8.3行扫描法键码识别第五页，共三十七页，2022年，8月28日2、行列反转法也称线反转法。这种方法要求与行线和列线连接的接口，CPU即可读又可写。例如用8255A的PA口和PB口作为行列输入输出接口。第一步，设置PA口输出，PB口输入。向PA口写入全0，然后读PB口。若PB口读入全1，说明没有键按下。若读PB1入0，其余全1，说明第1列有键按下。第二步，设置PA口输入，PB口输出。将第一步由PB口读入的数据再由PB口输出。若PA2读入为0，其余全为1，则说明按下的键在第2行。这样确定了行号和列号。第六页，共三十七页，2022年，8月28日图8.4行列反转法键码识别示意图第七页，共三十七页，2022年，8月28日3.行列扫描法通过计数译码使各行依次输出低电平。在扫描每一行时，读列线，若读出的结果为全1，说明没有键按下；若某一列为低电平，说明有键按下，而且行号和列号已经确定。然后依次向列线扫描输出，读行线。如果两次所得的行号和列号相同，则键码确定无疑。目前在PC系列微机使用的键盘多数是行列扫描法。第八页，共三十七页，2022年，8月28日4.抖动和重键问题的解决目前消除抖动的方法有两种：（1）用硬件的RC滤波电路虑除抖动波形。（2）用软件延时的方法。重键处理有两种方法：（1）连锁法它是不停地扫描键盘，当有多个闭合键时不予识别，仅以最后检测到一个闭合键为确认键。（2）顺序法它是确认一个闭合键后处于保持状态，只有当该键释放后再去处理，并开始识别其它键。第九页，共三十七页，2022年，8月28日8.1.2PC系列键盘及其接口电路1.PC系列键盘工作原理PC系列键盘内部都有一个微处理器，键盘在其控制下实现闭合键扫描、键码识别，并实现与PC微机的通信。第十页，共三十七页，2022年，8月28日图8.5PC键盘工作原理示意图（XT）8042(AT)第十一页，共三十七页，2022年，8月28日2.PC系列键盘扫描电路图8.6PC/XT键盘扫描电路第十二页，共三十七页，2022年，8月28日3.PC系列键盘扫描码大多数键盘遵循三种基本设计中的一种。PC机(83键)键盘，AT机(84键)键盘，以及增强(101键)键盘。对于83键的标准键盘，由键盘扫描电路得到的接通扫描码与键号相等，用1个字节表示，如A键的键号为30，接通扫描码为1EH。断开扫描码也用1个字节表示，其值为接通扫描码加80H，如A键按下后又松开，则先输出1EH，后输出9EH。例如A的键盘扫描码D7D6D5D4D3D2D1D0起始位0/100111101第十三页，共三十七页，2022年，8月28日对于84/101/102键的扩展键盘，由于按键的位置发生变化其接通扫描码与键号不等，但是接通扫描码任用1个字节表示；而断开扫描码用2个字节表示，其值为接通扫描码前加一个字节的前缀0F0H。为了与83键键盘保持一致(主要是为了与BIOS兼容)，扩展键盘的扫描码送到PC键盘缓冲区时已由单片机8042转换成系统扫描码后存储。所谓系统扫描码就是相应83键键盘中同字符的接通码。第十四页，共三十七页，2022年，8月28日PC系列标准键盘接口电路第十五页，共三十七页，2022年，8月28日PC系列标准键盘接口电路图8.7PC/XT键盘接口电路01第十六页，共三十七页，2022年，8月28日键盘接口编程举例(1) INT09H中断服务程序中扫描码的读取部分：IN AL,60H;读8255的A口PUSH AX ;保存AL中的扫描码IN AL,61H;读PB口原输出状态MOV AH,AL OR AL,80H;置PB7为“1”OUT 61H,AL;清除LS322和中断触发器XCHG AH,AL ;PB口的原输出值由AH转到ALOUT 61H,AL;输出原状态PB7=0，PB6=1的值，允许再接收POP AX ;弹出AL中的扫描码MOV AH,AL ;放入AH第十七页，共三十七页，2022年，8月28日8.2PC机与显示器接口8.2.1LED显示器及其接口第十八页，共三十七页，2022年，8月28日8.2.2CRT显示器及其接口一个完整的微型计算机显示系统由显示控制适配器和显示器（即监视器）组成。图微机显示系统组成示意图第十九页，共三十七页，2022年，8月28日1.CRT显示器的结构和原理第二十页，共三十七页，2022年，8月28日（1）CRT显示器构成电子枪、荧光屏、外壳偏转线圈、控制电路（2）光栅扫描的两种方法逐行扫描隔行扫描正程（显示）、逆程（消隐）。第二十一页，共三十七页，2022年，8月28日2.CRT显示器的主要技术指标（1）像素像素是构成图像的最基本单位，一般是光点，所以又称为像点。（2）分辨率分辨率指的是画面的解析度，也就是一幅画面由多少像素构成。像素越多，分辨率越高，画面也就越清晰。在字符显示方式中，将一屏中可显示的最多字符数称为分辨率。在图形显示方式中，将一屏中可显示的像素点数称为分辨率。（3）点距点距（dotpitch）是指屏幕上两个相邻的同色荧光点之间的距离。点距越小，显示的画面就越精细，用显示区域的宽和高分别除以点距，即得到显示器在垂直和水平方向上最高可以显示的点数（即极限分辨率）。第二十二页，共三十七页，2022年，8月28日（4）屏幕尺寸指屏幕对角线长度，一般有14、15、17、19、20、21英寸等。（5）场频(显示速度)

场频是指每秒钟屏幕刷新的次数，又称屏幕的垂直扫描频率，以Hz（赫兹）为单位。（6）视频带宽视频带宽是指每秒钟扫描过的总像素数，以MHz（兆赫兹）为单位。 视频带宽＝水平分辨率×垂直分辨率×场频。（7）灰度级与颜色数像素具有明暗和色彩属性。黑白图像的明暗程度称为灰度，明暗变化的数量称为灰度级，所以在单色显示器中，仅有灰度级指标。彩色图像是由多种颜色构成的，不同的深浅也可算作不同的颜色，所以在彩色显示器中能显示的颜色种类称为颜色数。第二十三页，共三十七页，2022年，8月28日3.CRT显示器接口电路图10.15CRT显示器与适配器的连接第二十四页，共三十七页，2022年，8月28日(1)单色显示适配器(MDA和HGC)。MDA(MonochromeDisplayAdapter)是单色显示适配器，仅支持黑白、字符显示方式。其主要性能指标为：字符显示格式为80×25，分辨率为720×350，字符点阵框为9×14，字符点阵为7×9，配置4KB显示缓存。该显示适配器包括显示数据处理和扫描控制两部分，其控制核心为MC6845芯片。与MDA类似的产品有美国Hercules公司的HGC(HerculesGraphicsCard)，该卡为单色图形显示卡，配置64KB显示内存。除兼容MDA外，还支持基本的720×348单色图形模式，通过软件设置，它还支持640×400单色图形模式及模拟CGA图形模式。第二十五页，共三十七页，2022年，8月28日(2)彩色图形适配器(CGA)。CGA(ColorGraphicsAdapter)是IBM公司最早推出的彩色图形显示适配器，支持字符模式和图形模式。CGA字符显示屏幕的格式为80×25或40×25，字符点阵框为8×8，大写字母点阵为7×7，小写字母点阵为5×7。在图形模式下支持两种分辨率：320×200和640×200。其中分辨率320×200时为彩色显示，色彩种类为2~16。第二十六页，共三十七页，2022年，8月28日4.字符显示原理字符显示模式可分为两种，一种是文本模式下的字符显示，另一种是图形模式下的字符显示。1、文本模式下的字符显示将屏幕划分成M行N列字符显示框，每个字符由若干行和若干列的像素点构成。根据不同的显示模式，常用的字符点阵有8×8、8×14、9×16三种。每一种点阵构成的字符均包括256个字符的字模，每个字模占32个字节。全部字模放在ROM中。2、文本模式下字符的属性屏幕上显示的每个字符均用两组数据来说明，第一组定义显示字符的ASCII码，第二组定义显示字符的属性。第二十七页，共三十七页，2022年，8月28日3、图形模式下的字符显示在图形模式下，字符被看作由点阵构成的图形而进行显示处理。第二十八页，共三十七页，2022年，8月28日5.图形显示原理VRAM中存放着显示的图形点阵数据，由于计算机只能以二进制方式存放数据，每位只有两种状态（“0”或“1”）。对于单色显示，VRAM中的每一位对应画面上的一个像素点，该位为“1”即表示画面上的这一点是亮点。而对于彩色显示（如16种颜色），就需要用VRAM中的4位来定义一种颜色。第二十九页，共三十七页，2022年，8月28日1、文本显示模式2、图形显示模式第三十页，共三十七页，2022年，8月28日[例1]选择方式2，为80*25的文本分辨率。前景闪烁或背景色亮度背景色前景色亮度前景色文本显示模式下第二个字节D7D3D6~D4D2~D0属性亮度=0亮度=1000黑灰001蓝浅蓝010绿浅绿011青淡青100红淡红101品红淡品红110褐黄111白亮白第三十一页，共三十七页，2022年，8月28日在屏幕的第2行第3列显示字符A，并且为红底黄字。B800H:0+(2行*80+3列)*2=B800H:326Movax,0B800HMovds,axMovbx,326Moval,’A’Mov[bx],al;送字符‘A’IncbxMoval,4ehMov[bx],al;送属性红底黄字，不闪烁第三十二页，共三十七页，2022年，8月28日图形模式下直接写屏的方法选择方式11H，为VGA640×480单色图形显示模式。一扫描行占VRAM80个字节。第三十三页，共三十七页，2022年，8月28日[例2]如果要在屏幕的第2行和第7行画两条横线，通过直接写屏的方式实现：

MOVAX,0A000HMOVDS,AXMOVBX,160;第2行开始位置

MOVCX,80MOVAL,0FFHNEXT:MOV[BX],ALINCBXLOOPNEXTMOVBX,560;第2行开始位置

MOVCX,80NEXT:NEXT1:MOV[BX].ALINCBXLOOPNEXT1第三十四页，共三十七页，2022年，8月28日[例3]选择模式13H,一扫描行占320个字节。在第50行显示256个不同颜色的点。datasegmentstrdb'input<esc>returndos',0ah,0dh,'Inputspacebegin',0ah,0dh,'$'dataendscodesegmentassumecs:code,ds:databegin:movax,data