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1、第四单元 第四讲 输入设备和输出设备 外部设备 输入/输出设备 外存储器 脱机输入/输出设备 主要完成人机交互 是电子、机械、光学、化学等多学科的交叉 Anyway, Anywhere, Anytime, Anyone 外部设备功能 完成数据的输入（和/或）输出 信号转换 数据采样 与接口进行连接 接口信号，电平标准等 与主机进行通信 通过总线进行 速度和方式 输入设备 键盘 鼠标 扫描仪 键盘 功能要求 能完成字符的输入 设计要求 完成功能 稳定可靠 键盘的运行原理 计算机的键盘，用于向主机内敲入字符、功能键、汉字等符号， 通过逐次敲击键盘上不同的键来完成。被敲击的键将以一个特定的编 码被表
2、示并被存入计算机主机。故键盘的运行原理，是把敲击的键在 键盘上的位置对应为一个编码。 . 并行接口 并行接口 +5V 10K 0列1列m列 0行 1行 n行 键盘 键 。. . . .。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 键盘的运行原理 把每个键在键盘上的位置对应为一个编码。 具体实现：是用行列扫描的方法，即把每个键分 配在一个 m 列 * n 行矩阵的一个交叉点上，通过并行 接口向 n 行依次送出仅有一行为零、其余各行均为一 的值，再用并行接口读入 m 列上的取值。 当该值不为 FFH （全 1 码）时，表明有键按下， 若该值仅含一位零，表明取值为 0 的行、列的交叉点 的
3、键被按下，用一个对照表即可得到相应键的编码。 尚需解决如下的一些问题：键的抖动、多键同时 按下、由哪个部件完成这些操作过程。 并行接口 并行接口 +5V 10K 0列1列m-1列 0行 1行 n-1行 键盘 键 . . .。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 . 0 1 1 A键 1 1 0 1 . 并行接口送来 1 0 1 的 n 位数值到二极管的负极，并行接口接收 键 盘线路 m 列送出的 m 位数据。当A键按下去后，5V电源送出经电阻、A键 、二极管到 0 信号处的电流，从而在 第 2列产生 0 电平（红线所示），其他 各列都给出高电平（黑线所示），故并行接口接收到的是 1
4、 1 0 1 这样的 m 位数据 1 1 0 . 。 1 1 0 1 . 二极管 POS机键盘 功能要求 抗污染和腐蚀 设计实现 键盘接口 采用串行口或者并行口 中断方式 总线 USB 慢速总线 鼠标 鼠标的产生 图形界面的出现，需要鼠标来进行拖动等操作 鼠标功能 根据鼠标的移动，在屏幕上移动位置 选中某个对象 机械鼠标 如何获得X和Y方向的位移量？ 通过鼠标球的滚动 机械鼠标原理 底部有1个圆球，连接有两个滑动变阻器 圆球在移动时，带动变阻器，使X和Y方向电流 产生变化 计算机主机由此计算出X和Y方向的位移，并将 它在屏幕上进行相应的移动 鼠标命令由鼠标表面的按键决定 光电鼠标 光学式鼠标
5、发光二极管取代小球， 特制鼠标垫配合，垫上有小格 根据感应的格数来计算位移量 光电式鼠标 不用专门的鼠标垫 在鼠标球上开裂缝 计数器统计光脉冲数 与主机通信 接口 串口 USB 总线 慢速总线 USB 协议 定时，向主机发送3个字节，X、Y和当前按键状态。 主机根据这3个字节的内容，将屏幕上的箭头移动到规 定位置，并响应按键命令。 扫描仪 被扫描对象放置在平板上，由底部光源照 射。 通过电荷耦合装置，当检测到光照射时， 电荷耦合装置被充电。 收集这些信息，并将其转换为数字表示， 可得到点阵信息，传送给主机。 彩色扫描，可通过不同光源进行扫描。 实时输入设备 语音 图形 智能输入设备 语音识别
6、手写体识别 印刷体识别 输出设备概述 点阵式输出设备（视觉） 以点阵的组合来表示不同的形状 提供每个点的存储输出属性 点阵输出设备将点按属性规定的颜色和灰度输出 听觉 音乐、语音合成 触觉 可穿戴计算机 嗅觉 点阵输出设备 显示器 CRT LCD PDP 打印机 针式打印机 激光打印机 喷墨打印机 阴极射线管(CRT)显示器 成像原理 通过电子束撞击荧光板上的荧光粉，发光产生 亮点 组成 电子枪、显示屏和偏转控制装置 灯丝 阴极 聚焦极 石墨层 荧光屏 显示屏 阳极帽 偏转线圈 栅极 阳极 电子枪 电子束 阴极射线管（CRT）的构成和工作原理 CRT的几个概念 光栅扫描和随机扫描 电子束从左到
7、右，从上到下扫描整个屏幕 只扫描需要显示的点 刷新和帧存储器 为了得到稳定的图象，需要重复扫描整个屏幕 为了重复扫描，需要存储图象信息。 分辨率和灰度级 像素个数 亮暗差别 图形和图像 线条的有无表示 自然景物、照片等 字符显示的一般原理 移位 寄存器 S L 字符 发生器 ( ROM) 加载控制水平消隐行间消隐 垂直消隐 水平同步电路垂直同步电路 点振荡器 点计数器水平地址计数器光栅地址计数器垂直地址计数器 定时控制 电路 垂直同步信号水平同步信号 字符时钟 代码 控制 OSC VRAM 1 9 1 80+18 1 9+5 1 25+1 视频 信号 RA3 - RA0 字形的产生过程 0 0
8、 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 10H 28H 44H 82H 82H FEH 82H 82H 00H 字符 发生器 ( R O M ) ASCII 字符代码 8 4 RA3 - RA0 (a) “ A ”的点阵表示(b)字符发生器的结构 (来自VRAM) (来自光栅地址 计数器输出) RA3 -RA0D7 D0 D7 D0 ASCII代码(41H) 指向这个字形 CRT图形显示器 大的VRAM 存储点阵属性 分辨率：1024*768，真彩色， 1024*768*3Byte=2.3MB 高
9、速总线 50场/秒，带宽为2.3*50MB/s=112.5MB/s 需要连接PCI总线 专用接口 分辨率更高的图形设备将采用专用接口 液晶显示器 显示原理 利用液晶的光学特性 平板后面设置光源 通过液晶改变透射光的偏振性（从水平到垂直） 电场控制 特点 平板显示，不需要高压电，移动方便 无辐射 价格较高 液晶显示器 等离子显示器 成像原理 利用惰性气体在一定电压作用下产生气体放电的特性 产生紫外线，紫外线激发荧光粉发光 在玻璃板之间隔开成象素，每个象素点内有惰性气体 和三色荧光粉，用电极控制 特点 易于实现大画面显示 全色显示，色纯度与CRT相当 视角达160度 寿命长 功耗大、成本高、对比度
10、差。 针式打印机 打印原理 用钢针或钨铼合金针撞击色带，将色带的颜色印到打印纸上，完 成一个点的输出 完成全部点阵后输出完毕 组成 打印头与字车、输纸机构、色带机构及控制器 打印控制器包括字符缓冲存储器、字符发生器、时序控制电路和 接口电路四部分 打印过程 字车将打印头横向移动到打印起始位置， 取出输出对象点阵的第一列，驱动打印针撞击色带 字车移动一小格，输出下一列，直到本行输出完毕 回车 输纸机构进纸 输出下一行 针式打印机构造 打印纸 导轨 打印针 永磁铁 铁芯 衔铁 线圈 色带 色带保护片 滚筒 螺管式电磁铁 打印针 电磁铁线圈 衔铁 壳帽外壳 导轨 弹簧 激光打印机 输出原理 利用激光
11、束照射硒鼓，使之放电，不再吸附墨粉来产 生打印的形状 结构 见下图 输出过程 硒鼓带电后吸附墨粉 激光束使硒鼓表面被照射的部分放电，释放墨粉 将墨粉压到纸上，并用高温烘烤，使之固化在打印纸 上 将硒鼓放电，清扫剩余墨粉 激光打印机的组成 激光部分 印字机 控制部分 (微处理机汉字字形库) 记录鼓 (硒鼓) 显象 部分 + 定形部分 加热辊 预热板 输纸用辊 转写 清扫辊 带电器 印写部分 清扫部分 转写部分 接纸 部分 纸 激光 喷墨打印机 打印原理 利用喷嘴喷出墨滴到纸上 给墨滴充电，利用电场控制墨滴的方向 构造 见下图 输出过程 压电陶瓷受振荡电脉冲激励产生电致伸缩，喷射出墨 滴 给墨滴充电 利用电场控制墨滴的偏转方向 喷墨式打印机 墨水槽 喷墨头 过滤器收集槽 高压 电源 振荡 发生器 字符 发生器 打 印 纸 充电电极 压电陶瓷 偏转电极 墨水泵 回收器 墨 滴 偏 转 方 向 喷墨头移动方向 组成与打印原理 字符打印过程 （充了电的墨滴偏转射向打印纸， 不带电的墨滴射入回收器被回收） ( 以 7*5 点阵为例 ) 打印机 接口 并行接口 总线 慢速总线 协议
