计算机科学与技术学院 计算机接口技术

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计算机接口技术

主讲人:

吉林大学计算机科学与技术学院

第三十一讲

第7章外部设备及其接口

•在计算机系统中,除中央处理机之外的设备都叫外部设备。

•外部设备承担着计算机外部各种媒体形式的信息与计算机内部数字信号形式之间转

换的重任。

•外部设备也是人与计算机沟通与联系的接口,是计算机发挥作用的通道与桥梁。

•计算机主机的发展离不开外部设备的进步。现代微机系统中，外部设备所占的比重

越来越大,其价值占50%~85%。

•计算机外部设备多种多样,型号不同、规格不同、性能不同、价格不同,同一种设

备在结构上、工作原理上、操作方法上相差很大,而且在高性能的外部设备上往往

采用了最新的科技成果，致使其涉及到光、机、电、信息等多种技术领域，技术含

量越来越大。

•因此,学习一些有关外部设备工作原理、基本结构、使用方法等基础知识,对于计

算机的应用与开发、外部设备的设计与维护是非常重要的。

5却“Ufi/wmiyCfu/iti

7.1概述

1键盘数字化仪

（输入设备〈鼠标器条码阅读器

触摸屏光学读卡机

、扫描仪磁卡

C击打式

（打印机<激光、LED

喷墨式

、静电、热敏

输出设备<绘图仪-一平板式

_滚筒式

-CRT显示器

t监视器♦液晶

外部设备《-LED、LCD

「硬磁盘

外存储器,软磁盘

I光盘

r声卡、语音卡

多媒体设备\图形卡、视频卡

IMIDI、数码相机

MODEM

网卡

中继器、集线器

{路由器、网桥、网关

电源设备［机内电源

LUPS

喑树f«"，弹确设备川成

外部设备的发展趋势

•(1)智能化

所谓外部设备的智能化,是指不完全依靠主机指令,自身具有一定自主控制功能。

外部设备的智能控制方法是指具有CPU能力,具有自备ROM、RAM,自动识别,

自动注册的外设控制方法。

•(2)多功能化

一套外设,多种功能。例如,有些外设厂家扫描仪、打印机、传真机、复印机多种

功能集为

•(3)微型化

外部设备的小型化、微型化，适用于野外作业、外出旅行和军事。微型外设目前产品

不多,但它是外部设备发展的一个方向。

•(4)遥控化

键盘、鼠标、打印机已有红外遥控产品。外设与主机之间实现“无线"连接,利用

红外光而不利用电磁波。外设遥控产品目前不是主流产品，将来也可能不是,但是

在某些专用领域无线遥控外设将展示其独特的优越性。

,(5)外设与主机—体化

许多接口板卡已集成到主机板上，有的计算机主板集成制造了显卡、多功能卡、调

制解调卡等,甚至,CPU生产厂家也将部分外设功能集成到CPU之中，如含有图像

处理能力的CPU芯片、含有多媒体功能CPU芯片等等。

5却“Ufi/wmiyCfu/iti

7.2LED数码显示器及其接口

•LED显示器是用发光二极管显示字形的显示器件。

•在应用系统中通常使用的是七段显示器。七段显示器由

七段组成,每一段是一个发光二极管,排成一个"日'

字形。

•为了能采用不同的驱动电路,一个七段显示器内部的七

个发光二极管的连接有两种方法。

•一种叫共阴极接法,每个发光二极管的阴极接在一起,gfGNDab

在使用中应将阴极接低电平,当某个发光管的阳极接高

电平时,相应发光二极管就被点亮。

・另一种接法叫共阳极接法,即把所有发光管的阳极在内

部连在一起,使用时应接高电平,当某个发光管的阴极

接低电平时,相应发光二极管就亮。

edGNDch

图7.2.1七段LED

显示器管脚配置

共阴极七段显示器字形和段选码的关系

表7.2.1共阴极七段显示器的段选码

hfedcba

字形g段码（H）

以

D7D6D5D4D3D2Do

00011I1I13F

1000001I006

2010110115B

30I00I1I14F

40110011066

50110II016D

6011111017D

70000011107

80111III17F

9011011116F

A0111011177

B011111007C

C0011I00139

D010111105E

E0111I00179

F0111000171

P0I11001173

0000000000

Jf却“Cfu/iti

LED显示器与显示方式

,LED显示器有静态显不与动态显不两种方式。

1.LED显示器静态显示方式

•所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时,相应的发光二极管恒定地导通或

赢止。

•静态显示方式电路每一显示位可独立显示,只要在该位的段选线上保持段选码电平,

该位就能保持相应的显示字符。由于每一显示位都由一个相应的8位输出口锁存段

选码。故在同一时刻不同的显示位可以显示不同的字符。

•静态显示时,较小的电流能得到较高的亮度。

2.LED显示器动态显示方式

•所谓动态显示,就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描）。对于某一位显示器

来说每隔._.段时间点亮―次

•显示'器的亮度既与直蠢流看关,也与点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流

和时间参数,可实现亮度较高较稳定的显示。动态显示电路中将所有显示位的段选

码线并联在一起,由一个8位I/O口控制,而位选线（共阴极点或共阳极点）分别由

相应的I/O口线控制。

5却“Ufi/wmiyCfu/iti

硬件译码显示器接口

表7.2.2MC14495真值表

输入输出显示

MCI4495DCBAh+igfedcba字形

□0000001111110

f——116------VDD0001000001101

g-215-----e0010010110112

0011010011113

h+i-----314—d

0100011001104

h+i—

413-------C0101011011015

A—512——b0110011111016

B-----611——VCR0111000001117

LE-----710——D1000011111118

vss----89——C1001011011119

101011110111A

101111111100B

110010111001C

图7.2.2MC14495逻辑引脚110111011110D

111011111001E

111111110001F

Jf却“Cfu/iti

软件译码显示器接口

8255

PA7-PA0

PA0-PA7

PB7-PB0

PC2

PC7-PC0PC,

图7.2.3通过8255控制的3位图7.2.4通过8255控制的3位

静态LED显示器接口原理图动态LED显示器接口原理图

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计算机接口技术

主讲人:

吉林大学计算机科学与技术学院

第三十二讲

7.3打印机及其接口

•打印机是计算机最常使用的外部设备之一,它能获得硬拷贝输出。目前计算机中广

泛应用的打印机种类繁多,但按打印机的结构可基本上分为击打式和非击打式两种。

­击打式打印机印字清晰,可以复印和长期保存,缺点是噪音大、速度慢。

•目前最常使用的击打式打印机是针式点阵打印机。针式点阵打印机是一种利用针点

矩阵打印字符或图形的打印机,常用的字符点阵有5x7、7x9等,汉字点阵有

16x16、24x24等数种。针式点阵打印机与其他类型的打印机相比，具有廉价、有

复印和打印图形的能力等优点。以标准ASCH码送入,使用方便,字型可缩小或放

大,但工作时噪音较大。

•非击打式打印机由于没有打击动作,所以噪音低,省去了色带部分,但有些打印机

对纸的要求较高,从而提高了价格,非击打式打印机有热敏式、静电式、激光和喷

墨式等打印机。

5却“Ufi/wmiyCfu/iti

针式打印机

•针式打印机是一种击打式打印机,它用若干根钢针,通过色带击打纸张,形成一种

由点阵组成的字符或图形。

•这类打印机的结构可分为机械和电路两部分,机械部分主要由打印头、字车、走纸

机构及色带组成,电路部分由驱动电路、控制电路、接口电路、操作面板等组成。

控

制控制面板

信

数

据

息

选

通接

(

口T

电R控制电路

路也址

计数列计数低位

行缓冲器字符发生器打印头

打印信息高位

图7.3.1针式打印机组成原理

J/却“Ufi/wmiyCfu/iti

LQ-l600K打印机主要结构

如“Utw/sayCfutu

打印机和主机数据传送时序

DATA

/ATROBE

BUSY

/ACK

Ji却“Ufi/wmiyCfu/iti

打印针驱动电路

Jf却“Cfu/iti

打印适配器原理

・打印适配器包括两部分:数据缓冲驱动,地址译码。

・数据缓冲器和外总线相连接。主机通过数据缓冲器向打印机读出打印机的状态，送

出命令,输出打印数据。

・译码器决定I/O端口地址。

数

用

数

据

db------缓378h

冲

状

态

379h

碣

控

制37ah

Ji却“Cfu/iti

激光打印机

•激光打印机是激光技术与复印技术相结合的产物,它是一种高质量、高速度、噪声

低、价格适中的输出设备,已成为非击打式打印设备的主流产品。

•激光打印机通常由两部分位:激光机头和打印控制器。

•激光机头由激光光源、转反射镜、聚焦透镜、感光鼓等部分组成。

•激光光源采用半导体激光二极管,在它的两极加上大小不同的电压就会发出强度变

化的激光束，这称为电源调制。计算机输出的0、I信号就加在激光二极管的两极上,

从而得到一系列被调制的脉冲式激光,经棱镜反射后聚焦到感光鼓表面。感光鼓表

面涂有光电转换物质,于是,计算机输出的文字或图形就以不同密度的电荷分布记

录在感光鼓表面。然后这些电荷会吸附上厚度不同的炭粉,像复印机那样通过温度

与压力的联合作用,把表现文字或图形的炭粉固定在纸上。

•由于激光能聚焦成很细的光点,因此激光印字机的分辨率较高,印刷质量相当好。

5却“Ufi/wmiyCfu/iti

喷墨打印机

•喷墨打印机也是一种非击打式印字设备，它已连续数年在市场上获得很高的销售憎

亲率。

•它的优点有：经济实惠，打印效果好(300dpi),低噪音，使用低电压，不产生臭

氧,有利于保护办公室环境等,特别是彩色喷墨打印机充分发挥了喷墨打印的最大

优点,以其低廉的价格,缤纷绚丽的色彩,使彩色打印输出设备迅猛发展。据不完

全统计,彩色输出设备中,彩色喷墨打印机已占市场的80%之多。

•由于各著名生产厂所掌握的喷墨专利技术各不相同,喷墨打印机可分为以下三类产

口Z口Z7..

•(1)HP喷墨打印机是采用喷嘴后方加热设计,喷嘴管内的墨水经过加热,体积发

生变化,从而产生推力,由喷嘴喷出。

•(2)CANON喷墨打印机是采取气泡喷墨原理,在喷嘴管壁上的加热器加热产生气

泡,气泡的膨胀使气泡前端的墨水挤出喷嘴。

•(3)EPSON喷墨打印机采取压电式喷墨技术,薄膜压电振荡器产生高频振荡，激

发墨水自喷嘴向外喷射。

•以HP公司的喷墨打印机为例,它采用热感喷墨技术,墨水与打印头集成为一体，这

种喷头底部有50个细微的小孔，分成两列,每个孔的直径仅为头发丝直径的一半。

墨水从这些微孔(喷嘴)中以每秒数千次的高频喷射,它具有300dpi的输出效果,

对打印纸没有特殊要求,既可用一般的复印纸,也可以打印在透明胶片上。

5却“Ufi/wmiyCfu/iti

微型打印机

・微型打印机是指体积、形状较小,一行打印字符小于40个字符的小型打印机。由于

设计精朽,功能实用,常用于工业自动控制、单片机以及便携式微机和商用收款机

等领域。

•TPq16A的主要性能指标

•(1)采用单片机控制，具有2KB控制程序和圣特罗尼克(Centronic)标准并行接口,

便于与各种微机应用系统或智能化仪表联机使用。

•(2)具有较丰富的打印命令,命令代码为单字节,格式简单。可产生全部标准

ASCII代码字符，以及128个非标准字符和图符。有16个代码字符(6x7点阵)可由

用户通过程序自行定义。并可通过命令打印出16个代码字库的点阵式样。

•(3)每行字符的点行数(包括字符的行间距)可用命令更换,即字符行间距空点

行在1-256间任选。带有命令格式检错功能。当输入命令错误时，打印机立即打印

出错误信息代码。带有开机自测试功能。自测试时，打印机打印出全部代码字符。

•(4)打印系统:点阵式(每行96点),字符构成为5x7点阵(或6x8)。

•(5)打印速度:每点行平均100ms,每行字符(5x7点阵,行间距空3点行)约1秒。

•(6)蓝色色带装于可拆卸式色带盒中,色带寿命约lxlE行。打印纸为普通白纸。

5却“Ufi/wmiyCfu/iti

TP苏16A微型打印机接口信号

・TP416A微型打印机与计算机应用系统通过机匣后部的20芯扁平电缆及接插件联接。

•DB7〜DB彷数据传送线,单向,由计算机输入打印机。

­为数据选通信号，输入。在此信号的上升沿时，数据线上的8位并行数据被打印机

读入机内锁存。

•颊制打印机"忙"状态信号,输出,高电平有效。当此信号有效时,表示打印机正

忙于处理上个数据,此时,主计算机不得使用信号向打印机送入新的数据。

•为打印机的应答信号,输出,低电平有效。当此信号有效时，表明打印机已取走数

据线上的数据。

・为"出错"信号,输出。当送入打印机的命令格式有错时,打印机立即打印出一

行出错信息,以提示操作者注意。在打印机打印出错信息之前,该信号线上出现一个

负魏放，脉冲宽度30ms。

ACK

ERR

2468101214161820

GNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDACKERR

STBDB)DBDBDBBUSY

DB023DB4DB5DB67

135791113151719

图7.3.3微型打印机接口信号

J/却“Ufi/wmiyCnin^

•例：某微型打印机通过8255与8088CPU连接，逻辑电路如图7.3.4所示。试编程实

现将从DATA开始的100个字节的ASCII码字符数据送打印机打印的程序。

•由图可知,可编程接口芯片8255的端口地址,A口至控制口分另［J为80H〜83H。/

口方式0输出,C口高半字节输出,C口低半字节输入,方式控制字设定为

10001000Bo

808874LS1388255微型打印机

图7.3.4微型打印机接口

J/却“Ufi/wmiyCfu/iti

微型打印机的接口与编程(2)

•按题目要求，编程如下:

START:MOVAL,88H

OUT83H,AL

MOVAL,OFFH

OUT82H,AL

MOVSI,OFFSETDATA

MOVCX,100

XI:INAL,82H

TESTAL,01H

JNZXI

MOVAL,[SI]

INCSI

OUT80H,AL

MOVAL,OOH

OUT82H,AL

MOVAL,OFFH

OUT82HfAL

LOOPXI

HLT

DATADBxl,x2,x3,x4,.....,xlOO

JiLi"Cfu/iti

7.4绘图仪及其接口

•绘图仪是输出高质量图形的设备。打印机虽然也能输出图形,但是质量、速度比不

上绘图仪。目前,绘图仪已在机械绘图、印刷板电路图、建筑工业的平面图、结构

图和立体图、纺织工业中的图案设计等许多方面得到广泛应用。

•绘图仪的种类很多：

­按图面尺寸分为三种：大、中、小型，其中，图面有效面积超过1200x1600mm2

的为大型,小于450x600mm2的为小型,在这两者之间的为中型;

•按驱动方式分为四种：步进电机、伺服电机、平面电机和直线电机。

•按控制方式分为三种：开环、闭环、半闭环。

•基本上可分为两类：滚筒式和平台式,

•组成：驱动电机、机械传动部分、控制电路、绘图台笔架、插补器等。

5却“Ufi/wmiyCfu/iti

滚筒式绘图仪

•送纸机构由送纸电机^收纸电机、滚筒等组成。图纸在绘图过程中正向和反向移动。

卷筒绘图纸分别绕在送纸和收纸电机带动的转轴上,中间经过带有链齿的滚筒,滚

筒上齿的间距与卷筒绘图纸两边孔的孔距应一致。绘图过程中图纸位置的检测由电

气反馈系统控制,以便及时发出信号控制送纸和收纸电机。

•图74：［中,当X向步进电机通过传动机构驱动滚筒转动时,就带动图纸转动（可正、

可反），即可在X方向运动。Y向步进电机驱动笔架,可在Y方向移动。Z方向控制

抬笔和落笔。计算机送来的绘图信息通过控制装置驱动X、KZ方向的运动。滚筒

式结构紧凑,占地面积小、绘图幅面大,但图纸要有链孔。

平台式绘图仪

•平台式绘图仪工作原理见图742所示。绘图平台台面一般由硬质橡皮构成,其上有

X和Y方向两组导轨。X方向导轨位于平台上,Y方向导轨位于横梁上,横粱可沿X导

轨滑动，从而产生笔架的X方向运动。笔架可沿着Y方向导轨滑动。把这两个方向的

运动组合起来,就能使绘图笔实现绘图所需要的运动。此外还有抬笔落笔机构。

•机械传动部分：把X和Y方向步进电机的转动,以及抬落笔电磁铁的吸放,转换成绘

图笔在X、KZ方向的运动，完成绘图动作。

7.5CRT显示器及其接口

•显示器：微型计算机的一种必不可少的输出设备,用户主要是通过键盘和显示器进

行人机对话来实现计算机操作,没有显示器用户无法进行工作

•显示器能将计算机的输出信息转换成各种直观的图形、图象和字符,程序、数据也

能在屏幕上显示出来。

•优点：速度快、无噪音、无机械磨损、直观形象、方便可靠等

•显示器的种类很多,按使用的显示器件不同,主要分为两大类：一类是阴极射线管

显示器,简称为CRT显示器;另一类是平板显示器,主要包括发光二极管显示器、

液晶显小器和等禺子体显小器等

5却“Ufi/wmiyCfu/iti

计算机显示结构

•计算机的输出显示包括显示适配器和显示器。

•显示适配器：包括显示控制器(MC6845CRTC),字符发生器(ROM),显示存储器

(RAM),定时器,并/串转换,彩色编码器等。

•显示方式：字符显示方式、图形显示方式

主

显显

示

适

配示

部

机器

Jf却“Cfu/iti

显示器的分类

•按输入信号分:复合输入信号、数字彩色信号(16色)、模拟彩色信号(8bit-32

bit)

•按显像管分:单色显示器、彩色显示器

•按显示原理分：阴极射线管显示器CRT、液晶显示器LCD、电致发光显示器EL、

等离子体显示器PDP

•坟业不八刀・

•MDA单色显示器

•CGA彩色显示器,字符40X25、5X7、7X9,图形320X200彩色16

•EGA彩色显示器,字符80X25、8X14,图形640X350,彩色16

•VGA彩色显示器,字符80X25、11X14,图形640X480,彩色256

•SVGA彩色显示器/字符80X25,图形800X600、1024X760、1220X1024、

1600X1200

,多频显小器

5却“Ufi/wmiyCfu/iti

显示器的工作原理

•组成：视频放大驱动电路、行扫描电路、场扫描电路、高压电路、CRT显象管以及

机内直流电源等六大部分,

・在图752中,视频放大驱动电路将主机经显示卡送来的视频信号放大驱动后,送到

CRT显象管的阴极，产生电子束轰击屏幕而出现光点。由显示卡送来的水平（行）

同步信号与垂直（场）同步信号,分别经行扫描电路和场扫描电路，为CRT显象管

的水平（行）偏转线圈和垂直（场）偏转线圈提供具有一定幅度和线性良好的锯齿

波电流,产生垂直方向和水平方向的偏转磁场,控制电子束在水平或垂直方向偏转,

形成扫描光栅。

电子束

荧

光

屏

灯栅聚

丝极焦八

|n］压电路

高压阳极

一敷心5,2」CRT显示器组成框图

光栅扫描

•电子束首先出现在屏幕的左上角,再扫至右上角,这样在屏幕上就留下一条线。这条

线就称为光栅线。

•当电子束到达屏幕右边后,它又以极高的速度重新定位到屏幕左边,这样在第一条轨

迹的下面又出现一条线，叫水平回扫。

•从这点开始经水平扫描又在屏幕上产生了第二条显示线。这个扫描过程一直持续到水

平扫描到达屏幕底部，此时一帧画面扫描完毕。

•最后,电子束又以极高的速度回扫到屏幕左上角,称为垂直回扫。

•扫描原理如图753所示。在水平回扫和垂直回扫的过程中，要对电子束进行抑制（消

隐）,使回扫线不在屏幕上显示出来。于是在屏幕上就出现了一条条水平的光栅扫描

线

水平正程

水平回扫

、、垂直回扫

垂直正程

5”卜”图3d光栅扫描原理

正常显示字符

J-1_____I-L

_rn_____

_r~ii-L

*l~b

-m_____i_L

_____i_L

Ji却“UiMvw训yCfun^

字符显示控制逻辑

并

串

行

转

换

10.8864MHz

行计数

1/36

5却“Ufi/wmiyCfu/iti

CRT显示字符的产生

CRT显不接口-一般都有显示存储器VRAM,显示存贮器的内容和CRT显不㈣面是相

互对应的。

•首先,CPU把要在屏幕上显示的内容存入显示存贮器,

・然后在CRT控制器的控制下,不断从显示存储器中读出已存入的信息,

•西务该信息转换成所需的视频信号，送到CRT的阴极去控制电子束,以便在CRT上

显示稳定的字符和图象。

­字符缓冲器和属性存贮区是显示存储器的两个组成部分。

­字符缓冲器中存放字符的ASCH码，属性存贮区存放对应字符的显示特征。来自系

统总线的显示数据包括两个字节,一个字节是字符的ASCII码,一个字节是其属性

码，表示闪烁、高亮度和反显等显示特征。这两个字节的数据分别对应送入字符缓

冲器和属性存贮区。

•字符是以点阵的形式显示在屏幕上的。为了把显示存储器VRAM中输出的一个字节

的ASCII码变换成相应的点阵字符形式,通常使用字符发生器来进行变换。

­字符发生器送出的点必须以串行方式、并以视频信号的形式送到CRT的阴极。通常,

视频信号由四种信号组成,即：代表字符或图像的点、光标、水平同步信号和垂直

同步信号。

5却“Ufi/wmiyCfu/iti

单色显示器结构

H

1/

Ji却“Cfu/iti

CRT控制器

•CRT控制器（简称CRTC）是单色适配器的核心部件,典型CRT控制器有8275和

MC6845。

・MC6845CRT控制器是可编程的画面显示控制芯片,可用作执行光栅扫描和存贮变

换控制功能的显示器接口。

・MC6845产生显示器扫描控制信号、显示缓冲区地址和字符发生器ROM地址。扫描

控制信号包括垂直同步信号和水平信号。显示缓冲区地址由MC6845中的线性地址

发生器产生。字符发生器地址由列控制逻辑产生。

•MC6845是可编程接口芯片,其可编程内容包括指定每个字符的点阵和光栅数,每

行字符数、光标的形式等。

5却“Ufi/wmiyCfu/iti

MC6845的内部结构

•MC6845芯片内有19个寄存器，分别保存上述控制参数。MC6845的19个寄存器

分为两类:1个地址寄存器和18个数据寄存器。

•由于MC6845采用寄存器间接寻址方式,所以在访问18个数据寄存器之前,必须向

地址寄存器输入其编号00H〜11H。

水平地址寄存器

控制器译码器

水平控制

垂直寄存器R0-R3

控制器

垂直控制

寄存器R4-R7

线性地址光笔光标等

寄存器R8-

R17

Ji却“Cfu/iti

器

存

寄

MC6845的

）

数

在符

字

行

一

）

示

64H-100

数

显

（

符

器

字

存

扫

寄

回

+

示

示

显

显

平

（

器

水