系列微机外部设备接口

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1、第9章 PC系列微机外部设备接口,9.1 键盘、鼠标与打印机接口 9.2 软盘和硬盘驱动器接口 9.3 显示器和显示接口 9.4 声卡及其接口 9.5 IEEE1394总线及接口,9.1 键盘、鼠标与打印机接口,9.1.1 键盘 1. 键盘的分类 微型的计算机使用的键盘有机械触点式和电容式二类： （1）触点式按键：键被按下后两触点导通。手感差，易磨损，故障率较高。 （2）电容式按键：通过改变电容器电极之间的距离，产生电容的变化。电容式键盘手感好，寿命长，目前使用的计算机键盘多为电容式无触点键盘,按照控制形态，有非编码键盘和编码键盘二类： （1）非编码键盘：这种键盘的编码需要由CPU扫描后获得，

2、CPU效率低，主要用于小型应用系统。 （2）编码键盘：由专用控制器对键盘进行扫描，产生对应的编码。这种键盘结构稍复杂，但使用方便。 2 PC机键盘结构 PC系列微机使用编码式键盘，它的内部由专门的单片机（如8048，8049等）完成键盘开关矩阵的扫描、键盘扫描码的读取和发送。 键盘开关矩阵为l6行8列，按下键时的编码称为接通扫描码（通码），松开键时的编码称为断开扫描码（断码）。,图9-1,（1）增强型扩展键盘的结构,（2）键盘扫描码的发送 8048单片机从DATA OUT端输出扫描码，送到五芯插头的2脚，并由CLOCK OUT输出时钟定时信号，送到五芯插头的1脚。主板上的键盘接口电路按照这两个

3、脚的信号同步串行接收数据。 主机也可以通过接口1，2引脚向键盘发送信息，包括复位、重新发送、启动、设置速率等。,3. 键盘接插件标准 目前PC上常用的键盘插口有2种: 比较老式的直径13mm的5芯PC键盘插口； 最常用的直径8mm的6芯PS2键盘插口。,图9- 2,4. IBM-PC机键盘中断服务 主板上的键盘接口收到一个字节数据后，通过8259的IRQ1向CPU请求中断。键盘中断类型码为09H。 （1）从键盘接口（8255的PA端口，地址60H）读取键盘扫描码。 （2）将扫描码转换成ASCII码或扩展码，存入键盘缓冲区。 （3）如果是换档键（如CapsLock，Ins等），将状态存人BIOS

4、数据区的键盘标志单元。 （4）如果是组合键（如Ctrl+A1t+Del）则直接执行，完成其对应的功能。 （5）对于中止组合键（如Ctrl+C或Ctrl+BreaK），强行中止程序的执行，返回系统。,9.1.2 鼠标 1. 鼠标的结构和工作原理 鼠标结构可分为光电机械式、光电式、轨迹球等。 光电机械式是目前最常见的鼠标。鼠标内置X方向滚轴和Y方向滚轴。X，Y滚轴上装有带孔的译码轮，它的转动会阻断或导通LED发出的光线，在光敏晶体管上产生表示位移的脉冲。 光电鼠标用发光二极管向底部发射光线，光敏三极管接收经反射的光线，将位移信号转换为电脉冲。由于没有橡胶滚球，日常维护方便。 鼠标按照按键数目可分为

5、两类：两键鼠标（MS MOUSE）和三键鼠标（PC MOUSE）。三键鼠标常用中键来控制翻页操作。,2. 鼠标接口标准 鼠标接口有传统的COM、PS/2和新型的USB三种。 （1）串行通信口鼠标 串口鼠标使用9针D型接口，采用RS-232C标准进行通信。 （2）PS2鼠标 PS2鼠标最早用在IBM PS2系列微机上而得名。它使用专用的鼠标接插座（6芯DIN型头），安装灵活方便，不占用串口资源。 鼠标器软件中断使用指令INT 33H。,图9-3,9.1.3 打印机接口 1. 打印机接口信号 图9-4所示是打印机接口的接插件。左边为打印机适配器接口（25芯DB25），右边为打印机联接器（36芯Ce

6、ntronics）。,图9-4,打印机接口的主要控制信号（输出）： STROBE#：数据选通，低电平有效。 AUTO_FD：自动换行，高电平有效。 INIT#：初始化信号，低电平有效。 SEL：联机控制位，高电平有效。 主要状态信号（输入）： BUSY：忙信号，高电平有表示打印机忙。 ACK#：确认，低电平有效。 PE： 纸尽信号，高电平有效。 SLCT IN：选择信号，高电平有效。 ERROR#:出错信号，低电平有效，表示打印机出错。,2. 打印机接口内的端口 打印机适配器的端口地址可通过跳线或CMOS设置选择378H37FH（LPT1）或278H27FH（LPT2）： 数据输出端口378H

7、，状态输入端口379H，控制输出端口37AH。 控制寄存器格式：,状态寄存器格式：,3. 打印机IO功能调用 中断INT 17H提供了BIOS的打印机IO功能，如表9-3所示。,4. 打印机适配器的工作过程 （1）在INIT#上发出负脉冲，对打印机进行初始化。 （2）发送打印数据。 （3）向打印机发送选通脉冲。由STROBE端向打印机发出一个负脉冲信号，使数据进入打印机。 （4）中断方式下，打印机输出一个数据后，返回应答信号ACK#，产生IRQ7请求信号送往8259A。查询方式下，CPU检查BUSY信号，为0时发送下一个字符。 重复过程（2）（3）和（4），直到打印完成。,9.2 软盘和硬盘驱

8、动器接口,9.2.1 软盘驱动器和接口标准 1软盘驱动器 软盘驱动器由主轴驱动、磁头定位和读、写、擦除电路等部分组成。主轴电机以每分钟300转的速度转动。 索引孔旋转到检测点时，检测电路发出索引信号，表示当前位置为一周的起始位置。 盘片上下两面各有一个磁头，盘面号就是磁头号。步进电机带动磁头作径向运动，使磁头移向所要求的磁道。磁头移到0磁道（最外圈）时，发出0道信号。 驱动器接到主机发送来的读写命令时，通过控制电路使主轴电机和磁头步进电机工作，把磁头定位在指定扇区的上方，然后由读写电路进行读/写操作。,2软盘控制器 软盘控制器(Floppy Disk Controlor, FDC)的主要功能：

9、 （1）接收并识别处理器输出的各种命令； （2）根据命令要求向驱动器输出相应的控制信号，控制驱动器完成指定操作； （3）监测驱动器有关状态（如定位到00磁道，写保护等），通知处理器； （4）对处理器要存取的数据进行处理：写入时将并行数据转换成串行数据，并按照记录方式编码送驱动器。读出时分离时钟和数据位，将串行数据转换成并行数据，进行校验。 一个软盘控制器最多可接4个软盘驱动器。现在该控制器集成在Super IO芯片中，通过主板的34针插座与驱动器连接。,3. 磁盘数据的错误校验 为了保证数据的可靠性，在读、写数据时要进行数据校验： 循环冗余码（CRC）校验：写磁盘时用一个16阶的生成多项式产生

10、16bit的CRC校验码，跟在数据后面写入磁盘。读磁盘时把读出的数据连同校验码用相同的生成多项式进行校验。如果检查出错误，进行重读，重读仍未成功，报告错误。,9.2.2 硬盘驱动器和接口标准 1. 硬盘驱动器结构与读写过程 微型计算机中使用的是温彻斯特硬磁盘，它把磁头、盘片、小车、导轨以及主轴等制作成一个整体，密封安装，简称“温盘”。 硬盘存储器由磁头、盘片、硬盘驱动器和读/写控制电路组成。 盘片用铝合金材料制成，表面涂有磁性材料。 盘面上的一个同心圆周称为一条磁道，数据信息记录在磁道上。磁道从外缘向圆心方向编号，通常把根目录和文件分配表（FAT）存放在0号磁道。 每条磁道可分为若干段，每一段

11、称为一个扇区。,硬盘的读写过程 查找磁道: 驱动机构把磁头定位在目标磁道上方，目标扇区旋转到磁头下方时，读/写操作开始。 写入时，数据经编码电路变换成相应的写电流，送到磁头写线圈，磁化盘面上的表面磁层，形成一个微小的磁化单元。 读出时，磁化单元高速经过磁头，在磁头读线圈中感应出电压信号，经放大，整形和选通后输出。,2. 硬盘的主要技术指标 （1）磁头类型：磁阻磁头MR（Magneto Resistive heads）和巨磁组磁头GMR（Giant Magneto Resistive heads） （2）单碟容量：单张碟片的容量越大，硬盘的总容量随之增大。而且，由于存储密度增大，数据读写速度也得

12、到提高。 （3）转速：转速多为5400 rpm和7200 rpm两种。某些SCSI硬盘的转速已经超过10000 rpm。转速越高，硬盘的传输速率越快，但由此也带来发热量和噪声增大等问题。 （4）Cache：Cache的容量越大，硬盘的实际传输率就越大。目前采用的Cache多为512 KB和2 MB两种。 （5）平均寻道时间：磁头寻找目标磁道的时间直接影响磁盘的工作速度。 （6）传输速率：影响传输速率的因素有电机转速、存储密度、Cache容量、接口方式等。,3. IDE接口 IDE的全称是Integreted Driver Electronics，即集成驱动器电子部件，由Compaq公司开发，W

13、estern Digital公司生产，是广泛使用的硬盘控制器接口。 IDE接口在ST 506的基础上进行了改进，把控制器集成到驱动器内。 IDE采用40线单组电缆连接，除了对系统总线上的信号做必要的处理之外，其余信号基本上是原封不动地送往硬盘驱动器。 IDE实际上是系统级的接口，有的资料上因此也称IDE为ATA（AT- Attachment，AT嵌入式）接口。 IDE由于具有多种优点，且成本低廉，在微型计算机中得到了广泛的应用。,4. EIDE接口 IDE只能管理容量在512 MB以下的硬盘，不能满足技术的快速发展。 Western Digital在原有基础上开发了新的EIDE（增强型IDE）

14、接口，它已经成为新一代的标准。 与IDE相比，EIDE有以下几个方面的特点： 支持大容量的硬盘。 EIDE提供两个插座，称为主插座和辅插座，每个插座可连接主、从两个设备，一共可连接4个设备。 最大突发数据传输率可达16 MB/s（IDE为3MB/s）。 EIDE支持三种硬盘工作模式：普通模式（Normal）、逻辑块寻址模式（Logical Block Addressing）、大硬盘模式（Large）。,9.2.3 现代硬盘接口技术 Ultra DMA ATA接口 Ultra DMA接口是在ATA上发展起来的新型硬盘接口标准。仍然采用40脚插座，但是在连接线缆的每根信号线之间增加了1根地线，线缆

15、宽度达到80。如果使用普通的40线硬盘线，则把Ultra DMA/66当作Ultra DMA/33接口的硬盘来使用。 Ultra DMA接口的数据传输速率可以达到66MBps、100MBps、133MBps,2. Serial ATA接口 SATA1.0 接口采用串行差分方式在硬盘和接口之间传输数据，使用1.5GHz的频率工作，数据传输速率150MBps。 最新的SATA2.0接口把数据传输速率提高到3000MBps。,9.3 显示器和显示接口,9.3.1 显示器 1 显示器的分类 阴极射线管显示器（CRT） CRT显示器在电子枪与荧光屏间有一个布满栅孔的金属荫罩板，因此也称为荫罩式显示器。

16、CRT显示器分辨率高，图像质量好，价格便宜，使用寿命较长，但体积大，能耗大。,液晶显示器（LCD） 有源矩阵：又称为薄膜晶体管液晶显示器（TFT） 每一个像素点用一个薄膜晶体管控制液晶的透光率。 优点：色彩鲜艳，视角宽，图像质量高，响应速度快 缺点：成品率低，价格昂贵。 无源矩阵：用电阻代替有源晶体管 优点：成本低，制造较容易 缺点：色彩饱和度差，图像不够清晰，对比度较低，视角窄，响应速度慢。 与CRT显示器相比： 外尺寸相同的LCD显示器可视面积更大，体积小（薄），外形美观，图形清晰，不存在刷新频率和画面闪烁的问题 价格高，分辨率稍低，产品的寿命受背灯影响,2 显示器的技术指标 （1）尺寸 由于显像管的边框占了一部分面积，实际显示面积小于标称尺寸。例如，17英寸的显示器的可视范围只有15英寸。 （2）显像管的形状 有球面、平面直角、柱面和纯平四种。 （3）逐行隔行扫描 隔行扫描显示器在低分辨率下逐行扫描，在高分辨率下改为隔行扫描。 隔行扫描显示器对同一屏幕的图像先扫描奇数行，再扫描偶数行，容易造成水平线上的抖动。 逐行