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1、第8章,人机交互设备接口,第8章 人机交互设备接口,学习目标： 熟练掌握LED和LCD显示器、CRT显示器的工作原理及其接口设计技术 掌握键盘、打印机及多媒体接口技术 理解鼠标、笔式输入设备、触摸屏及图像扫描仪等输入接口 重点为键盘、LED、LCD、CRT显示器的接口技术，难点为键盘和CRT显示器接口电路,返回上一级,第8章 人机交互设备接口,本章目录： 8.1 PC机与键盘的接口 8.2 PC机与显示器的接口 8.3 多媒体技术及其接口 8.4 其它常用人-机输入接口 习题与思考题,返回上一级,8.1 PC机与键盘的接口,键盘分外壳、按键和电路板三部分。 按键开关按结构分为有触点式和无触点式
2、两大类。 有触点式按键开关有：机械式开关、薄膜开关、导电橡胶式开关和磁簧式开关等； 无触点式按键开关有：电容式开关、电磁感应式开关和磁场效应式开关等。 8.1.1 键盘的工作原理 8.1.2 PC系列键盘及其接口电路,返回上一级,8.1.1 键盘的工作原理,按键码的识别方式，键盘分为编码键盘和非编码键盘。 编码键盘主要依靠硬件电路完成扫描、编码和传送，直接提供与按键相对应的编码信息，其特点是响应速度快，但硬件结构复杂。 非编码键盘的扫描、编码和传送则由硬件和软件共同完成，其响应速度不如编码键盘快，但可以通过软件对键盘的某些按键重新定义，为扩充键盘功能提供了较大方便。 常用非编码键盘有线性键盘和
3、矩阵键盘。,返回上一级,线性键盘,线性键盘主要适用于小键盘，其按键不多，而每个按键均有一条输入线送到计算机接口上，如有n个按键，则有n条输入线。,4键线性键盘示意图,返回上一级,矩阵键盘,矩阵键盘的按键按行列排放。 如有i行j列，则可排列ij个按键，但送往计算机的输入线共i+j条。,20键矩阵键盘原理图,返回上一级,键码识别,键码识别主要指矩阵结构的键盘，主要的键码识别方法有： 行扫描法、行列反转法和行列扫描法等。,返回上一级,1行扫描法,键盘上的各键组合为一个二维矩阵形式，某一键所在的行列号即为此键的编码。 判断某键是否闭合的原理为： 首先向所有行输出低电平，如无任何键闭合，则+5V电平经电
4、阻通向所有列线，因而所有列线应输出高电平。如果某一键按下闭合，则该键所在列与低电平短路，因而该列变为低电平。此时读列线即可判断有无键按下。进而通过行列号识别哪一个键被按下，从而查找到该键的键码。,返回上一级,行扫描法键码识别示意图,返回上一级,具体的识别方法,向第0行输出低电平，其余各行输出高电平，然后读入所有列线的电平值。如果某列线为低电平，表示第0行和该列相交位置上的键被按下。如果列线全为高电平，说明第0行没有键按下。 向第1行输出低电平，其余行输出高电平，如果读入的列线仍然全是高电平，说明第1行也无键按下，应继续检查第2行。依次类推。直到发现某一列变为低电平，即某键按下，则退出扫描。 根
5、据行号和列号识别闭合的是哪一个键，输出相应键码。也就是说由行号和列号作为该键的键码。 这种由行列位置表示的键码称为行列码或位置扫描码，也称为键盘扫描码。,返回上一级,2行列反转法,先向所有行线输出低电平，同时读入列线。如果有键按下，则该键所在的列线应为低电平，其余的列线为高电平。由此确定该键的列号。 然后将行和列进行交换，向所有列线输出低电平，读行线，同样可确定该键的行号。 有行号和列号就可以确定该键的位置和编码。,返回上一级,行列反转法键码识别示意图,返回上一级,88键键盘，使用8255A的PA口和PB口分别作为行线和列线的输入输出接口。 首先设置PA口为输出，PB口为输入。向PA口输出低电
6、平，读PB口。若PB口全为高电平，说明无键按下。若PB口中某一根线为低电平，如PB3，表示第3列有键按下。 然后设置PA口为输入，PB口为输出。向PB口输出低电平，读PA口，同样可确定该键的行号。比如PA4为低电平，则说明按下的键在第4行。 于是可以确定行号和列号，即可识别键码。,返回上一级,3行列扫描法,行列扫描法是PC机键盘使用的主要键码识别方法，硬件结构与行扫描法类似。 其工作原理如下： 通过译码器向每一行依次输出低电平，其余各行为高电平。每扫描一行，读一次列线，如果列线全为高电平，说明该行没有键按下；如果某一列为低电平，说明有键按下，如此行号和列号都已确定。行扫描完成后，依次向每一列输
7、出低电平，读行线，同样可确定行号和列号。将两次所得的行号和列号进行对比，如相同，则认为该键码正确无误，即获得该闭合键的行列扫描码。,返回上一级,抖动和重键,抖动问题： 在一个键按下和释放的一瞬间，从微观上看，按键开关是在闭合和断开位置间跳动几次才能达到稳定状态。在电路上，按键按下闭合到释放表现为一个负的（或正的）矩形脉冲。抖动的存在使脉冲的开头和尾部出现一些毛齿波。毛齿波持续的时间一般小于10ms，如不加处理，可能被误判按键几次。 重键问题： 指由于误操作，两个或两个以上的键同时被按下闭合，此时键位扫描中会出现错误的行列值。,返回上一级,消除抖动,消除抖动的方法主要有两种： 硬件方法采用RC滤
8、波电路消除抖动的波形。 软件方法通过延时一定时间，等信号稳定后再去识别键码。 其方法如下：当检查到有键按下后延时约10ms，再检查是否有键按下。如果第二次检查不到按键，说明前次检查为抖动；如果第二次检查检查到按键，说明信号已稳定，为有效按键，可以读取其键码。等按键释放后重新进行处理。,返回上一级,重键处理,重键处理的主要方法： 连锁法是不停地扫描键盘，重键期间不作识别，仅承认最后一个闭合键。 顺序法是在识别某闭合键后保持不动，直到该键释放后再去识别其它按键。,返回上一级,8.1.2 PC系列键盘及其接口电路,PC系列键盘从早期PC/XT使用的83键发展到现在的101/102键、104键、107
9、键等，新的功能不断扩充，以适应高档微处理器和操作系统的要求。,返回上一级,1PC系列键盘工作原理,PC系列键盘内部都有一个微处理器，键盘在其控制下实现闭合键扫描、键码识别，并实现与PC微机的通信,返回上一级,PC/XT键盘工作原理示意图,返回上一级,PC/XT键盘采用的是168矩阵结构，其核心为单片机Intel 8048，不仅承担键码扫描与识别，而且负责与主机通信。 首先，8048对键盘矩阵进行扫描，获取按键的扫描码，存入扫描码缓冲器。在主机允许键盘输入时，扫描码经I/O串行口送往主机的键盘接口。 然后由8255A向CPU申请中断，CPU响应中断后由键盘中断服务程序将键盘扫描码转换成ASCII
10、码或扩充码，与扫描码一起存入键盘缓冲区，供主机系统和用户应用程序使用。,返回上一级,PC/XT键盘扫描电路,返回上一级,2PC系列键盘接口电路,键盘接口主要完成以下功能： 串行接收键盘送来的接通扫描码和断开扫描码，转换为并行数据并暂存起来，向主机发出中断请求信号。 主机响应中断读取扫描码并转换成相应的ASCII码，存入键盘缓冲区。 对控制键则做相应的处理。 接口接收主机发送的命令并传送给键盘。,返回上一级,PC/XT键盘接口电路,返回上一级,3键盘接口编程举例,在PC/XT的BIOS中，与键盘输入相关的中断有类型09H的硬件中断和软件中断INT 16H。在DOS操作系统的INT 21H也提供键
11、盘操作的常用功能。,返回上一级, IN AL，60H ；读8255的A口 PUSH AX ；保存AL中的扫描码 IN AL，61H ；读PB口原输出状态 MOV AH，AL OR AL，80H ；置PB7为“1” OUT 61H，AL ；清除LS322和中断触发器 XCHG AH，AL ；PB口的原输出值 ；由AH转到AL OUT 61H，AL ；输出原状态PB7=1， ；PB6=1的值，允许再接收 POP AX ；弹出AL中的扫描码 MOV AH，AL ；放入AH ,（1）INT 09H中断服务程序中扫描码的读取部分,检测键盘缓冲区是否有字符， 如有，将其ASCII码和扫描码读入 CHECK
12、： MOV AH，1 ；置1号功能 INT 16H ；执行中断 JZ CHECK ；ZF=1，继续检测 MOV AH，0 ；ZF=0，置0号功能 INT 16H ,（2）软件中断INT 16H,8.2 PC机与显示器的接口,8.2.1 LED显示器及其接口 8.2.2 LCD显示器及其接口 8.2.3 CRT显示器及其接口,返回上一级,8.2.1 LED显示器及其接口,LED即发光二极管，是一种注入式电致发光半导体器件，它由P型和N型半导体组合而成，能够把电能转变为光能。 常用的LED有单个LED显示管、数码管和点阵显示器等。,返回上一级,1.LED显示器的结构与原理,七段LED显示器的结构,
13、返回上一级,七段数码管实际共八段： a、b、c、d、e、f、g共七段用来显示十进制或十六进制数字与一些字符；另一段DP用来显示小数点。 LED有两种接法： 各个发光二极管的阳极接在一起的称为共阳极显示器；阴极连在一起的称为共阴极显示器。 对于共阳极显示器而言，发光的相应段须接低电平才能有效，而共阴极则相反，发光的相应段须接高电平。,返回上一级,共阴极LED显示器段码,返回上一级,2.LED显示器的接口与编程,LED的显示驱动方式： 1、静态显示驱动 2、动态显示驱动 静态驱动加直流信号，动态驱动加交流信号。由于直流驱动会减少LCD的寿命，因此一般用交流信号动态驱动。,返回上一级,LED静态显示
14、,静态显示，就是指当前显示器显示某个字符时，该显示器相应的发光二极管恒定地导通或截止，直到送入新的显示码为止。 此种显示方式的每一位数字都需要一个8位触发器来驱动。 静态显示时，较小的电流即可得到较高的亮度，故可由8255的输出口直接驱动。 静态连接的缺点是I/O口利用效率低，一般适用于显示器位数较少的场合。,返回上一级,LED静态驱动电路,返回上一级,LED动态显示,动态显示，是指按位轮流点亮各位显示器。或者说，接口电路对各位显示器轮流进行扫描，每隔一定时间点亮一次。 此种情况下，显示器的亮度不仅与导通电流有关，还与点亮时间与断开时间有关。 当显示器不多于8个时，用于控制显示器公共极电位的扫
15、描口只须一个8位I/O口即可。而控制显示器各段字型的段数据口也只须一个8位I/O口。,返回上一级,LED动态驱动电路,返回上一级,例8.1,根据图所示的静态驱动电路编程循环显示0F字符(设LED为共阴极连接) 。,返回上一级,DATA SEGMENT L_CODE DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H, DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS：CODE，DS：DATA START： MOV AX，DATA MOV DS，AX MOV BX，OFFSET L_CODE
16、；BX指向七段显示码表 L0： MOV CX，10H ；显示16个字符 MOV AL，0 ；显示初值 L1： PUSH AX XLAT L_CODE ；取显示码 OUT PORT，AL ；输出显示 MOV DX，0FFFFH DELAY： DEC DX JNZ DELAY ；延时 POP AX INC AL ；指向下一个字符 LOOP L1 ；循环 JMP L0 CODE ENDS END START,LED静态驱动电路显示程序,8.2.2 LCD显示器及其接口,LCD是一种被动式显示器，由于其功耗低、体积小、重量轻、低辐射、抗干扰能力强等特点，因而得到广泛应用并迅速发展。,返回上一级,1. LCD的分类,目前应用较多的LCD主要分为三大类： 扭曲向列型LCD（TN-LCD）； 超扭曲向列型（STN-LCD）； 有源阵列型LCD（AM-LCD）。 前两种也统称为无源矩阵LCD，即PM-LCD。,返回上一级,2.LCD的原理与结构,LCD是利用晶体材料的电光效应制作的一种被动式显示器。液
