第12章 人机交互设备及其接口 12.1 键盘及其接口 12.2 鼠标器及其接口 12.3 CRT显示器及其接口 12.4 打印机及其接口 12.5 其它人机交互设备

12.1 键盘及其接 12.1.1 键盘的工作原理 12.1.2 微机键盘及键盘接口 返 回

12.1.1 键盘的工作原理 1．键盘的类型 2．键盘的功能 3．键盘的工作原理 返 回

1．键盘的类型 （1）编码键盘。 （2）非编码键盘。 键盘内部能自动检测被按下的键，并提供与被按键功能对应的键码（如ASCII码），以并行或串行方式送给CPU。 （2）非编码键盘。 只简单地提供按键的行列位置（位置码或扫描码），而按键的识别和键码的确定与输入等功能均由软件完成。 返 回

2．键盘的功能 （1）识别键盘矩阵中的被按键； （2）清除按键时产生的抖动干扰； （3）防止按键操作的串键错误； （4）产生被按键相应的键码。 返 回

3．键盘的工作原理 逐行扫描法 行列扫描法 由程序对键盘进行逐行扫描，通过检测到的列输出状态来确定闭合键。 需要设置输入口、输出口各一个。 通过行列颠倒扫描来识别闭合键。在扫描每一行时，读列线；然后依次向列线扫描输出，读行线。 需要提供两个可编程的双向输入/输出端口。 返 回

例8-1 假定有一个3×4的矩阵键盘通过并行接口芯片8255A与微机相连。8255A的A口定义为输出口，与键盘行线相连；B口定义为输入口，与键盘列线相连。设8255A A口地址为40H，B口地址为41H，控制寄存器地址为43H。 MOV AL，82H OUT 43H，AL BEGIN：MOV AL，0 OUT 40H，AL WAIT ： IN AL，41H AND AL，0FH CMP AL，0FH JZ WAIT MOV CX，7FFH L0： LOOP L0 ST： MOV BL，3 MOV BH，4 MOV AL，0FEH MOV CL，0FH MOV CH，0FFH L1： OUT 40H，AL ROL AL MOV AH，AL IN AL，41H AND AL，CL CMP AL，CL JNZ L2 ADD CH，BH MOV AL，AH DEC BL JNZ L1 JMP BEGIN L2： INC CH RCR AL JC L2 MOV AL，CH JMP KEYTABLE CPU 8255A PA0 PA1 PA2 PB0 PB1 PB2 PB3 列0 列1 列2 列3 行1 行0 行2 图12-1 非编码键盘接口硬件框图 返 回

12.1.2 微机键盘及键盘接口 1．PC微机键盘的特点 2．键盘控制电路 3．键盘接口电路 4．PC机键盘接口标准 返 回

1．PC微机键盘的特点 （1）键盘由单片机、译码器和16行×8列的键开关矩阵三大部分组成。 （2）按键采用电容开关，即按键时的上下动作使电容量发生变化，从而实现开关接通或断开的目的。 （3）它是一种由单片机扫描、编码的智能化键盘。 （4）键盘通常通过设在主板上的键盘接口连到主机上，人们通过键盘输入的数据是在主机的BIOS程序的控制下，传送到主机的CPU中进行处理的。 返 回

2．键盘控制电路 图12-2 PC/XT键盘与接口框图 返 回 IRQ1 时钟发生器 PCLK 中断请求 C D 移位寄存器 行 检测器 译 码 时钟发生器 移位寄存器 列译码 键盘矩阵 16行×8列 中断请求 C D PCLK CLOCK CLK DATA D1 图12-2 PC/XT键盘与接口框图 输出 T1 8048 返 回

3．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，转换成并行数据并暂存 （2）收到一个完整的扫描码后，立即向主机发中断请求 （3）主机中断响应后读取扫描码，并转换成相应的ASCII码存入键盘缓冲区 （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的正确性 返 回

4．PC机键盘接口标准 5芯接口（即俗称大口） PS/2接口（即俗称小口） USB接口 返 回

12.2 鼠标器及其接口 12.2.1 鼠标器的工作原理 12.2.2 鼠标器接口 返 回

12.2.1 鼠标器的工作原理 1．机械式鼠标 2．光电式鼠标 3．光机式鼠标 由鼠标底部的胶质小球带动X方向滚轴和Y方向滚轴，在滚轴的末端有译码轮，译码轮附有金属导电片与电刷直接接触。 2．光电式鼠标 光电式鼠标是利用发光二极管（LED）发出来的光投射到鼠标板上，其反射光经过光学透镜聚焦投射到光敏管上。 3．光机式鼠标 光机鼠标在机械鼠标的基础上，将磨损最厉害的接触式电刷和译码轮改进成为非接触式的LED对射光路元件。 返 回

12.2.2 鼠标器接口 1．串行接口 2．专用主板鼠标器端口（PS/2） 3．USB接口 返 回

12.3 CRT显示器及其接口 12.3.1 CRT显示器的工作原理 12.3.2 CRT显示器接口 返 回

12.3.1 CRT显示器的工作原理 返 回 图12-3 彩色显示器的基本结构框图 显 示 适 配 卡 信号 处理 视频放大 驱动电路 14 图12-3 彩色显示器的基本结构框图 显 示 适 配 卡 信号 处理 视频放大 驱动电路 14 1 2 3 R G B 荧光屏 电子束 荫罩板 高压电路 行扫描电路 水平同步信号 垂直同步信号 帧扫描电路 偏转线圈 5 13 图12-5 5×7字符点阵 全帧开始 全帧结束 水平扫描正程（显示） 水平扫描逆程（消隐） 第1行 第2行 第3行 第4行 第n-1行 第n行 n ， 1-1 2 3 4 n-1 垂直逆程（消隐） 图12-4 光栅扫描示意图 返 回

12.3.2 CRT显示器接口 1．字符发生器 2．显示存储器RAM 3．CRT控制器 4．移位寄存器和视频信号合成器 返 回 显示 RAM 锁 存 器 CRT 视频 AB 图12-6 CRT接口电路原理图 地址 多路 转换器 控 制 移 位 寄 字 符 发 生 视频信号 合成器 信号 CB DB 系 统 总 线 行 地 址 字符 消 隐 选 垂 直 同 步 打 点 时 钟 水 平 3 1．字符发生器 2．显示存储器RAM 3．CRT控制器 4．移位寄存器和视频信号合成器 返 回

1．字符发生器 例12-3 字符“B”的ASCII码是42H，它的5×7点阵与输入/输出的关系如图12-8所示。 线选地址 RS2 RS1 RS0 0 0 1 0 1 0 输 出 码 O4 O3 O2 O1 O0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 5×7点阵 图12-8 字符发生器中“B”与输入/输出的关系 输 出 缓 冲 器 A9 A8 A3 O4 O3 O2 O1 O0 字 符 选 择 译 码 RS2 RS1 RS0 1 A2 A1 A0 线 代 128×5×7字符ROM 相当于ROM 的低位地址 127 7 ASCII码 图12-7 字符发生器内部结构图 线选地址 相当于 ROM的 高位地址 例12-3 字符“B”的ASCII码是42H，它的5×7点阵与输入/输出的关系如图12-8所示。 线选地址为000H时，没有数码的点阵被选中，5位输出都为0，可作为字符行之间的间隔提供空格。

2．显示存储器RAM 图12-9 屏幕上字符位置分配 图12-10 显示RAM和显示屏的映像关系 49H 42H 4DH 44H 4EH 1 2 1919 1918 1917 显示RAM 80 81 158 159 1760 1839 1840 1919 0 1 78 79 22 23 行 列 0 1 78 79 79 IBM END 显示屏 图12-9 屏幕上字符位置分配 图12-10 显示RAM和显示屏的映像关系

3．CRT控制器 （1）提供读显示RAM的扫描地址和屏幕显示的扫描地址 （2）提供时序控制信号 水平同步、垂直同步及消隐信号 锁存器的锁存信号 移位寄存器的串行移位信号

4．移位寄存器和视频信号合成器 移位寄存器 视频信号合成器 在打点时钟控制下，把从字符发生器并行输出的线代码变成串行形式送往视频输出电路。 将字符图形信息与水平同步、垂直同步、消隐三种信号合成为一种复合信息流，即视频信号。 返 回

12.4 打印机及其接口 12.4.1 打印机工作原理 12.4.2 打印机接口 返 回

12.4.1 打印机工作原理 1．针式打印机 2．喷墨打印机 3．激光打印机 返 回

1. 针式打印机 针式打印机是以行列点阵的形式来打印字符或图形的，所以也叫点阵式打印机 返 回 图12-11 针式打印机控制原理图 接口 1. 针式打印机 针式打印机是以行列点阵的形式来打印字符或图形的，所以也叫点阵式打印机 接口 控制 电路 数 据 线 选通 响应 忙 时序控制逻辑 列计数器 驱动 字符 发生器 （ROM） 打印行 缓冲器 （RAM） 代码 图12-11 针式打印机控制原理图 字符点阵列 信号 输入控制 至走纸机构 打印头车架 地址 计数器 驱动打印针头 返 回

2．喷墨打印机 （1）连续式喷墨打印机 （2）随机式喷墨打印机 连续式喷墨打印机只有一个喷嘴，利用墨水泵对墨水加以固定压力，使之连续不断地喷射。 （2）随机式喷墨打印机 墨滴只在需要打印时才喷出，因此，不需要墨水回收装置。 返 回

3．激光打印机 图12-12 激光打印机的工作原理图 返 回 静 激光器 激光束 调制驱动电路 纸输出 纸输入 偏转 装置 电子成像 图12-12 激光打印机的工作原理图 偏转 装置 电子成像 辐射定影 红外线热 静电潜像 感光鼓 返 回

12.4.2 打印机接口 1．并行打印机接口标准 （1）信号线的定义 （2）数据传送时序 2．并行接口逻辑及编程应用 返 回

（1）信号线的定义 表12-1 Centronics标准接口信号说明 返 回 信号 名称 方向 功能说明 信号 名称 方向 功能说明 DATA0～DATA7 数据 入 8位并行数据，高电平表示1，低电平表示0 STROBE 选通脉冲 入 低电平时将数据送入打印机接口，脉冲宽度大于0.5μs SLCT IN 选择输入 入 低电平有效，表示数据可输入打印机 AUTO REED XT 自动走纸 入 低电平有效，打印完一行后自动走纸 INIT 初始化命令 入 低电平有效，初始化打印机控制器和数据缓冲区 ACKNLG 应答 出 低电平有效，表示打印机已收到数据 高电平有效，表示打印机不能接收新的数据。当打印机 BUSY 忙碌 出 处于打印状态，或者数据缓冲区满，或者脱机，或者有 故障时，发BUSY信号 PE 纸用完 出 高电平有效，表示无打印纸 SLCT 选择状态 出 高电平表示联机状态，低电平表示脱机状态 ERROR 出错 出 当打印机处于出错、脱机或缺纸状态时，该信号变为低电 平 表12-1 Centronics标准接口信号说明 GND 地 出 返 回

（2）数据传送时序 图12-13 并行打印机接口数据传送时序 返 回 DATA0～DATA7 有效 接口 STOBE BUSY 打印机 ACK 有效 接口 打印机 图12-13 并行打印机接口数据传送时序 返 回

2．并行接口逻辑及编程应用 D7～D0 数 据 数据寄存器 缓 25脚 冲 D型 插座 控制寄存器 AEN 命 A7～A0 令 译 图12-14 并行接口逻辑框图 D7～D0 A7～A0 AEN IOR IOW IRQ INTE 状态寄存器 控制寄存器 数据寄存器 25脚 D型 插座 命 令 译 码 器 数 据 缓 冲 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 IRQEN SLCTIN INIT AUTOLF STOBE 含义同表12-1的同名信号 BUSY ACK PE SLCT ERROR

例12-4 设3个端口的地址分别为数据口378H，状态口379H，控制口37AH。试对3个端口编程，实现将AL的字符送打印机输出。 返 回 MOV DX，0378H OUT DX，AL ；将打印字符送数据口 INC DX WAIT： IN AL，DX ；读状态 TEST AL，80H ；检测BUSY位 JNZ N-OUT ；不忙则输出选通 JMP WAIT ； 忙则等待 N-OUT：MOV AL ，0DH OUT DX，AL MOV AL，0CH OUT DX，AL ；在控制口写入，使选通有效 返 回

12.5 其它人机交互设备 12.5.1 液晶显示器 12.5.2 扫描仪 12.5.3 触摸屏 12.5.4 数码相机 返 回

12.5.1 液晶显示器 图12-17 扭曲向列型LCD的基本结构 1．液晶显示器概述 2．液晶显示器的工作原理 返 回 液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）液晶材料为基本组件。 晶体可以排列为扭曲的形式，使得通过它的光线也随之扭曲； 有电流通过时，晶体会改变排列方式。 2．液晶显示器的工作原理 图12-17 扭曲向列型LCD的基本结构 段电极 背电极 下偏振片 上偏振片 玻璃 反射板 返 回

12.5.2 扫描仪 1．扫描仪概述 2．扫描仪工作原理 图12-18 平台式CCD扫描仪的原理图 返 回 扫描原稿 平板玻璃 平行光 A/D 步进电机 控制电路 USB 主 机 I/O 感光器件 扫描头 平板玻璃 扫描原稿 平行光 平行光源 图12-18 平台式CCD扫描仪的原理图 返 回

12.5.3 触摸屏 1．触摸屏概述 2．触摸屏的工作原理 （1）红外线触摸屏 （2）电阻式触摸屏 （3）电容式触摸屏 （4）声表面波式触摸屏 返 回

12.5.4 数码相机 1．数码相机的原理 2．数码相机的输出 3．数码相机的特点 （1）分辨率较低 （2）拍照有延迟 （3）存储介质多样 （4）照片可直接送到计算机处理 返 回