《现代微机原理与接口》课件(研究生)第5章

第5章

人机交互接口

键盘接口

LED显示器接口CRT显示器接口其他人机交互接口（鼠标器、光笔、触摸屏、操纵杆、图形板等）5.1键盘接口

⑴编码键盘。这种键盘内部能自动检测被按下的键，并提供与被按键对应的键码，如ASCII码、EBCDIC码等，以并行或串行方式送给CPU。它使用方便，接口简单。

⑵非编码键盘。这种键盘只简单地提供键盘的行列矩阵，而按键的识别和键值的确定、输入等工作通过软件完成。这是目前可得到的最便宜的微机输入设备。

1．去抖动去抖动的方法通常有两种:（1）软件延时法：当发现有键按下或释放时，软件延时一段时间再检测。（2）硬件消抖动：在键开关与计算机接口之间加一个消抖动电路，如双稳电路、单稳电路（输出脉宽要大于抖动时间）、RC滤波电路等。由于硬件去抖动增加了电路的复杂性，每个按键都要一个去抖动电路，所以这种方法只适用于键数目较少的场合。在键数目较多时，大多采用软件延时法去抖动。2．防串键串键是指两个或两个以上按键同时按下，或一个键按下后没释放又按下另一个键时产生的问题。

⑴双键锁定。⑵N键连锁。3．按键识别和键码产生

⑴行扫描法。⑵行列交换法。5.1.1键盘接口基本功能

常用的非编码键盘有线性键盘和矩阵键盘两种。

线性键盘是指其中每一个按键均有一条输入线送到计算机的接口。若有N个键盘，则需要N条输入线。

矩阵键盘是指按键按行（i）和列（j）排列，这种方式可排列i×j个按键，但送往计算机的输入线仅为n=i+j条。5.1.2非编码键盘接口（1）扫描法扫描法通过依次查询键盘矩阵的枚一行线，然后读取列数据确定按键是否在本行，具体方法如下：首先使PA0=0然后读取PB端口，若PB=0FFH则表示行0没有按键按下，再使PA1=0再读取PB判断行2有无按键按下，依次扫描全部的行线。当PB读取的数据不为0FFH，则表示该扫描行有按键按下，则再确定相应的按键序号。

（2）行列交换法行列交换法也称行列行反转法，在识别闭合按键时，要将行线接一个并口，工作于输出方式，将列线也接一个并口，工作于输入方式，程序使CPU通过输出端口向各行线上全部送低电平，然后读入列线的值。如果某按键按下，则必定会使某一列线值为0。然后，程序再对两个并行端口进行方式设置，使行线工作在输入方式，列线工作在输出方式，并将刚才读到的列线值从列线所接的并口输出，再读取行线上的输入值，在闭合键所在的行线上的值必定为0。这样，当一个按键被按下时，必定可以读取一对唯一的行值和列值。

5.1.3PC机键盘接口

1．键盘的工作原理

①组合键：当按下Ctrl、Shift、Alt等控制键时，INT09H中断将其扫描码送入DOS参数区40:17H单元，在用户按下其他键时与40:17H单元内容组合为一个组合键。如处理Ctrl+C键时，INT09H中断首先将Ctrl键(扫描码为1DH)存入40:17H单元，随后再读取后续按键，若按键为C，则解释为Ctrl+C组合键。

②乒乓键：PC机设置有乒乓键(如NumLock、CapsLock等)计数位，通过计数位的0、1来区分按键状态。若开机加电后未按过NumLock键或按偶数次，作为小键盘的光标控制/编辑方式。在这种方式下若按下“7/Home”键时将解释为“Home”编辑键，送入键盘缓冲区的键代码为00，47H两字节；若开机加电后按过奇数次NumLock键，则小键盘为数字方式，在这种方式下若按下“7/Home”键时将解释为“7”数字，送入键盘缓冲区的键代码为37H，47H两字节。

③

换档键：若DOS参数区40:17H单元的数据为02(ShiftL按下)或01(ShiftR按下)，BIOS程序将输入键解释为对应换档键。

2．扫描码和ASCII码当在键盘上“按下”或“放开”一个键时，如键盘中断允许，就会在计算机上产生类型为09H的硬件中断，CPU将控制转入BIOS键盘中断处理程序，以处理用户键盘操作情况。键盘处理程序从8255并行接口芯片的

PA(I/O端口地址60H)读取一个字节的数据，如所读取数据D7=1，表示按键已放开(称为断码)，如D7=0，表示键按下(通码)，而数据的D6~D0则为按键的扫描码。

3．键盘接口电路PC键盘接口电路如图5.2所示，它由串并转换芯片74LS322和一些触发器、门电路构成，数据通过8255的PA读入计算机。

LED连接的线路不同，其编码也不同，如图5.4所示电路的LED编码如表5-2所示。

2.点阵式LED显示器LED点阵管可以代替数码管、符号管和米字管。不仅可以显示数字，也可显示所有西文字母和符号。如果将多块组合，可以构成大屏幕显示屏，用于汉字、图形、图表等等的显示。被广泛用于机场、车站、码头、银行及许多公共场所的指示、说明、广告等场合。图5.6所示为8×8点阵LED外观及引脚图，其中0～7用于控制点阵LED的行，A～H用于控制点阵LED的列，其等效电路如图5.7所示，只要其对应的X、Y轴顺向偏压，即可使LED发光。如果使左上角LED点亮，则Y0=1，X0=0即可。实际应用时限流电阻可以放在X轴或Y轴。5.3CRT显示器接口

1．字符显示原理显示器显示字符的方法以点阵为基础。这种方法将字符分解成m×n个点阵组成的阵列，将点阵存入由ROM构成的字符发生器中，在CRT进行光栅扫描的过程中，从字符发生器中依次读出点阵，按照点阵的0和1控制扫描电子束开关，在屏幕上形成字符。字符点阵的多少取决于字符显示质量和字符块大小，在PC机中字符窗口为9×14点阵，字符为7×9点阵。

5.3.1显示器文本接口

PC机字符显示原理如图5.8所示。显示的字符被存放在视频存储器(VRAM)中，字符发生器ROM的高位地址来自VRAM的ASCII码，低位地址来自光栅地址计数器的输出RA3～RA0，它具体指向这个字符点阵的某个字节。在显示过程中，按照VRAM中的ASCII码和光栅地址计数器访问ROM，依次取出字符点阵，就可以完成一行字符的显示输出。2．字符显示属性显示器上的每一个字符在视频缓冲区(VRAM)由2个字节表示，第一个字节是显示字符的ASCII码，而第二个字节是该显示字符的属性。字符的属性确定了该显示字符的特性，如显示字符的颜色、背景颜色、闪烁等，在彩色文本方式下，字符的属性定义如图5.9所示。

①BI=1：表示该显示的字符闪烁，在MS-DOS下的汉字系统中，该位被用作其他用途，并且字符不能闪烁；

②D6~D4：表示该显示字符的背景颜色RGB，在彩色文本方式中，显示的字符共有8种背景颜色；

③D3~D0：表示该显示字符的前景颜色RGB，在彩色文本方式中，显示的字符共有16种前景颜色，I是加亮位，如I=1则表示RGB所对应的颜色作加亮显示。5.3.2显示器图形接口

VGA显示卡结构如图5.10所示。1．VGA图形显示原理VGA(VideoGraphicsArray)显示适配器是采用RGB模拟显示的显示接口卡。(1)彩色位面法

在VGA显示适配器中，彩色位面法用于16色模式。图形16色显示时把VRAM划分为4个彩色位面，屏幕上的像点特征由4个位面的值共同确定。

由0~3位面合成的值是一个颜色索引值，而不是真正显示器所显示的颜色值，真正显示的颜色必须通过索引寄存器查到，再通过DAC表产生，如图5.12所示。由此可见，如果更改颜色索引寄存器的数值，就可以达到换色的作用或改变颜色的作用。

(2)压缩像素法在VGA或SuperVGA显示适配器中，压缩像素法主要用于256色以上的图像显示模式，在压缩像素法中，VRAM中的一个字节对应屏幕上的一个像点，由于一个字节的取值为0～255，所以屏幕上的点就有256种颜色的变化(256色)。VRAM与屏幕的映射关系如图5.13所示。

2．DAC数模转换器数模转换器(DAC)是VGA和SuperVGA图形适配器所特有的寄存器组。DAC能将数字信号转换为模拟信号，以驱动VGA或SuperVGA的RGB模拟显示器。由于模拟信号可以连续变化，因此显示器显示的色彩变化可以非常平滑，适合人的视觉感受。DAC数模转换器由3个视频数模转换寄存器(RGB)和DAC电路组成，它们分别控制红(R)、绿(G)、蓝(B)原色亮度值(RGB)。每个寄存器为6位，其亮度值(色饱和度)范围为0~63，3个寄存器一共可以产生64×64×64=266144种颜色。同时DAC还必须从查色表(颜色索引寄存器)中取得颜色编码，以决定屏幕上应显示何种颜色。查色表为8位，所以DAC一次只能从查色表中转换28=256种颜色。对于假彩色显示适配器(显卡)如VGA、SuperVGA等，虽然DAC能产生266144种颜色，但同一时刻同一屏上只能显示256种颜色。5.3.3VESA图形标准接口

工业标准化组织——视频电子学标准协会(VideoElectronicsStandardsAssociation，VESA)提出一组附加的BIOS功能调用图形接口标准，从而解决了SuperVGA软件开发、应用的不兼容问题。但VESA也有它的先天不足，它是一个从软件层解决SuperVGA适配器之间的兼容问题，并且只能在实地址模式中使用(不支持Windows)。但采用VESA标准图形接口可以解决DOS下的应用软件的兼容，用VESA图形接口开发的DOS应用程序可以在不同的SuperVGA适配器上的DOS环境中运行。

5.3.4真彩色图形显示

真彩色指用户程序写入显示缓存的图形信息，不需要通过颜色索引转换和调色板的转换而直接通过DAC转换为模拟量显示，即写入的颜色与显示的显示相同。真彩色显示卡的结构如图5.14所示。

5.4其他人机交互接口

鼠标器从工作原理上可分为机械式、光电式两种。

MS鼠标的串行通信参数为：1200bps，7位数据位，无奇偶校验，1位停止位。MS鼠标采用3字节数据格式(1B=X1LBRBY7Y6X7X6，2B=X0X5X4X3X2X1X0，3B=X0Y5Y4Y3Y2Y1Y0，其中LB=1表示鼠标左键按下，RB=0右键按下)，通信使用TXD、RXD、RTS、DTR等控制线。

5.4其他人机交互接口

5.4.2触摸屏原理及接口

触摸屏从原理上可分为：电阻式触摸屏、红外线触摸屏、电容式触摸屏、表面声波触摸屏和近场成像触摸屏等。触摸屏都是用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时，所触摸的位置（以坐标形式）由触摸屏控制器检测，并通过接口（通常是RS-232C）送到CPU，计算机从而确定用户当前所指位置（坐标）。

5.4.3光笔接口

光笔是用于交互式绘图、测量的部件，从外形看它像一支普通的笔，在顶部装有光学镜头调节光圈的大小以控制视场。视场内的光通量(亮度的强弱)经过光纤送到脉冲检测电路去检测。显示器上的每一亮点并不是恒亮的，而是随着光栅扫描的到来由暗到亮，扫描后又由亮到暗变化着，这种动态的变化是人眼所不能观察的(视觉暂留效应)，但却会使光电检测电路产生一连串的脉冲，如图5.16所示。

当用户在光笔上按动按钮开关时，光电脉冲输出允许，光栅扫描到光笔所处像点时，光笔就向接口电路送出一个负脉冲。CPU用IN命令读出状态寄存器，状态寄存器为4位，其中b3、b0位表示接口扫描状态，b2、b1表示光笔状态，