人機接口概述課件

14.1人機接口概述14.2鍵盤與鍵盤接口14.3其它輸入設備及接口14.4顯示設備及接口14.5打印機及接口退出第14章人機接口14.1人機接口概述

人機接口，又稱輸入/輸出接口（I/O接口），是計算機和人機交互設備之間的交接界面，通過接口可以實現(xiàn)計算機與外設之間的信息交換。14.1.1人機交互設備 人機交互設備是計算機系統(tǒng)中最基本的設備之一，是人和計算機之間建立聯(lián)系、交換信息的外部設備，常見的人機交互設備可分為輸入設備和輸出設備兩類。1．輸入設備 輸入設備是人向計算機輸入信息的設備。2．輸出設備 輸出設備是直接向人提供計算機運行結果的設備。14.1.2人機接口的功能 人機接口是計算機同人機交互設備之間實現(xiàn)信息傳輸?shù)目刂齐娐贰? 接口中要分別傳送數(shù)據(jù)信息、命令信息和狀態(tài)信息，數(shù)據(jù)信息、命令信息和狀態(tài)信息都通過數(shù)據(jù)總線來傳送。大多數(shù)計算機都把外設的狀態(tài)信息視為輸入數(shù)據(jù)，而把命令信息看成輸出數(shù)據(jù)，并在接口中分設各自相應的寄存器，賦以不同的端口地址，各種信息分時地使用數(shù)據(jù)總線傳送到各自的寄存器中去。所謂串行接口和并行接口，是指外設和接口一側的傳送方式，而在主機和接口一側，數(shù)據(jù)總是并行傳送的。14.2鍵盤與鍵盤接口

鍵盤是計算機系統(tǒng)不可缺少的輸入設備，人們通過鍵盤上的按鍵直接向計算機輸入各種數(shù)據(jù)、命令及指令，從而使計算機完成不同的運算及控制任務。14.2.1鍵開關與鍵盤類型 鍵盤上的每個按鍵起一個開關的作用，故又稱為鍵開關。鍵開關分為接觸式和非接觸式兩大類。 按照鍵碼的識別方法，鍵盤可分為兩大類型：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。14.2.2小型鍵盤接口 非編碼鍵盤常用的鍵盤掃描方法有逐行掃描法和行列掃描法。1．逐行掃描法 圖14-2是采用逐行掃描識別鍵碼的8×8鍵盤矩陣，8位輸出端口和8位輸入端口都在鍵盤接口電路中，其中輸出端口的8條輸出線接鍵盤矩陣的行線（X0～X7），輸入端口的8條輸入線接鍵盤矩陣的列線（Y0～Y7）。通過執(zhí)行鍵盤掃描程序對鍵盤矩陣進行掃描，以識別被按鍵的行、列位置。

鍵盤掃描程序處理的步驟如下： （1）查詢是否有鍵按下。 （2）查詢已按下鍵的位置。 （3）按行號和列號求鍵的位置碼，得到的行號和列號表示按下鍵的位置碼。2．行列掃描法 在掃描每一行時，讀列線，若讀得的結果為全“1”，說明沒有鍵按下，即尚未掃描到閉合鍵；若某一列為低電平，說明有鍵按下，而且行號和列號已經(jīng)確定。然后用同樣的方法，依次向列線掃描輸出，讀行線。如果兩次所得到的行號和列號分別相同，則鍵碼確定無疑，即得到閉合鍵的行列掃描碼。14.2.3微型機鍵盤及鍵盤接口1．鍵盤控制電路

PC系列鍵盤一般由鍵盤矩陣和以單片機或專用控制器為核心的鍵盤控制電路組成，被稱為智能鍵盤。單片機通過執(zhí)行固化在ROM中的鍵盤管理和掃描程序，對鍵盤矩陣進行掃描，發(fā)現(xiàn)、識別按下鍵的位置，形成與按鍵位置對應的掃描碼，并以串行的方式送給微機主板上的鍵盤接口電路，供系統(tǒng)使用。2．鍵盤接口電路 鍵盤接口電路一般在微機主板上，通過電纜與鍵盤連接，串行地接收鍵盤送來的掃描碼，或者向鍵盤發(fā)送命令，要求鍵盤完成一定的工作（比如自檢）。其功能主要有： （1）將串行接收鍵盤送來的接通掃描碼和斷開掃描碼，轉換成并行數(shù)據(jù)并暫存； （2）收到一個完整的掃描碼后，立即向主機發(fā)中斷請求； （3）主機中斷響應后讀取掃描碼，并轉換成相應的ASCII碼存入鍵盤緩沖區(qū)。對于控制鍵，設置相應的狀態(tài)； （4）接收主機發(fā)來的命令，傳送給鍵盤，并等候鍵盤的響應，自檢時用以判斷鍵盤的正確性。14.3其它輸入設備及接口

計算機系統(tǒng)常用的輸入設備除鍵盤外，還有鼠標、掃描儀、光筆、數(shù)字化儀等。鍵盤輸入的是字符和數(shù)字信息；鼠標主要輸入矢量信息和坐標數(shù)據(jù)；而掃描儀主要輸入圖形、圖像信息。14.3.1鼠標器 鼠標器是控制顯示器光標移動的輸入設備，由于它能在屏幕上實現(xiàn)快速精確的光標定位，可用于屏幕編輯、選擇菜單和屏幕作圖。隨著Windows操作系統(tǒng)環(huán)境越來越普及，鼠標器已成為計算機系統(tǒng)中必不可少的輸入設備。14.3.2掃描儀 掃描儀是一種光機電一體化的高科技產(chǎn)品，它是將各種形式的圖像信息輸入計算機的重要工具，是繼鍵盤和鼠標之后的第三代計算機輸入設備，也是功能極強的一種輸入設備。14.4顯示設備及接口

按顯示原理可分為兩類。一類是主動顯示器件，如CRT顯示器、發(fā)光二極管等，它們是在外加電信號作用下，依靠器件本身產(chǎn)生的光輻射進行顯示的，因此也叫光發(fā)射器件。另一類叫做被動顯示器件，如液晶顯示器，這類器件本身不發(fā)光，工作時需另設光源，在外加電信號的作用下，依靠材料本身的光學特性變化，使照射在它上面的光受到調制，因此這類器件又叫光調制器件。14.4.1CRT顯示器及接口 顯示器輸出的內容不能長期保存，當顯示器關機或顯示別的內容時，原有內容就消失了，所以顯示設備屬于軟拷貝輸出設備。1．CRT顯示器概述

CRT顯示器由顯示適配器（顯示卡）和顯示器（監(jiān)視器）兩部分組成，顯示卡通常插在PC機的總線插槽上，也有的微機主板上集成有顯示卡電路。顯示卡到顯示器通過顯示專用接口連接。2．CRT顯示器的主要技術指標 （1）像素 像素是構成圖像的最基本單位，一般是光點，所以又稱為像點。 （2）分辨率 分辨率指的是畫面的解析度，也就是一幅畫面由多少像素構成。像素越多，分辨率越高，畫面也就越清晰。 在字符顯示方式中，將一屏中可顯示的最多字符數(shù)稱為分辨率。 在圖形顯示方式中，將一屏中可顯示的像素點數(shù)稱為分辨率。

（3）點距 點距（dotpitch）是指屏幕上兩個相鄰的同色熒光點之間的距離。點距越小，顯示的畫面就越精細，用顯示區(qū)域的寬和高分別除以點距，即得到顯示器在垂直和水平方向上最高可以顯示的點數(shù)（即極限分辨率）。 （4）屏幕尺寸 指屏幕對角線長度，一般有14、15、17、19、20、21英寸等。 （5）場頻 場頻是指每秒鐘屏幕刷新的次數(shù)，又稱屏幕的垂直掃描頻率，以Hz（赫茲）為單位。

（6）視頻帶寬 視頻帶寬是指每秒鐘掃描過的總像素數(shù)，以MHz（兆赫茲）為單位。 視頻帶寬＝水平分辨率×垂直分辨率×場頻。 （7）灰度級與顏色數(shù) 像素具有明暗和色彩屬性。黑白圖像的明暗程度稱為灰度，明暗變化的數(shù)量稱為灰度級，所以在單色顯示器中，僅有灰度級指標。彩色圖像是由多種顏色構成的，不同的深淺也可算作不同的顏色，所以在彩色顯示器中能顯示的顏色種類稱為顏色數(shù)。3．CRT顯示原理 （1）CRT顯示器的掃描方式

CRT顯示器如同電視接收機一樣，普遍采用光柵掃描方式。在光柵掃描方式中，電子束在水平和垂直同步信號的控制下有規(guī)律地掃描整個屏幕。 （2）顯示器的顯示模式 顯示模式從功能上分為兩大類：字符模式和圖形模式。

（3）顯示緩沖區(qū) 為了不斷提供刷新畫面的信號，必須把字符或圖形信息存儲在一個顯示緩沖區(qū)中，這個緩沖區(qū)又稱為視頻存儲器（VRAM）。

VRAM的容量由分辨率和灰度級決定，分辨率越高，灰度級越高，VRAM的容量就越大。 字符模式的VRAM通常分成兩部分：字符代碼緩存和顯示屬性緩存。字符代碼緩存中存放著顯示字符的ASCII碼，每個字符占1個字節(jié)；顯示屬性緩存中存放著字符的顯示屬性，一般也占1個字節(jié)。

圖形方式的顯示信息以二進制的形式存儲在VRAM中，這些信息是圖形元素的矩陣數(shù)組，在最簡單的情況下，只需要存儲兩值圖形，即用“0”表示黑色（暗點），用“1”表示白色（亮點）。用VRAM的1位表示1個點，所以VRAM的1個字節(jié)可以存放8個點。例如，一個CRT顯示器的分辨率為640×200，在無灰度級的單色顯示器中，只需要16KB的VRAM。在彩色顯示或單色多灰度顯示時，每個點需要若干位來表示。4．字符顯示器的工作原理 （1）字符顯示原理 為了在掃描過程中能及時取出對應位置所需顯示的字符代碼（ASCII碼），應將這些字符代碼預先由主機送入VRAM中，屏幕上每個字符窗口對應于VRAM中的一個字節(jié)單元。

VRAM中存放的是字符的ASCII碼，不是點陣信息。若要顯示出字符的形狀，還要有字符發(fā)生器（字符庫）的支持。

顯示器的字符庫是用來存放各種字符的點陣字形輝亮數(shù)據(jù)的只讀存儲器。顯示時，從ROM中讀出有關的點陣信息送給CRT作為輝亮控制信號，以控制電子束的強弱，從而在屏幕上組成字符。顯示器的字符庫中存放的是字符的行點陣碼，字符庫的高位地址來自VRAM的ASCII碼，低位地址來自行計數(shù)器的輸出RA3～RA0（行掃描線序號）。

（2）VRAM的地址組織 在字符顯示器中，屏幕上每個字符位置對應VRAM中的一個字節(jié)，VRAM中各字節(jié)單元的地址隨著屏幕由左向右，自上而下的顯示順序從低向高安排。 （3）字符顯示器的控制電路 字符顯示器的定時控制電路的核心是點計數(shù)器、字計數(shù)器（水平地址計數(shù)器）、行計數(shù)器和排計數(shù)器（垂直地址計數(shù)器），由它們來控制顯示器的逐點、逐字、逐行、逐屏幕的刷新顯示。5．圖形顯示器工作原理

VRAM中存放著顯示的圖形點陣數(shù)據(jù)，由于計算機只能以二進制方式存放數(shù)據(jù)，每位只有兩種狀態(tài)（“0”或“1”）。對于單色顯示，VRAM中的每一位對應畫面上的一個像素點，該位為“1”即表示畫面上的這一點是亮點。而對于彩色顯示（如16種顏色），就需要用VRAM中的4位來定義一種顏色。14.4.2LCD顯示器

LCD（LiquidCrystalDisplay）就是液晶顯示器。 有四種基本的LCD選擇：無源陣列單色、無源陣列彩色、有源陣列模擬彩色和最新的有源陣列數(shù)字彩色。2．LCD的技術指標 （1）速度 結構不同的LCD顯示器，其響應輸入信號的速度差異很大，對于速度的要求取決于用途。 （2）亮度 高分辨率的顯示器已達到較高的亮度級，LCD的亮度取決于LCD的結構和背景照明的類型。 （3）對比度 對比度通常是指開狀態(tài)像素與關狀態(tài)像素亮度的比率。 （4）視角 視角是指人們觀察顯示器的范圍，它用于垂直于顯示器平面的法向平面角度來度量。14.4.3視頻顯示標準1．MDA MDA（MonochromeDisplayAdapter）屬于單色顯示適配器，是IBM最早研制的視頻顯示適配器。2．CGA

在MDA推出的同時，IBM也推出了彩色圖形顯示適配器──CGA（ColorGraphicsAdapter）。3．EGA

增強圖形顯示適配器──EGA（EnhancedGraphicsAdapter）是IBM公司推出的第二代圖形顯示適配器，它兼容了MDA和CGA的全部功能。4．VGA

視頻圖形陣列顯示適配器──VGA（VideoGraphicsArray）是IBM公司推出的第三代圖形顯示適配器，它兼容了MDA、CGA和EGA的全部功能。5．TVGA TVGA是美國TridentMicrosysTems公司開發(fā)的超級VGA（SVGA）標準，與VGA完全兼容。6．XGA XGA（ExtendedGraphicsArray）是IBM公司繼VGA之后推出的擴展圖形顯示適配器。14.4.4字母數(shù)字顯示器1．LED顯示器 七段LED顯示器由七個發(fā)光段構成，每段均是一個LED二極管。

LED顯示器有共陽極和共陰極兩種結構。14.5打印機及接口

打印機是計算機系統(tǒng)的主要輸出設備之一，打印機的功能是將計算機的處理結果以字符或圖形的形式印刷到紙上，轉換為書面信息，便于人們閱讀和保存。由于打印輸出結果能永久性保留，故稱為硬拷貝輸出設備。14.5.1打印機概述 按照打印的工作原理不同，打印機分為擊打式和非擊打式兩大類。 打印機按照輸出工作方式可分為串行打印機、行式打印機和頁式打印機三種。 打印機按印字機構不同，可分為固定字模（活字）式打印和點陣式打印兩種。 打印機通常有兩種工作模式，即文本模式（字符模式）和圖形模式。14.5.2打印機的主要性能指標1．分辨率（DPI） 打印機的打印質量是指打印出的字符的清晰度和美觀程度，用打印分辨率表示，單位為每英寸打印多少個點（DPI）。