《人机交互设备》PPT课件.ppt

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1、 输入设备(键盘、鼠标、扫描仪)显示系统 音频设备 打印机11.1.1 键盘 键盘是计算机的主要输入设备。1.键盘原理 键盘有机械式和电容式两种。机械式键盘的电路原理如图，每个键对应一个常断开关，通过CPU扫描按下的键。11.1 11.1 输入设备输入设备(键盘键盘)并行输出端口输入CPU键盘接口计算机 主机 键盘接口2.键盘接口 PC机键盘接口有PC/AT(大口)、PS/2(小口)、USB、红外和无线几种，目前使用最多的是PS/2接口。11.1 输入设备输入设备(键盘键盘)31542数据时钟地线电源264135数据地线电源时钟PC/AT接口PS/2接口3.键盘的类型从按键数量分：83键、84

2、键、101键、102键、.,目前常用的有 104键、108键等。从外表和功能分：人体工程学键盘、无线键盘、防水键盘、多 媒体键盘等。11.1 输入设备输入设备(键盘键盘)多媒体键盘无线键盘人体工程学键盘11.1.2 鼠标 鼠标是计算机的主要的指点式外设，在Windows操作几乎不可缺少。机械式鼠标结构：11.1 输入设备输入设备(鼠标鼠标)Y 输出的光“遮断”轮X 轴滚轮Y 轴滚轮光源光监测器X 输出的光“遮断”轮光源光监测器滚球1.鼠标的分类q按内部结构：按内部结构：机械式、光机式、光电式机械式鼠标：基本淘汰。光机式鼠标：机械和光电相结合，外表与机械式一样，寿命和精度比机械式高。目前常用。光

3、电式鼠标：由带网格的底版(垫)和鼠标两部分组成，依靠光反射确定鼠标的位移。用于对精度要求较高的场合。两种鼠标比较：机械式成本低，易磨损，精度低；光学式成本高，耐用，精度高。11.1 输入设备输入设备(鼠标鼠标)q按键数分类：按键数分类：有两键、三键和多键。三键中的中键和多键可以根据需要设置其功能。q按鼠标器接口分类：按鼠标器接口分类：串行口：一般PC机有2个串行口，鼠标可以插在COM1或COM2。PS/2(鼠标专用接口)：多数计算机的主板都有内置的专用鼠标口，目前 使用最多。USB接口：与前两种比较，USB连接方便，热插拔，即插即用等优点。无线接口。鼠标选择：11.1 输入设备输入设备(鼠标鼠

4、标)2键鼠标2键3D鼠标带滚轮3键轨迹球光学鼠标3键 PC mouse2键3D鼠标无线、带滚轮4键3D鼠标光学、带滚轮11.1.3 扫描仪 用途:将印刷品的内容以图像方式输入计算机。图像占用的信息量大。除图片、照片等图形文稿外，配合文字识别软件，还可以将扫描的文稿转换为计算机的文本形式。11.1 输入设备输入设备(扫描仪扫描仪)1.扫描仪的结构原理 扫描仪一般由机械传动、光成像和电路三大部分组成。机械传动机械传动：光源和镜面的纵向平移。光成像光成像：将横向光线反射到光敏器件。电路电路：由A/D、控制和接口组成。11.1 输入设备输入设备(扫描仪扫描仪)机械传动、光成像和转换电路三部分相互配合将

5、反射图像特征的光信号转换为计算机可接受的电信号。感光元件是扫描仪的核心部件，它为一线状(单色或三色)光电转换器件，横向整行光信号经过几次反射后到达感光器件，决定着扫描仪的横向分辨率和色彩深度，目前使用的扫描仪大多采用CCD(电耦合器件)，是一种成熟的技术。另一种感光器件是CIS(接触式感光器件)，是一种发展中的感光技术。11.1 输入设备输入设备(扫描仪扫描仪)11.1 输入设备输入设备(扫描仪扫描仪)2.扫描仪的性能和指标扫描仪的性能和指标q 分辨率分辨率(每英寸横向点数每英寸横向点数 每英寸纵向点数每英寸纵向点数)光光学学分分辨辨率率：扫描仪固有分辨率，横向取决于CCD(电耦合器件)，纵向

6、取决于机械精度。是扫描仪的最重要技术指标，直接决定扫描仪扫描图像的清晰程度。一 般 光 学 分 辨 率 有 300X600dpi(家 用 普 及)、600X1200 dpi(商用中挡)和1200X2400dpi(专业高档)几种。最大分辨率最大分辨率：经过软件插值运算的图象分辨率。插值运算q 色彩深度色彩深度/灰度灰度 扫描仪有彩色和黑白两种，彩色扫描仪可扫描黑白图象。扫描仪有彩色和黑白两种，彩色扫描仪可扫描黑白图象。彩色深度彩色深度(灰度灰度)：指扫描彩色指扫描彩色(黑白黑白)图象时每个像素所占用的位数。图象时每个像素所占用的位数。一般彩色扫描仪有一般彩色扫描仪有2424位、位、3030位、位

7、、3636位和位和4848位几种，一般光学分辨率位几种，一般光学分辨率 为为300 300 600DPI600DPI的扫描仪色彩深度为的扫描仪色彩深度为2424、30bit30bit；而而600 600 1200DPI 1200DPI的的 扫描仪可为扫描仪可为3636、48bit48bit。黑白扫描仪多为黑白扫描仪多为8 8位位(256(256级灰度级灰度)。q 扫描仪接口扫描仪接口 一般有并行口、USB和SCSI接口。q 扫描幅面有扫描幅面有A4和和A3两种，两种，A3幅面较贵。幅面较贵。其他性能如透射稿扫描、底片扫描、实物扫描等其他性能如透射稿扫描、底片扫描、实物扫描等11.1 输入设备输

8、入设备(扫描仪扫描仪)Acer 640 A4 600X1200 48BitEpson GT-10000 A3600X2400、24BitEpson GT-1000 A3600X2400 36BitCanon FB636 A4600X1200 36BitEpson 1200/Photo1200X2400 36Bit3.几款扫描仪几款扫描仪计算机操作(人机对话)平台的发展：过去：电传打字机过去：电传打字机 目前：键盘目前：键盘+鼠标鼠标+CRT+CRT显示显示 将来：键盘将来：键盘+笔笔+平板显示，语音输入、投影平板显示，语音输入、投影11.2 显示系统显示系统计算机显示系统由：显示适配器(显示卡

9、)和显示器组成。11.2 显示系统显示系统计算机主机系统总线显示适配器显示接口显示器ISAEISAVESAPCIAGPMDA(字符)HGA(图形)CGA(图形)EGA(图形)VGA(图形)SVGA(图形)XGA(图形)CRTLCD投影单色多灰度彩色显示适配器：字符 低分辨率图形高分辨率图形显示器：单色CRT彩色CRT LCD11.2 11.2 显示系统显示系统(CRT)(CRT)11.2.1 CRT(Cathode-Ray Tube)显示器1.CRT原理 电子束经过聚焦和加速后在偏转控制下轰击到涂有荧光粉的屏面，使被轰击点发光。颜色：因荧光粉成分不同而异 亮度：和电子束强度有关 坐标：受场(纵

10、向)、行(横向)偏 转电流控制。电子束11.2 11.2 显示系统显示系统(CRT)(CRT)扫描扫描：在偏转系统作用下，电子束在屏幕上有规律的运动叫做 扫描。扫描过程：扫描过程：q 计算机的CRT显示器一般采用光栅扫描，既将屏幕的左上角作为起点，让电子束沿水平方向，从左到右均匀运动，所经过的地方连成一条直 线，称为扫描一行。称为扫描一行。q 一行扫完，电子束以极快的速度回到左上角下一行开始位置，此过程称此过程称 为回扫。为回扫。正扫和回扫构成一个水平扫描周期。水平扫描周期。q 继续上述扫描周期，自上而下，直到屏幕最末一行右下脚为止。q 一帧扫描完毕，迅速返回到左上角，又开始下一帧。一帧的正扫

11、与回扫 构成一个垂直扫描周期。垂直扫描周期。以上有规律的运动叫做光栅扫描。以上有规律的运动叫做光栅扫描。见下图见下图垂直周期正向反向水平周期正向反向11.2 11.2 显示系统显示系统(CRT)(CRT)光栅扫描又分为逐行扫描和隔行扫描：光栅扫描又分为逐行扫描和隔行扫描：v 逐行扫描是一行接一行逐次扫描，一次扫描完成一帧画面。逐行扫描是一行接一行逐次扫描，一次扫描完成一帧画面。v 隔行扫描是将一幅画面分为两次扫描，一次先扫奇数行，另一次扫偶隔行扫描是将一幅画面分为两次扫描，一次先扫奇数行，另一次扫偶 数行。隔行扫描是为增加帧频，以克服闪烁现象。数行。隔行扫描是为增加帧频，以克服闪烁现象。11.

12、2 .2 显示系统显示系统(CRT)(CRT)由显示适配器送到显示器的信号主要有垂直同步(V)、水平同步(H)和三基色信号(R,G,B)。视频放大水平扫描垂直扫描RGBHV彩色显象管：彩彩色色成成像像：三三基基色色原原理理任任何何颜颜色色都都可可以以由由红红(R)、绿绿(G)、蓝蓝(B)三三种种基基本本颜颜色色按按一一定定比例混合而成。比例混合而成。彩彩色色显显示示器器的的每每一一个个点点都都由由红红、绿绿、蓝蓝三三个点组成。个点组成。11.2 11.2 显示系统显示系统(CRT)(CRT)2.CRT2.CRT的主要技术指标：的主要技术指标：尺寸尺寸：屏幕对角线长度(英寸)，有14、15、17

13、、19、20英寸等。点距点距：两个同色光点间的距离(mm)，一般为0.28mm，较高挡 产品为0.240.21mm。像素和分辨率像素和分辨率：像素是组成图像的最小单位，即为发光的点点，分辨率是像素的数目。用：每行点数每行点数 行数行数 来表示，有 640X480、800X600、1024X768、1280X1024、1600X1200等，一般满足4:3。带宽带宽：电子束每秒钟扫过的点数。表示显示器电路可以处理的 频率范围。用分辨率分辨率 刷新频率刷新频率来表示。带宽值越大，显示器性能越好。其他其他：固定频率与自动跟踪、线性调整与数字控制、直角平面 等。11.2 11.2 显示系统显示系统(LC

14、D)(LCD)11.2.2 LCD(Liquid Crystal Display)液液晶晶显显示示器器q LCD是一种新型的平板显示器，屏幕上的每一个点都有独立的发光机制。q 有黑白多灰度和全彩色两种，彩色LCD有无源阵列和有源阵列两种。q 黑白多灰度一般用于抵挡笔记本和中抵挡掌上电脑。q 无源彩色阵列的成本低于有源彩色阵列，但显示的亮度和响应速度不及有源彩色阵列。LCDLCD的主要技术指标：的主要技术指标：响应时间（速度）响应时间（速度）：LCD屏幕内容的更新速度。文本显示要求响应时间为250 500ms。图形界面要求响应时间为100 200ms。视频显示要求响应时间为30 50ms(有源阵

15、列)。亮度亮度：一般指LCD背光的亮度。对比度对比度：全开状态像素与关状态像素的亮度比。一般为10:1 100:1 视角视角：LCD有效观察视线与显示平面法线的夹角。LCDLCD和和CRTCRT的比较的比较CRTCRT：技术成熟，成本低，显示效果好，耗电大，体积大。：技术成熟，成本低，显示效果好，耗电大，体积大。LCDLCD：体积小，耗电少，显示效果稍差，成本高。：体积小，耗电少，显示效果稍差，成本高。11.2 11.2 显示系统显示系统(LCD)(LCD)11.2 显示系统显示系统(适配器适配器)11.2.3 显示适配器显示适配器 计计算算机机与与监监视视器器之之间间的的接接口口，同同时时将

16、将信信号号发发送送到到显显示示器器上上呈现图像信息。呈现图像信息。1.显示标准 PC机的显示系统的发展过程：字符图形 单色彩色 低分辨率高分辨率11.2 显示系统显示系统(适配器适配器)MDA:(Monochrome Display Adapter)单色显示适配卡HGA:(Hercules Graphics Adapter)大力神图形卡CGA:(Color Graphics Adapter)彩色图形适配器EGA:(Enhanced Graphics Adapter)增强型图形适配器VGA:(Video Graphics Array)视频图形阵列SVGA:(Super Video Graphic

17、s Array)超级视频图形阵列XGA:(eXtended Graphics Adapter)扩展图形阵列适配卡MDAHGACGAEGAVGASVGAXGA标准显示模式字符字符/图形字符/图形字符/图形字符/图形字符/图形字符/图形最高分辨率720X350720X350640X200640X350640X4801600X12001024X768最大色彩数2(单色)2(单色)41625616M64KPC机显示标准：2.显示模式 显示模式有字符模式和图形模式两种。字字符符模模式式：显示单位为字符，将字符的ASCIIASCII码及显示属性送显示适配器，适配器将所显示字符的ASCIIASCII码转换成

18、字模。图图形形模模式式：显示单位为像素。直接将像素的RGB分量或色彩编码送显示缓冲区。显示缓冲区A固化字模库ASCII码显示缓冲区像素数据调色板寄存器组11.2 显示系统显示系统(适配器适配器)3.标准VGAVGA显示模式 目前Windows的最低显示标准。640480，16色。4.PCPC显示系统的发展 目前PC机常用的显示模式主要有：800X600 64K(16Bits)/16M(24Bits)色 1024X768 64K(16Bits)/16M(24Bits)色 其他高级功能：2D2D加速加速：用于窗口更新、图形、2维动画、VCD/DVD播放加速。3D3D加速加速：用于3维漫游、虚拟现实

19、加速。11.2 显示系统显示系统(适配器适配器)5.显示适配器 构成图形控制器：数据逻辑运算时序发生器：产生各部分同步定时CRT控制器：产生行、场扫描信号调色板寄存器：完成色彩查表显示BIOS：固化的显示卡操作程序显示存储器显示BIOS串行发生器调色板寄存器组总线图形控制器数摸转换器CRT控制器RGBVH时序发生器地址数据PCI/AGP并行数据串行数据真色彩数据11.2 显示系统显示系统(适配器适配器)显示存储结构 显显示示存存储储器器：用于存储显示的数据，容量取决于最高分辨率和色彩数。显显示示存存储储器器和和显显示示像像素素的对应关系：的对应关系：显显示示存存储储器器的的存存储储结结构构有有

20、位位平平面面结结构构和和线线性性存存储储结构两种。结构两种。位位平平面面结结构构：用用于于 16色色显显示模式。示模式。线线性性存存储储结结构构：用用于于256色色及及64K色色，每每个个像像素素用用一一个个字节来表示。字节来表示。100010011000100116色位平面结构256色线性存储结构11.2 显示系统显示系统(适配器适配器)总线：目前的显示卡几乎全部为PCI和AGP总线。使用PCI总线的PCI显示适配卡被设计成即插即用设备。AGP加速图形端口，主要用于显示适配器。传输方式数据位宽总线时钟最高速度扩展槽数PCI同步32位33MHz133MB/s5AGP同步32位66MHz533M

21、B/s111.2 显示系统显示系统(适配器适配器)VGAVGA接口接口 目前使用SVGA，是VGA的扩充。SVGA接口使用DB15连接器，主要信号有RGB视频、水平和垂直同步、显示器标识和地线。12345红视频绿视频蓝视频显示器标识2数字地出出出入678910红模拟地绿模拟地蓝模拟地同步地1112131415显示器标识0显示器标识1水平同步垂直同步显示器标识3入入出出入11.2 显示系统显示系统(适配器适配器)11.3 音频设备音频设备11.3.1 音频设备的发展和用途音频设备的发展和用途 声卡由CREATIVE(创通)公司于80年代后期研制成功。声卡的主要功能是数字化录音/放音和数字化音乐合

22、成。声卡作为PC机的重要部分，主要用途：多媒体娱乐软件 商业演示和培训声音效果 音频会议和网络电话 PC机的朗读功能 .11.3.2 声卡的工作原理1.音频数字化原理101011101011010110111000000011101000111110010011模拟音频信号模拟音频信号音频文件将将模模拟拟音音频频信信号号转转换换为为数数字字音音频频信信号号：ADC(Analog-ADC(Analog-to-Digital Conversion)to-Digital Conversion)将将数数字字音音频频信信号号转转换换为为模模拟拟音音频频信信号号：DAC(Analog-DAC(Analog

23、-to-Digital Conversion)to-Digital Conversion)11.3 音频设备音频设备54321-1-2-3-4-5对波形进行抽样对抽样值进行数字化(AD)成为数字化文件将数字化文件变换为电压波形(D/A)经过低通滤波tttt香农定理：当抽样频率大于信号最高频率的2倍时，可根据抽样值完全恢复源波形。2.音频数字化的主要指标 采样频率：每秒对音频信号的采样次数，抽样频率越高，保真度越高。一般在11.02544.1KHz，。数字化精度：8位/16位。影响量化的信号噪声比。8位量化 有较明显的背景噪声。电话质量：11.025KHz/8bit AM广播质量：22.5KHz

24、/8bit CD质量：44.1KHz/16bit DVD音频：96KHz/16bit11.3 音频设备音频设备3.MIDI(Musical Instrument Digital Interface)MIDI(Musical Instrument Digital Interface)系统系统 将各种乐器的音符进行编码，音符的发音利用数字化合成。这样计算机可以直接按乐谱合成乐曲。曲谱的编码文件称为MIDI文件(.MID)。声卡的音效合成部分的主要指标是通道数(可以同时合成的乐器数)和复音数(影象合成保真度)。4.4.声卡的接口声卡的接口 声卡的音频输入一般有麦克风输入和线路输入(用于连接音源设备)

25、，音频输出有扬声器输出和线路输出(用于连接音源设备)。（见下页图）MIDI接口和游戏杆接口，两接口共用一个DB15连接器。卡上音频输入，用于连接来自光驱的音频。11.3 音频设备音频设备11.3 音频设备音频设备11.4 打印机打印机 目前用于计算机的打印机主要有针式打印机、激光打印机和喷墨打印机。除通用打印机外，有各种专用打印机，如各种票据打印机、条形码打印机等。1.三种常用打印机的比较针式打印机：针式打印机：成本较低、耐用、可多联复写打印、消耗低。打印质量差、速度慢、噪声大、不能打印全彩色 和多灰度。激光打印机：激光打印机：打印质量高、速度快、噪声小。成本高(尤其是 彩色激光打印机)。喷墨打印机：喷墨打印机：打印质量高、成本低。消耗大、速度慢。2.打印机的主要指标 打印幅面(A3/A4)、速度(页/分钟)、分辨率(点/英寸)。3.打印机接口 一般为并行口，也有串行口和USB接口产品。接口速度对打印速度影响不大。Epson LQ-1600K24针，A3幅面 针式打印机Lexmark S1855A4幅面，1200dpi高速黑白激光打印机Canon BJC-8200A4幅面，照片质量彩色喷墨打印机11.4 打印机打印机