人机交互接口课件

人-机交互接口9.1输入设备接口9.2输出设备接口9.3磁盘存储器接口9.1输入设备接口9.1.1非编码键盘接口9.1.2PC机键盘接口9.1.3鼠标接口9.1.1非编码键盘接口◆微机键盘有两种类型。 编码键盘：用硬件检测按键，以并行或串行方式给CPU提供与按键对应的键码。编码键盘接口简单，使用方便，但价格较高。通用微机系统一般都使用它。 非编码键盘：只提供键盘行、列的位置值，靠软件完成按键识别和键值的确定。非编码键盘是最便宜的微机输入设备。单片机、工业控制计算机一般都使用它。◆非编码键盘的键盘通常以i×j的矩阵形式排列按键。非编码键盘接口对按键的识别和键码的产生，一般通过软、硬件结合来完成，有行扫描法和线反转法两种方法。 非编码键盘的行扫描法和线反转法◆行扫描法 行扫描法首先通过程序向键盘的所有行逐行输出低电平（逐行扫描），若无按键闭合，则所有列的输出均为高电平；若有一个按键闭合，就会将所在的列钳位在低电平，再通过程序读入列的状态，判断是哪一个按键闭合了。然后根据按键所在的行、列位置找到该键的编码。行扫描法的行线为输出端口、列线为输入端口。◆线反转法 线反转法的第一步，通过程序先向所有的行输出低电平，然后读入所有列的状态，若读入的列状态全部为高电平，说明没有键按下；若读入的列中有一个为低电平，其余为高电平，说明为低电平的那一列有按键按下。第二步，行、列颠倒，即先向所有的列输出低电平，然后读入所有行的状态。同理，可以判断出是哪一行有按键按下。通过两次扫描就可以知道是哪行、哪列的按键闭合了，由此可以得到该键的编码。 线反转法的行线、列线均为双向端口。

非编码键盘接口电路例PA0PA1PA2PA3PA48255PB0PB1PB2PB3D7~D0CS(90H~93H)0行1行2行3行4行0列3列2列1列+5V9.1.2PC机键盘接口◆IBMPC系列微机的键盘介于编码键盘和非编码键盘两者之间。◆

PC机键盘接口使用一片Intel8048（或8049）单片机，自动识别按键的闭合与释放，生成相应的行、列位置扫描码，串行传送给主机。 ⑴有20个键扫描码的缓冲和出错的自动重发能力（具有编码键盘的绝大部分特征）。 ⑵尽管PC机键盘功能很强，但向主机提供的毕竟只是按键的行、列位置码，而反映键定义的键码是由8088CPU用软件完成的（具备非编码键盘的特征）。◆PC机键盘工作过程： 当在键盘上按下一个键时，键盘向键盘接口电路发串行扫描码； 键盘接口把串行扫描码转换成并行的系统扫描码，存入接口的输出缓冲器；然后通过8259的IR1，向主机发中断请求； 主机调用IR1中断INT09H中断处理程序，读取键盘接口传送的系统扫描码，并转换成字符的ASCII码，或者是命令键/组合功能键的扩 展码，存入BIOS的键盘缓冲区。PC机键盘接口电路PCLK1PCLK2RST54321五芯插座+5V键盘数据键盘时钟VccVddD7~D0SSPROGEA

Vss

TEST1

P27TEST0（8042）P26

XTAL1

XTAL2

RESET键盘控制器RDWRCS

A0P14P15P16P17P20P21P24IORIOWCS

A2RAM/SEL跨接器开关显示器类型开关键盘锁定开关系统复位A20选通输出缓冲器满9.1.3鼠标接口◆鼠标器是以计算机屏幕信息作为对象进行选取操作和执行命令的，使用频率最高的一种输入部件。◆鼠标器从工作原理上分，有机械式、光电式两种。机械式鼠标基座安装有一个圆球，当鼠标器在平面移动时，圆球在转动过程中带动X，Y方向的计数盘转动，从而向计算机发出X，Y方向的位移坐标：光电式鼠标基座安装有两对发光和光电接收晶体管，鼠标必须在一个特殊的网格垫上移动，光电接收管计数鼠标移动的网格数，从而获得X，Y方向的位移信息，送给计算机。鼠标器还可以从接口上分，有MS串行鼠标器、PS/2鼠标器、总线式鼠标器。◆MS鼠标器没有专门的电源，直接使用RS-232C信号线提供的电平作电源；通信使用TxD，RxD，RTS，DTR等信号线。对于MS鼠标器的异步串行通信参数为：1200波特率、7位数据位、无奇偶校验位、1位停止位。MS鼠标器用3个字节描述X，Y的位移等信息， 其中，3个字节的D7位任意，D6位为标志位，LB为1表示鼠标 左键按下，RB为0表示鼠标右键按下。9.2输出设备接口

9.2.1LED数字显示器接口9.2.2CRT显示器和显示适配器9.2.3针式打印机接口9.2.1LED数字显示器接口

1.LED数码管工作原理

用七段发光二极管组成的LED（LightEmittingDiode），是一种16进制数0~9和A~F的显示器件，也称为数码管。

LED显示不同字形需点亮不同组合的显示段（a，b，c，d，e，f，g段），7个显示段亮、灭不同组合的编码称为对应字形的显示段码。

LED数码管的结构形式：(a)七段式LED器件(b)共阳极LED(c)共阴极LEDabcdefgdpabcdefgdp+5Vabcdefgdp9.2.1LED数字显示器接口

2.多位LED显示器接口┆……D2~D0ab┆┆dp┆┆D7~D0PORTAPORTBB7B6B0位码锁存器段码锁存器段码驱动器位码译码器(3-8)………9.2.2CRT显示器和显示适配器

1.CRT视频显示标准

阴极射线管（CRT，CathodeRayTube）显示器，通常和键盘一起总称为计算机终端。CRT和视频标准涉及到以下概念： ◆像素：像素是屏幕显示（按像素点扫描）的最小单位。像素点的排列组成字符/图像。◆分辨率：分辨率是屏幕每行每列的像素点数，用水平点数×垂直点数表示。◆点距（栅距）：点距是指荫罩型显示器屏幕上点的距离，栅距是指光栅型显示器屏幕上光栅的距离。点距（栅距）越小越清晰，其数值取决于所采用的显像管。9.2.2CRT显示器和显示适配器

1.CRT视频显示标准

◆点时钟：点时钟决定光点出现的速率，也是显像管所能承受的电子束最大开关速度。

◆ 水平扫描频率：水平扫描频率是指一秒钟扫描的行数，也称为行频，用点时钟（频率）除以水平分辨率（即水平点数）来表示。◆ 垂直扫描频率：垂直扫描频率是指一秒钟刷新屏幕的次数，也称为刷新频率/帧频/场频，用水平扫描频率除以垂直分辨率（即垂直点数）来表示。◆

色彩数：色彩数是指每个像素点可具有的色彩数目，也称为色分辨率。

9.2.2CRT显示器和显示适配器

2.CRT显示器结构加亮驱动高压整流帧扫描电路行扫描电路HSYNC水平同步信号VSYNC垂直同步信号345689放大驱动放大驱动放大驱动RGBI9针插座栅极加速极高压极聚焦极V1V2V3荧光屏垂直偏转线圈水平偏转线圈阴极9.2.2CRT显示器和显示适配器

3.CRT显示适配器（显示卡）PC微机的CRT显示器一般采用9芯，或15芯D形插座与CRT显示器接口，即显示适配器（显示卡，）连接，CRT显示卡通过串行或并行通信接口与主机连接。所以，显示卡是主机与显示器之间的专用接口电路，其功能是接收来自主机的显示数据/图形，将其转变为视频信号送到CRT显示器显示。显示卡早期直接做在主板上，如今大多为一块独立的模板插在主机箱标准插槽中。显示卡插件板按视频接口标准分类，可分为ISA，VESA，PCI和AGP等总线形式。显示卡是以CRT控制器专用接口芯片为核心，辅以其他器件组成的CRT显示器接口电路。以VGA显示卡为例VGA显示卡结构主机串行接口串行接口CRT接口CPU(8位)时序发生器视频BIOSROM图形控制器字符发生器水平同步信号垂直同步信号视频信号CRT显示器移位寄存器属性控制器数字/模拟转换DAC显示缓冲区CRT控制器VGA显示卡由图形控制器、显示缓冲区、字符发生器、移位寄存器、属性控制器、数字/模拟信号转换（DAC）、CRT控制器（CRTC）、时序发生器、视频BIOS等部分组成。

9.2.2CRT显示器和显示适配器

4.图形加速显示卡

图形加速卡不仅集成了显示卡所有功能，还具有各种动态视频功能，实际是一个用于图像处理和显示的微机系统，其结构特点：◆最重要的是把图形控制器换成了图形加速芯片。具有智能性控制和图形处理功能。◆图形加速卡采用了新型视频接口标准——AGP板卡总线。AGP总线是PCI总线的扩充，总线宽度为32位/64位/128位，时钟频率为66MHz/133MHz，最大数据传输率达到264MB/s~1056MB/s，比PCI总线快8倍。这些新设计使得各部件之间的数据吞吐量大大增加，比传统的显示速度提高了4倍以上。◆图形加速卡有专用视频加速电路，提高了动态影像的解压缩速率。◆图形加速卡的DAC有高速转换加速器，使模拟信号输出速率 增加。

9.2.3针式打印机接口

1.针式打印机结构

地址计数器列计数器打印时序控制逻辑至走纸机构打印回车接口电路输入控制逻辑打印行缓冲器字符发生器驱动器至打印头回车换行制表符等打印ASCII数据选通信号回答信号忙信号ASCII9.2.3针式打印机接口

2.针式打印机工作过程◆当打印机处于初始状态，或打印任务完成，行缓冲器中没有要打印的数据，打印头在打印台架最左端，打印机输出“非忙”信号。主机输出打印数据时，首先查询打印机忙状态。“非忙”且选通信号有效时，打印数据被送入打印机接口的数据寄存器。◆打印机接收的数据有两大类：一类是可打印数据（ASCII码或图形位码），另一类是打印控制命令。打印机输入控制逻辑电路判断输入数据是打印数据还是控制命令，分别处理。◆当接收到一行打印数据，或者是行缓冲器满，由输入控制逻辑电路发出“忙”信号，然后打印机开始打印行缓冲器中的数据。◆打印是在时序电路的控制下，按行缓冲器地址把打印行缓冲器中的点阵数据取出，根据当前打印头所处的列位置，发送到驱动电路，控制打印针动作。经过若干列打印针动作之后，一个数据打印完成，行缓冲器地址计数器加1，再取下一个数据打印，时序电路同步地控制打印头自左向右运动。在一行数据打印完成之后，控制走纸 一行。◆ 当打印头回到打印台架最左端时，发出“非忙”信号。9.2.3针式打印机接口

3.并行打印接口标准

并行打印机通常都采用Centronics并行打印接口标准（36芯插座）。Centronics标准最主要的是8位并行数据线DATA1~DATA8，2根联络信号线STROBE，ACK和1根“忙”状态线BUSY。Centronics标准打印机接口的硬件一般采用可编程并行接口，其软件设计有程序查询方式和中断方式两种方案。打印机接口必须满足以下基本要求：⑴提供一个并行输出数据端口，通过它向打印机输出要打印的数据；⑵提供对打印机的选通信号STROBE

；⑶接收来自打印机的响应信号ACK

，或者忙信号BUSY，供CPU查询/检测，或者是由此产生向CPU申请中断的请求信号。9.2.3针式打印机接口

4.PC/XT打印机适配板复位数据收发器命令译码器D7~D0数据方向地址选择IOWIORALE读数据写数据读状态读控制写控制输入数据缓冲器输出数据锁存器状态寄存器控制状态寄存器数据状态信号控制信号825芯D型插座5控制锁存器集电极驱动器59.3磁盘存储器接口

磁盘有软磁盘和硬磁盘两种类型。它们相比较，主要有以下特点：⑴硬磁盘片采用铝合金制成，比较坚硬，而软磁盘片由聚脂塑料制成，比较柔软，故有软盘、硬盘之分。⑵为了不损伤盘片，硬磁盘一般使用浮动磁头读/写，浮动间隙一般小于1微米至几微米之间，而软磁盘采用接触式读/写。⑶为了使磁头浮动起来，硬磁盘驱动器的主轴转速比较高，一般以2400~3600r/min，而软磁盘驱动器的主轴转速一般为300r/min。⑷硬磁盘的存储容量大，在几千MB以上，而软磁盘一般只有几MB。

9.3.1软磁盘接口 9.3.2硬磁盘接口9.3.1软磁盘接口

1.软磁盘片

◆按信息记录密度，软磁盘片可分为单密度和双密度，还可分为单面型和双面型。◆软磁盘的记录格式有磁道、道密度、位密度、扇区等术语。◆软磁盘划分扇区有两种方法：软分区和硬分区。采用硬分区时，在软磁盘上每一个扇区开始处冲一个孔，因此，每个扇区是用一个扇区脉冲来启动的。软分区由软件来划分扇区，每个磁道从检索脉冲开始，每个扇区的开始使用独特的标识符。◆每个磁道有四种间隔符。间隔1在每个磁道的开始处出现，称为索引间隔。间隔2称为标识符间隔，使扇区的标识符与数据字段分开。间隔3是数据段与下一扇区之间的间隔。间隔4在磁道上只出现一次，称为无索引间隔，它出现在磁道的末端与索引孔之间。9.3.1软磁盘接口

2.软磁盘驱动器（FDD）◆软磁盘驱动器（FDD）一般由磁头选择电路、驱动器状态检测电路、主轴恒速驱动电路、磁头寻道定位控制电路、写入和抹除电路、读出电路等组成。◆FDD实现了以下基本功能： ⑴判别软盘控制器（FDC）发出的各种控制信号； ⑵检测并产生相应的状态信号，反馈给软盘控制器； ⑶按控制信号要求，实现磁头定位； ⑷对软磁盘进行读/写操作。◆软盘驱动器（FDD）和软盘控制器（FDC）之间的主要信号： 启动电机信号、驱动器选择信号、磁头步进方向信号、磁头步进信号、磁头选择信号、写选通信号、写数据信号、读数据信号、索引 信号（状态信号）、零磁道信号（状态信号）、写保护信号 （状态信号）。9.3.1软磁盘接口

3.软磁盘控制器（FDC

）◆软磁盘控制器（FDC）是主机与软磁盘驱动器（FDD）之间的接口设备。它可以解释来自主机的命令，向FDD发出控制信号，同时可随时检测FDD的状态，并可按规定的格式将数据写入FDD，或从FDD读出数据。◆FDC一般具有以下功能：⑴

能接收主机发来的命令（如，加载、寻道、读、写等），对命令进行译码，按照命令要求发出具体控制信号给软磁盘驱动器（FDD）。⑵

监测软磁盘机有关状态，并通知主机（如，零磁道、写保护等）。⑶

对主机存取的数据进行处理。写入时，并行数据转换成串行数据并按规定方式进行编码；读出时，对读出数据序列解码，并把串行数据转换成并行数据。⑷对软磁盘进行格式化。FDC和FDD的工作过程◆FDC根据主机命令，向FDD发出驱动器选择信号和启动电机信号。◆插入盘片，关闭驱动器门，盘片将随主轴以300转/秒恒速转动。FDD向FDC发送3个状态（索引、零磁道和写保护）信号。◆FDC根据零磁道信号发出寻道检测命令。当寻道检测无误，FDC转入读操作。◆FDC检测到写保护信号为“假”时，允许执行写操作。FDC发出写选通信号，经写门转变成“写允许”信号，提供给FDD进行以下控制： ⑴切断读电路与读/写磁头线圈的通路； ⑵将+12V电压加到读/写磁头线圈，作为产生写电流的电源； ⑶选通写电路中的恒流源开关，释放写电路中的写触发器； ⑷经延迟后，送抹磁头线圈一端，以产生抹电流。 同时，写电路把FDC发出的写数据信号转换成相应的写电流，通过磁头写到磁盘上。写入的数据信息，再经读出，并与原写入数 据信息比较，若无误，则写操作完成。9.3.2硬磁盘接口

1.硬磁盘驱动器（HDD）的基本结构◆硬磁盘驱动器（HDD，HardDiskDriver）是一种电子机械装置，既有精密的机械结构，又有复杂的控制电路。根据其结构和性能可分为固定头式、活动头固定盘式（常称为温盘）、活动头可换盘式三种。固定头式HDD的特点是数据存取时间短，但磁头数量多，结构复杂。活动头固定盘式HDD由于磁头数量减小，提高了磁道密度，固定盘片便于密封。活动头可换盘式HDD可以实现脱机存储，扩大其存储容量。◆HDD基本结构由主轴系统、数据转换系统、磁头驱动和定位系统、空气净化系统、接口电路五部分组成。9.3.2硬磁盘接口

2.硬磁盘驱动器（HDD）的工作过程◆HDD的写入工作过程：由硬磁盘控制器（HDC）送来的写入信息，通过接口送到写入电路，磁头选择电路选择要写入的磁头，磁头驱动和定位系统把该磁头定位在要写入的磁道位置，然后信息就写入到选定的盘面、磁道和扇区上。◆HDD的读出工作过程：由磁头选择电路选定磁头，磁头驱动和定位系统使之定位在要读出的磁道位置，然后由该磁头读出相应扇区的信息，通过读电路将读出信息进行放大、滤波、鉴零、整形以后，送到接口电路。

9.3.2硬磁盘接口

3.硬磁盘控制器（HDC）及其功能◆硬盘控制器（HDC）是主机与HDD之间的接口。由于磁盘与主机之间数据交换方式采用

DMA控制方式，