人機(jī)交互設(shè)備及其接口

1、機(jī)電工程系第第12章章 人機(jī)交互設(shè)備及其接口人機(jī)交互設(shè)備及其接口v12.1 鍵盤及其接口v12.2 鼠標(biāo)器及其接口v12.3 CRT顯示器及其接口v12.4 打印機(jī)及其接口v12.5 其它人機(jī)交互設(shè)備機(jī)電工程系12.1 鍵盤及其接鍵盤及其接v12.1.1 鍵盤的工作原理v12.1.2 微機(jī)鍵盤及鍵盤接口返返 回回機(jī)電工程系12.1.1 鍵盤的工作原理v1鍵盤的類型鍵盤的類型v2鍵盤的功能鍵盤的功能v3鍵盤的工作原理鍵盤的工作原理返返 回回機(jī)電工程系v （1）編碼鍵盤。 鍵盤內(nèi)部能自動(dòng)檢測(cè)被按下的鍵，并提供與被按鍵功能對(duì)應(yīng)的鍵碼（如ASCII碼），以并行或串行方式送給CPU。v （2）非編碼鍵盤

2、。 只簡(jiǎn)單地提供按鍵的行列位置（位置碼或掃描碼），而按鍵的識(shí)別和鍵碼的確定與輸入等功能均由軟件完成。1鍵盤的類型返返 回回機(jī)電工程系2鍵盤的功能v（1）識(shí)別鍵盤矩陣中的被按鍵；v（2）清除按鍵時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)干擾；v（3）防止按鍵操作的串鍵錯(cuò)誤；v（4）產(chǎn)生被按鍵相應(yīng)的鍵碼。返返 回回機(jī)電工程系3鍵盤的工作原理v 逐行掃描法 由程序?qū)︽I盤進(jìn)行逐行掃描，通過(guò)檢測(cè)到的列輸出狀態(tài)來(lái)確定閉合鍵。 需要設(shè)置輸入口、輸出口各一個(gè)。v 行列掃描法 通過(guò)行列顛倒掃描來(lái)識(shí)別閉合鍵。在掃描每一行時(shí)，讀列線；然后依次向列線掃描輸出，讀行線。 需要提供兩個(gè)可編程的雙向輸入/輸出端口。返返 回回機(jī)電工程系例例8-1CPU8

3、255APA0PA1PA2PB0PB1PB2PB3列0 列1 列2 列3行1行0行2圖12-1 非編碼鍵盤接口硬件框圖vL1： OUT 40H，ALv ROL ALv MOV AH，ALv IN AL，41H v AND AL，CLv CMP AL，CL v JNZ L2 v ADD CH，BHv MOV AL，AHv DEC BLv JNZ L1v JMP BEGINvL2： INC CHv RCR ALv JC L2v MOV AL，CHv JMP KEYTABLEv假定有一個(gè)34的矩陣鍵盤通過(guò)并行接口芯片8255A與微機(jī)相連。8255A的A口定義為輸出口，與鍵盤行線相連；B口定義為輸入口

4、，與鍵盤列線相連。設(shè)8255A A口地址為40H，B口地址為41H，控制寄存器地址為43H。v MOV AL，82Hv OUT 43H，ALvBEGIN：MOV AL，0v OUT 40H，ALvWAIT : IN AL，41Hv AND AL，0FHv CMP AL，0FHv JZ WAITv MOV CX，7FFHv L0： LOOP L0v ST： MOV BL，3v MOV BH，4v MOV AL，0FEHv MOV CL，0FHv MOV CH，0FFH返返 回回機(jī)電工程系12.1.2 微機(jī)鍵盤及鍵盤接口微機(jī)鍵盤及鍵盤接口 1PC微機(jī)鍵盤的特點(diǎn) 2鍵盤控制電路 3鍵盤接口電路 4P

5、C機(jī)鍵盤接口標(biāo)準(zhǔn)返返 回回機(jī)電工程系1PC微機(jī)鍵盤的特點(diǎn)微機(jī)鍵盤的特點(diǎn)v （1）鍵盤由單片機(jī)、譯碼器和16行8列的鍵開(kāi)關(guān)矩陣三大部分組成。v （2）按鍵采用電容開(kāi)關(guān)，即按鍵時(shí)的上下動(dòng)作使電容量發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)的目的。v （3）它是一種由單片機(jī)掃描、編碼的智能化鍵盤。v （4）鍵盤通常通過(guò)設(shè)在主板上的鍵盤接口連到主機(jī)上，人們通過(guò)鍵盤輸入的數(shù)據(jù)是在主機(jī)的BIOS程序的控制下，傳送到主機(jī)的CPU中進(jìn)行處理的。返返 回回機(jī)電工程系2鍵盤控制電路鍵盤控制電路IRQ1檢檢測(cè)測(cè)器器行行譯譯碼碼時(shí)時(shí)鐘鐘發(fā)發(fā)生生器器移移位位寄寄存存器器列譯碼列譯碼鍵盤矩陣鍵盤矩陣16行行8列列 中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求

6、 C DPCLKCLOCK CLKDATA D1圖圖12-2 PC/XT鍵盤與接口框圖鍵盤與接口框圖輸出輸出 T1 8048返返 回回機(jī)電工程系3鍵盤接口電路鍵盤接口電路v （1）將串行接收鍵盤送來(lái)的接通掃描碼和斷開(kāi)掃描碼，轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)并暫存v （2）收到一個(gè)完整的掃描碼后，立即向主機(jī)發(fā)中斷請(qǐng)求v （3）主機(jī)中斷響應(yīng)后讀取掃描碼，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的ASCII碼存入鍵盤緩沖區(qū) v （4）接收主機(jī)發(fā)來(lái)的命令，傳送給鍵盤，并等候鍵盤的響應(yīng)，自檢時(shí)用以判斷鍵盤的正確性返返 回回機(jī)電工程系4PC機(jī)鍵盤接口標(biāo)準(zhǔn)機(jī)鍵盤接口標(biāo)準(zhǔn)v5芯接口（即俗稱大口）vPS/2接口（即俗稱小口）vUSB接口返返 回回機(jī)電工程系

7、12.2 鼠標(biāo)器及其接口鼠標(biāo)器及其接口v12.2.1 鼠標(biāo)器的工作原理v12.2.2 鼠標(biāo)器接口返返 回回機(jī)電工程系12.2.1 鼠標(biāo)器的工作原理鼠標(biāo)器的工作原理v 1機(jī)械式鼠標(biāo) 由鼠標(biāo)底部的膠質(zhì)小球帶動(dòng)X方向滾軸和Y方向滾軸，在滾軸的末端有譯碼輪，譯碼輪附有金屬導(dǎo)電片與電刷直接接觸。 v 2光電式鼠標(biāo) 光電式鼠標(biāo)是利用發(fā)光二極管（LED）發(fā)出來(lái)的光投射到鼠標(biāo)板上，其反射光經(jīng)過(guò)光學(xué)透鏡聚焦投射到光敏管上。 v 3光機(jī)式鼠標(biāo) 光機(jī)鼠標(biāo)在機(jī)械鼠標(biāo)的基礎(chǔ)上，將磨損最厲害的接觸式電刷和譯碼輪改進(jìn)成為非接觸式的LED對(duì)射光路元件。 返返 回回機(jī)電工程系12.2.2 鼠標(biāo)器接口鼠標(biāo)器接口 1串行接口 2專

8、用主板鼠標(biāo)器端口（PS/2） 3USB接口返返 回回機(jī)電工程系12.3 CRT顯示器及其接口顯示器及其接口v 12.3.1 CRT顯示器的工作原理v 12.3.2 CRT顯示器接口返返 回回機(jī)電工程系 12.3.1 CRT顯示器的工作原理顯示器的工作原理圖12-3 彩色顯示器的基本結(jié)構(gòu)框圖顯示適配卡 信號(hào)處理視頻放大驅(qū)動(dòng)電路14123RGB熒光屏電子束蔭罩板高壓電路行掃描電路水平同步信號(hào)垂直同步信號(hào)幀掃描電路偏轉(zhuǎn)線圈513全幀開(kāi)始全幀結(jié)束水平掃描正程（顯示）水平掃描逆程（消隱）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（消隱）圖12-4 光柵掃描示意圖圖1

9、2-5 57字符點(diǎn)陣返返 回回機(jī)電工程系12.3.2 CRT顯示器接口顯示器接口v 1字符發(fā)生器v 2顯示存儲(chǔ)器RAMv 3CRT控制器v 4移位寄存器和視頻信號(hào)合成器顯示RAM鎖存器CRT視頻AB圖12-6 CRT接口電路原理圖地址多路轉(zhuǎn)換器控制器移位寄存器字符發(fā)生器視頻信號(hào)合成器信號(hào)CBDB系統(tǒng)總線行地址字符地址消隱線選地址垂直同步打點(diǎn)時(shí)鐘水平同步鎖存控制3返返 回回機(jī)電工程系1字符發(fā)生器字符發(fā)生器v例12-3 字符“B”的ASCII碼是42H，它的57點(diǎn)陣與輸入/輸出的關(guān)系如圖12-8所示。v線選地址為000H時(shí)，沒(méi)有數(shù)碼的點(diǎn)陣被選中，5位輸出都為0，可作為字符行之間的間隔提供空格。 輸

10、出緩沖器A9A8A3O4O3O2O1O0字符選擇譯碼選擇譯碼RS2RS1RS01A2A1A01線代碼112857字符ROM相當(dāng)于ROM的低位地址01127017ASCII碼圖12-7 字符發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖線選地址相當(dāng)于ROM的 高位地址1ASCII碼42H線選地址RS2 RS1 RS00 0 10 1 0輸 出 碼O4 O3 O2 O1 O01 1 1 1 01 0 0 0 11 0 0 0 11 1 1 1 01 0 0 0 11 0 0 0 11 1 1 1 00 0 0 0 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 057點(diǎn)陣圖12-8 字符發(fā)生器中“B”與輸入/輸出的

11、關(guān)系機(jī)電工程系49H42H4DH44H4EH45H012191919181917顯示顯示RAM80 81 158 1591760 18391840 1919 0 1 78 790 1 22 23 行行 列列 0 1 78 79023079IBMEND顯示屏顯示屏圖圖12-9 屏幕上字符位置分配屏幕上字符位置分配 圖圖12-10 顯示顯示RAM和顯示屏的映像關(guān)系和顯示屏的映像關(guān)系2顯示存儲(chǔ)器顯示存儲(chǔ)器RAM機(jī)電工程系3CRT控制器控制器 （1）提供讀顯示RAM的掃描地址和屏幕顯示的掃描地址 （2）提供時(shí)序控制信號(hào) 水平同步、垂直同步及消隱信號(hào) 鎖存器的鎖存信號(hào) 移位寄存器的串行移位信號(hào)機(jī)電工程系

12、4移位寄存器和視頻信號(hào)合成器移位寄存器和視頻信號(hào)合成器v 移位寄存器 在打點(diǎn)時(shí)鐘控制下，把從字符發(fā)生器并行輸出的線代碼變成串行形式送往視頻輸出電路。 v 視頻信號(hào)合成器 將字符圖形信息與水平同步、垂直同步、消隱三種信號(hào)合成為一種復(fù)合信息流，即視頻信號(hào)。返返 回回機(jī)電工程系12.4 打印機(jī)及其接口打印機(jī)及其接口v 12.4.1 打印機(jī)工作原理v 12.4.2 打印機(jī)接口返返 回回機(jī)電工程系12.4.1 打印機(jī)工作原理打印機(jī)工作原理 1針式打印機(jī) 2噴墨打印機(jī) 3激光打印機(jī)返返 回回機(jī)電工程系接口接口控制控制電路電路數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線選通選通響應(yīng)響應(yīng)忙忙時(shí)序控制邏輯時(shí)序控制邏輯列計(jì)數(shù)器列計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電

13、路電路字符字符發(fā)生器發(fā)生器（ROM）打印行打印行緩沖器緩沖器（RAM）字符字符代碼代碼圖圖12-11 針式打印機(jī)控制原理圖針式打印機(jī)控制原理圖字符點(diǎn)陣列字符點(diǎn)陣列 信號(hào)信號(hào)輸入控制輸入控制 電路電路至走紙機(jī)構(gòu)至走紙機(jī)構(gòu)打印頭車架打印頭車架 地址地址計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)打印針頭驅(qū)動(dòng)打印針頭1. 針式打印機(jī)針式打印機(jī)v 針式打印機(jī)是以行列點(diǎn)陣的形式來(lái)打印字符或圖形的，所以也叫點(diǎn)陣式打印機(jī) 返返 回回機(jī)電工程系2噴墨打印機(jī)噴墨打印機(jī)v （1）連續(xù)式噴墨打印機(jī) 連續(xù)式噴墨打印機(jī)只有一個(gè)噴嘴，利用墨水泵對(duì)墨水加以固定壓力，使之連續(xù)不斷地噴射。 v （2）隨機(jī)式噴墨打印機(jī) 墨滴只在需要打印時(shí)才噴出，因此，不需

14、要墨水回收裝置。返返 回回機(jī)電工程系3激光打印機(jī)激光打印機(jī)靜靜激光器激光器激光束激光束調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路 紙輸出紙輸出紙輸入紙輸入圖圖12-12 激光打印機(jī)的工作原理圖激光打印機(jī)的工作原理圖 偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn) 裝置裝置電電子子成成像像輻輻射射定定影影紅紅外外線線熱熱靜靜電電潛潛像像感感光光鼓鼓返返 回回機(jī)電工程系12.4.2 打印機(jī)接口打印機(jī)接口 1并行打印機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn) （1）信號(hào)線的定義 （2）數(shù)據(jù)傳送時(shí)序 2并行接口邏輯及編程應(yīng)用返返 回回機(jī)電工程系（1）信號(hào)線的定義）信號(hào)線的定義 信號(hào) 名稱 方向 功能說(shuō)明DATA0DATA7 數(shù)據(jù) 入 8位并行數(shù)據(jù)，高電平表示1，低電平表示0 STROBE

15、 選通脈沖 入 低電平時(shí)將數(shù)據(jù)送入打印機(jī)接口，脈沖寬度大于0.5s SLCT IN 選擇輸入 入 低電平有效，表示數(shù)據(jù)可輸入打印機(jī) AUTO REED XT 自動(dòng)走紙 入 低電平有效，打印完一行后自動(dòng)走紙 INIT 初始化命令 入 低電平有效，初始化打印機(jī)控制器和數(shù)據(jù)緩沖區(qū) ACKNLG 應(yīng)答 出 低電平有效，表示打印機(jī)已收到數(shù)據(jù) 高電平有效，表示打印機(jī)不能接收新的數(shù)據(jù)。當(dāng)打印機(jī) BUSY 忙碌 出 處于打印狀態(tài)，或者數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿，或者脫機(jī)，或者有 故障時(shí)，發(fā)BUSY信號(hào) PE 紙用完 出 高電平有效，表示無(wú)打印紙 SLCT 選擇狀態(tài) 出 高電平表示聯(lián)機(jī)狀態(tài)，低電平表示脫機(jī)狀態(tài) ERROR 出

16、錯(cuò) 出 當(dāng)打印機(jī)處于出錯(cuò)、脫機(jī)或缺紙狀態(tài)時(shí)，該信號(hào)變?yōu)榈碗?平 表表12-1 Centronics標(biāo)準(zhǔn)接口信號(hào)說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)接口信號(hào)說(shuō)明 GND 地 出返返 回回機(jī)電工程系（2）數(shù)據(jù)傳送時(shí)序）數(shù)據(jù)傳送時(shí)序 DATA0DATA7 STOBE BUSY ACK有效有效接口接口打印機(jī)打印機(jī)圖圖12-13 并行打印機(jī)接口數(shù)據(jù)傳送時(shí)序并行打印機(jī)接口數(shù)據(jù)傳送時(shí)序返返 回回機(jī)電工程系2并行接口邏輯及編程應(yīng)用并行接口邏輯及編程應(yīng)用圖12-14 并行接口邏輯框圖D7D0A7A0AENIORIOWIRQINTE狀態(tài)寄存器控制寄存器數(shù)據(jù)寄存器25腳D型插座命令譯碼器數(shù)據(jù)緩沖器D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

17、 IRQEN SLCTIN INIT AUTOLF STOBE 含義同表12-1的同名信號(hào)D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 BUSY ACK PE SLCT ERROR 含義同表12-1的同名信號(hào)機(jī)電工程系例例12-4v 設(shè)3個(gè)端口的地址分別為數(shù)據(jù)口378H，狀態(tài)口379H，控制口37AH。試對(duì)3個(gè)端口編程，實(shí)現(xiàn)將AL的字符送打印機(jī)輸出。 MOV DX，0378H OUT DX，AL ；將打印字符送數(shù)據(jù)口 INC DXWAIT： IN AL，DX ；讀狀態(tài) TEST AL，80H ；檢測(cè)BUSY位 JNZ N-OUT ；不忙則輸出選通 JMP WAIT ； 忙則等待N-OUT：

18、MOV AL ，0DH INC DX OUT DX，AL MOV AL，0CH OUT DX，AL ；在控制口寫入，使選通有效返返 回回機(jī)電工程系12.5 其它人機(jī)交互設(shè)備其它人機(jī)交互設(shè)備v12.5.1 液晶顯示器v12.5.2 掃描儀v12.5.3 觸摸屏v12.5.4 數(shù)碼相機(jī)返返 回回機(jī)電工程系12.5.1 液晶顯示器液晶顯示器v 1液晶顯示器概述液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）液晶材料為基本組件。晶體可以排列為扭曲的形式，使得通過(guò)它的光線也隨之扭曲；有電流通過(guò)時(shí)，晶體會(huì)改變排列方式。 v 2液晶顯示器的工作原理圖圖12-17 扭曲向列型扭曲向列型LCD的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)段電極段電極背電極背電極下偏振片下偏振片上偏振片上偏振片玻璃玻璃反射板反射板返返 回回機(jī)電工程系12.5.2 掃描儀掃描儀v 1掃描儀概述v 2掃描儀工作原理A/D步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)