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1、第第5章人机交互接口章人机交互接口第1页，共28页，编辑于2022年，星期一5.1 键盘接口键盘接口 编码键盘。这种键盘内部能自动检测被按下的键，并提供与被按键对应的键码，如ASCII码、EBCDIC码等，以并行或串行方式送给CPU。它使用方便，接口简单。非编码键盘。这种键盘只简单地提供键盘的行列矩阵，而按键的识别和键值的确定、输入等工作通过软件完成。这是目前可得到的最便宜的微机输入设备。第2页，共28页，编辑于2022年，星期一 1去抖动 去抖动的方法通常有两种:（1）软件延时法：当发现有键按下或释放时，软件延时一段时间再检测。（2）硬件消抖动：在键开关与计算机接口之间加一个消抖动电路，如双
2、稳电路、单稳电路（输出脉宽要大于抖动时间）、RC滤波电路等。由于硬件去抖动增加了电路的复杂性，每个按键都要一个去抖动电路，所以这种方法只适用于键数目较少的场合。在键数目较多时，大多采用软件延时法去抖动。2防串键 串键是指两个或两个以上按键同时按下，或一个键按下后没释放又按下另一个键时产生的问题。双键锁定。N键连锁。3按键识别和键码产生 行扫描法。行列交换法。5.1.1 键盘接口基本功能 第3页，共28页，编辑于2022年，星期一 常用的非编码键盘有线性键盘和矩阵键盘两种。线性键盘是指其中每一个按键均有一条输入线送到计算机的接口。若有N个键盘，则需要N条输入线。矩阵键盘是指按键按行（i）和列（j
3、）排列，这种方式可排列ij个按键，但送往计算机的输入线仅为n=i+j条。5.1.2 非编码键盘接口第4页，共28页，编辑于2022年，星期一（1）扫描法）扫描法 扫描法通过依次查询键盘矩阵的枚一行线，然后读取列数据确定按键是否在本行，具体方法如下：首先使PA0=0然后读取PB端口，若PB=0FFH则表示行0没有按键按下，再使PA1=0再读取PB判断行2有无按键按下，依次扫描全部的行线。当PB读取的数据不为0FFH，则表示该扫描行有按键按下，则再确定相应的按键序号。（2）行列交换法）行列交换法 行列交换法也称行列行反转法，在识别闭合按键时，要将行线接一个并口，工作于输出方式，将列线也接一个并口，
4、工作于输入方式，程序使CPU通过输出端口向各行线上全部送低电平，然后读入列线的值。如果某按键按下，则必定会使某一列线值为0。然后，程序再对两个并行端口进行方式设置，使行线工作在输入方式，列线工作在输出方式，并将刚才读到的列线值从列线所接的并口输出，再读取行线上的输入值，在闭合键所在的行线上的值必定为0。这样，当一个按键被按下时，必定可以读取一对唯一的行值和列值。第5页，共28页，编辑于2022年，星期一5.1.3 PC机键盘接口机键盘接口 1键盘的工作原理 组合键：当按下Ctrl、Shift、Alt等控制键时，INT 09H中断将其扫描码送入DOS参数区40:17H单元，在用户按下其他键时与4
5、0:17H单元内容组合为一个组合键。如处理Ctrl+C键时，INT 09H中断首先将Ctrl键(扫描码为1DH)存入40:17H单元，随后再读取后续按键，若按键为C，则解释为Ctrl+C组合键。乒乓键：PC机设置有乒乓键(如NumLock、CapsLock等)计数位，通过计数位的0、1来区分按键状态。若开机加电后未按过NumLock键或按偶数次，作为小键盘的光标控制/编辑方式。在这种方式下若按下“7/Home”键时将解释为“Home”编辑键，送入键盘缓冲区的键代码为00，47H两字节；若开机加电后按过奇数次NumLock键，则小键盘为数字方式，在这种方式下若按下“7/Home”键时将解释为“7
6、”数字，送入键盘缓冲区的键代码为37H，47H两字节。换档键：若DOS参数区40:17H单元的数据为02(ShiftL按下)或01(ShiftR按下)，BIOS程序将输入键解释为对应换档键。第6页，共28页，编辑于2022年，星期一2扫描码和ASCII码 当在键盘上“按下”或“放开”一个键时，如键盘中断允许，就会在计算机上产生类型为09H的硬件中断，CPU将控制转入BIOS键盘中断处理程 序，以处理用户键盘操 作情况。键盘处理程序 从8255并行接口芯片的 PA(I/O端口地址60H)读 取一个字节的数据，如 所读取数据D7=1，表示 按键已放开(称为断码)，如D7=0，表示键按下(通 码)，
7、而数据的D6D0则 为按键的扫描码。第7页，共28页，编辑于2022年，星期一3键盘接口电路 PC键盘接口电路如图5.2所示，它由串并转换芯片74LS322和一些触发器、门电路构成，数据通过8255的PA读入计算机。第8页，共28页，编辑于2022年，星期一 在ROM BIOS中，对键盘初始化和键盘中断的程序为：MOV AL，99HOUT 63H，ALMOV AL，0C8HOUT 61H，ALMOV AL，48HOUT 61H，AL 在IRQ1键盘中断服务程序中对扫描码进行读取和对键盘接口进行控制的程序为：KEY_IN:IN AL，60H ；读入键盘数据端口 TEST，AL，80H；按键是否松
8、开 JNZ KEY_IN；没松开，等待 PUSH AX IN AL，61H；读键盘状态端口(8255PB口)MOV AH，AL OR AL，80H；置PB7=1 OUT 61H，AL；清除74LS322和中断触发器 XCHG AH，AL；恢复PB读入数据 OUT 61H，AL；输出，恢复PB7=0、PB6=1，允许接收下一个键 POP AX；恢复读入的键盘扫描码 MOV AH，AL；键盘扫描码送AH XLATB；查表，将扫描码转换为ASCII码 第9页，共28页，编辑于2022年，星期一5.2 LED显示器接口显示器接口 1.七段LED显示器 基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片按图5
9、.3所示排列而成，可实现09的数字和字符显示，具体结构有“反射罩式”、“条形七段式”及“单片集成式多位数字式”等。LED有共阴极连接和共阳极连接两种，如图5.3所示。第10页，共28页，编辑于2022年，星期一 LED连接的线路不同，其编码也不同，如图5.4所示电路的LED编码如表5-2所示。第11页，共28页，编辑于2022年，星期一 2.点阵式LED显示器 LED点阵管可以代替数码管、符号管和米字管。不仅可以显示数字，也可显示所有西文字母和符号。如果将多块组合，可以构成大屏幕显示屏，用于汉字、图形、图表等等的显示。被广泛用于机场、车站、码头、银行及许多公共场所的指示、说明、广告等场合。图5
10、.6所示为88点阵LED外观及引脚图，其中07用于控制点阵LED的行，AH用于控制点阵LED的列，其等效电路如图5.7所示，只要其对应的X、Y轴顺向偏压，即可使LED发光。如果使左上角LED点亮，则Y0=1，X0=0即可。实际应用时限流电阻可以放在X轴或Y轴。第12页，共28页，编辑于2022年，星期一5.3 CRT显示器接口显示器接口 1字符显示原理 显示器显示字符的方法以点阵为基础。这种方法将字符分解成mn个点阵组成的阵列，将点阵存入由ROM构成的字符发生器中，在CRT进行光栅扫描的过程中，从字符发生器中依次读出点阵，按照点阵的0和1控制扫描电子束开关，在屏幕上形成字符。字符点阵的多少取决
11、于字符显示质量和字符块大小，在PC机中字符窗口为914点阵，字符为79点阵。5.3.1 显示器文本接口显示器文本接口 第13页，共28页，编辑于2022年，星期一 PC机字符显示原理如图5.8所示。显示的字符被存放在视频存储器(VRAM)中，字符发生器ROM的高位地址来自VRAM的ASCII码，低位地址来自光栅地址计数器的输出RA3RA0，它具体指向这个字符点阵的某个字节。在显示过程中，按照VRAM中的ASCII码和光栅地址计数器访问ROM，依次取出字符点阵，就可以完成一行字符的显示输出。第14页，共28页，编辑于2022年，星期一 2字符显示属性 显示器上的每一个字符在视频缓冲区(VRAM)
12、由2个字节表示，第一个字节是显示字符的ASCII码，而第二个字节是该显示字符的属性。字符的属性确定了该显示字符的特性，如显示字符的颜色、背景颜色、闪烁等，在彩色文本方式下，字符的属性定义如图5.9所示。BI=1：表示该显示的字符闪烁，在MS-DOS下的汉字系统中，该位被用作其他用途，并且字符不能闪烁；D6D4：表示该显示字符的背景颜色RGB，在彩色文本方式中，显示的字符共有8种背景颜色；D3D0：表示该显示字符的前景颜色RGB，在彩色文本方式中，显示的字符共有16种前景颜色，I是加亮位，如I=1则表示RGB所对应的颜色作加亮显示。第15页，共28页，编辑于2022年，星期一5.3.2 显示器图
13、形接口显示器图形接口 VGA显示卡结构如图5.10所示。第16页，共28页，编辑于2022年，星期一 1VGA图形显示原理 VGA(Video Graphics Array)显示适配器是采用RGB模拟显示的显示接口卡。(1)彩色位面法彩色位面法 在VGA显示适配器中，彩色位面法用于16色模式。图形16色显示时把VRAM划分为4个彩色位面，屏幕上的像点特征由4个位面的值共同确定。第17页，共28页，编辑于2022年，星期一 由03位面合成的值是一个颜色索引值，而不是真正显示器所显示的颜色值，真正显示的颜色必须通过索引寄存器查到，再通过DAC表产生，如图5.12所示。由此可见，如果更改颜色索引寄存
14、器的数值，就可以达到换色的作用或改变颜色的作用。第18页，共28页，编辑于2022年，星期一 (2)压缩像素法压缩像素法 在VGA或Super VGA显示适配器中，压缩像素法主要用于256色以上的图像显示模式，在压缩像素法中，VRAM中的一个字节对应屏幕上的一个像点，由于一个字节的取值为0255，所以屏幕上的点就有256种颜色的变化(256色)。VRAM与屏幕的映射关系如图5.13所示。第19页，共28页，编辑于2022年，星期一 2DAC数模转换器 数模转换器(DAC)是VGA和Super VGA图形适配器所特有的寄存器组。DAC能将数字信号转换为模拟信号，以驱动VGA或Super VGA的
15、RGB模拟显示器。由于模拟信号可以连续变化，因此显示器显示的色彩变化可以非常平滑，适合人的视觉感受。DAC数模转换器由3个视频数模转换寄存器(RGB)和DAC电路组成，它们分别控制红(R)、绿(G)、蓝(B)原色亮度值(RGB)。每个寄存器为6位，其亮度值(色饱和度)范围为063，3个寄存器一共可以产生646464=266 144种颜色。同时DAC还必须从查色表(颜色索引寄存器)中取得颜色编码，以决定屏幕上应显示何种颜色。查色表为8位，所以DAC一次只能从查色表中转换28=256种颜色。对于假彩色显示适配器(显卡)如VGA、Super VGA等，虽然DAC能产生266 144种颜色，但同一时刻
16、同一屏上只能显示256种颜色。第20页，共28页，编辑于2022年，星期一5.3.3 VESA图形标准接口图形标准接口 工业标准化组织视频电子学标准协会(Video Electronics Standards Association，VESA)提出一组附加的BIOS功能调用图形接口标准，从而解决了Super VGA软件开发、应用的不兼容问题。但VESA也有它的先天不足，它是一个从软件层解决Super VGA适配器之间的兼容问题，并且只能在实地址模式中使用(不支持Windows)。但采用VESA标准图形接口可以解决DOS下的应用软件的兼容，用VESA图形接口开发的DOS应用程序可以在不同的Sup
17、er VGA适配器上的DOS环境中运行。5.3.4 真彩色图形显示真彩色图形显示 真彩色指用户程序写入显示缓存的图形信息，不需要通过颜色索引转换和调色板的转换而直接通过DAC转换为模拟量显示，即写入的颜色与显示的显示相同。真彩色显示卡的结构如图5.14所示。第21页，共28页，编辑于2022年，星期一第22页，共28页，编辑于2022年，星期一5.4 其他人机交互接口其他人机交互接口 鼠标器从工作原理上可分为机械式、光电式两种。MS鼠标的串行通信参数为：1200bps，7位数据位，无奇偶校验，1位停止位。MS鼠标采用3字节数据格式(1B=X 1 LB RB Y7 Y6 X7 X6，2B=X 0
18、 X5 X4 X3 X2 X1 X0，3B=X 0 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0，其中LB=1表示鼠标左键按下，RB=0右键按下)，通信使用TXD、RXD、RTS、DTR等控制线。5.4 其他人机交互接口其他人机交互接口 第23页，共28页，编辑于2022年，星期一5.4.2 触摸屏原理及接口触摸屏原理及接口 触摸屏从原理上可分为：电阻式触摸屏、红外线触摸屏、电容式触摸屏、表面声波触摸屏和近场成像触摸屏等。触摸屏都是用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时，所触摸的位置（以坐标形式）由触摸屏控制器检测，并通过接口（通常是RS-232C）送到CPU，计算机从而确定用户当前所指位置（坐
19、标）。第24页，共28页，编辑于2022年，星期一5.4.3 光笔接口光笔接口 光笔是用于交互式绘图、测量的部件，从外形看它像一支普通的笔，在顶部装有光学镜头调节光圈的大小以控制视场。视场内的光通量(亮度的强弱)经过光纤送到脉冲检测电路去检测。显示器上的每一亮点并不是恒亮的，而是随着光栅扫描的到来由暗到亮，扫描后又由亮到暗变化着，这种动态的变化是人眼所不能观察的(视觉暂留效应)，但却会使光电检测电路产生一连串的脉冲，如图5.16所示。第25页，共28页，编辑于2022年，星期一 当用户在光笔上按动按钮开关时，光电脉冲输出允许，光栅扫描到光笔所处像点时，光笔就向接口电路送出一个负脉冲。CPU用I
20、N命令读出状态寄存器，状态寄存器为4位，其中b3、b0位表示接口扫描状态，b2、b1表示光笔状态，光笔连接原理如图5.17所示。第26页，共28页，编辑于2022年，星期一5.4.4 游戏操纵杆游戏操纵杆 操纵杆被广泛应用于图像浏览、处理系统，用于图像的快速滚动操作。操纵杆通过转动手柄使相连接的电位器的电阻值发生变化，然后通过电阻-频率（或周期）转换器，转换为数字脉冲，传送给计算机确定手柄的变化量，进而确定图像的滚动量大小。第27页，共28页，编辑于2022年，星期一5.4.5 图形板和画笔图形板和画笔 画笔(Stylus)为笔状，但它不是光笔，它不是用于在CRT屏幕上绘制图形，而是用于图形板
21、(Tablet)。当画笔接触到图形板上的某一位置时，画笔在图形板上的位置坐标就会自动传送到计算机，随着画笔在图形板上的运动就可以在屏幕上画出图形。图形板和画笔相结合构成二维坐标的输入系统，主要用于输入工程图、广告图形创意输入等。一般可将工程图纸贴于图形板上，画笔沿图纸上的图形移动，读取图形坐标，即可输入工程图，图形板和画笔功能类似于数字化仪。为了提高读图精度，画笔也可用游标(Cursor)代替画笔与图形板配合使用。游标是一个手持的方形坐标读出器，游标上有一块透明玻璃，玻璃上刻有十字标记，十字标记的中心就是游标的中心，使用时将游标中心对准图纸坐标点上，它比画笔读取的坐标更精确。图形板与计算机的连接一般使用RS-232C异步串行接口，计算机可设置图形板的工作方式，如点方式、流方式、开关流方式等，不同的工作方式的数据格式略有不同。第28页，共28页，编辑于2022年，星期一