微机原理-第10章_人机交互设备接口.ppt

1第八章第八章 人机交互设备接口人机交互设备接口8 8.1.1 键盘及其接口键盘及其接口教学重点教学重点人机交互设备的接口特性人机交互设备的接口特性显示适配器的工作原理显示适配器的工作原理2第八章第八章键盘及其接口键盘及其接口8.1 8.1 键盘及其接口键盘及其接口 键盘是微机系统中最基本的输入设备。由键盘是微机系统中最基本的输入设备。由排列成矩排列成矩阵形式的按键开关阵列组成。阵形式的按键开关阵列组成。根据功能可把键盘分为两种基本类型：根据功能可把键盘分为两种基本类型：p编码键盘：编码键盘：能自动检测按键，并以串能自动检测按键，并以串/并方式将对并方式将对 应功能键码应功能键码(如如ASCIIASCII码码)送给送给CPUCPU。p非编码键盘：非编码键盘：只提供键盘的行列矩阵值，按键的识只提供键盘的行列矩阵值，按键的识 别和键值的确定、输入等均由主机软件完成。别和键值的确定、输入等均由主机软件完成。3第八章第八章键盘及其接口键盘及其接口非编码键盘的接口功能非编码键盘的接口功能_1_11 1、非编码键盘的接口功能、非编码键盘的接口功能 目前微机系统通常采用非编码键盘。下面以由机械目前微机系统通常采用非编码键盘。下面以由机械 式有触点按键组成的非编码键盘为例说明。式有触点按键组成的非编码键盘为例说明。键盘接口的基本功能键盘接口的基本功能:去抖动去抖动防串键防串键被按键的识别和键码的产生被按键的识别和键码的产生下一节4去抖动去抖动 每个按键在按下和松开时，都会有每个按键在按下和松开时，都会有5 520ms20ms的抖动的抖动过程，识别时应避开这段不稳定时间。过程，识别时应避开这段不稳定时间。去抖动方法：去抖动方法：u软件延时法：软件延时法：发现有键按下发现有键按下/释放时，延迟一段时释放时，延迟一段时 间再检验。间再检验。适合键数目较多的场合。适合键数目较多的场合。u硬件消抖法：硬件消抖法：在键开关和微机接口间加消抖动电路在键开关和微机接口间加消抖动电路 (双、单稳态电路，双、单稳态电路，RCRC滤波器等滤波器等)。适合键数目较少采用。适合键数目较少采用。第八章第八章键盘及其接口键盘及其接口非编码键盘的接口功能非编码键盘的接口功能_2_2返回返回5防串键防串键 串键串键是指是指多个键同时按下多个键同时按下(重键重键)或或前面键未释放又按前面键未释放又按下新的键下新的键(连击连击)时产生的问题。时产生的问题。解决串键一般有三种方法：解决串键一般有三种方法：第八章第八章键盘及其接口键盘及其接口非编码键盘的接口功能非编码键盘的接口功能_3_3返回返回多个键同时按下时，暂不读键码，只认多个键同时按下时，暂不读键码，只认最最后释放的键后释放的键为正确按键，并读其键码。为正确按键，并读其键码。当一个键被按下时，只读当一个键被按下时，只读最先按下键最先按下键的键的键码，忽略其它。此法实现简单，常用。码，忽略其它。此法实现简单，常用。循环扫描各个键，将一个或多个同时按下循环扫描各个键，将一个或多个同时按下的键顺序检测并读取对应的键码。的键顺序检测并读取对应的键码。（PCPC系列机键盘采用此法，系列机键盘采用此法，形成组合键形成组合键）N N键串行键串行循环法循环法N N键连锁键连锁双键锁定双键锁定6被按键的识别和键码的产生被按键的识别和键码的产生 这是键盘接口要解决的主要问题，通常采用硬件、这是键盘接口要解决的主要问题，通常采用硬件、软件结合的办法解决。软件结合的办法解决。识别按键的常用方法：识别按键的常用方法：第八章第八章键盘及其接口键盘及其接口非编码键盘的接口功能非编码键盘的接口功能_4_4返回返回由程序逐由程序逐行行(列列)对键盘进行扫描，通过对键盘进行扫描，通过检测检测列列(行行)状态来确定闭合键。状态来确定闭合键。（此法需输入、输出端口各一个）（此法需输入、输出端口各一个）通过行、列交替分两次扫描与检测来通过行、列交替分两次扫描与检测来识别闭合键。识别闭合键。（此法需两个可编程双向（此法需两个可编程双向I/OI/O端口）端口）行行/列扫描法列扫描法线反转法线反转法7行行扫扫描描式式键键盘盘接接口口实实例例6 6根行线根行线输出线输出线5 5根列线根列线输入线输入线 利用写入端口利用写入端口8CH8CH的行值和从端口的行值和从端口90H90H读回的列值，读回的列值，可确定被按键的行列座标编码，通过查表可得到反映可确定被按键的行列座标编码，通过查表可得到反映键功能的键值。键功能的键值。第八章第八章键盘及其接口键盘及其接口行行/列扫描式键盘接口方法列扫描式键盘接口方法_1_12 2、行、行/列扫描式键盘接口方法列扫描式键盘接口方法（广泛应用）（广泛应用）依次写依次写01H 01H(02H/04H/08H/10H(02H/04H/08H/10H/20H)/20H)至端口至端口8CH8CH，对应的行线对应的行线LiLi为为0 0，其余各行为，其余各行为1 1。读端口读端口90H90H，若，若各列状态为全各列状态为全1 1，无键按下，返回上无键按下，返回上一步；若某行各列一步；若某行各列状态有状态有0 0，有键按，有键按下，不再往下扫描，下，不再往下扫描，进入下一步。进入下一步。初始状态：初始状态：5 5根列根列线线R0R0R4R4在没有键在没有键被按下时，均处被按下时，均处 于固定于固定“1 1”状态。状态。8第十章第十章键盘及其接口键盘及其接口行行/列扫描式键盘接口方法列扫描式键盘接口方法_2_2 在上图接口电路的基础上，可通过编程完成在上图接口电路的基础上，可通过编程完成对键盘的扫描对键盘的扫描、按键按键的识别的识别、键码产生键码产生以及以及实现相应的功能实现相应的功能。下图为该流程图：。下图为该流程图：输出扫描码：置全部行线为输出扫描码：置全部行线为0 0置规定行线为置规定行线为0 0、其它行线为、其它行线为1 1延时延时20ms20ms，去抖动，去抖动对应行线、列线形成键编码对应行线、列线形成键编码返回显示程序返回显示程序有列线为有列线为0 0？有列线为有列线为0 0？行检查完？行检查完？行数加行数加1 1输入列线状态输入列线状态行线行线1 1转下页转下页键的扫描、识别、键的扫描、识别、处理程序流程图处理程序流程图确定有无键按下确定有无键按下识别何键按下识别何键按下Y YY YY YN NN NN N9第八章第八章键盘及其接口键盘及其接口行行/列扫描式键盘接口方法列扫描式键盘接口方法_3_3键的扫描、识别、键的扫描、识别、处理程序流程图处理程序流程图(续续)根据键编码查表键序号根据键编码查表键序号(键值键值)延时延时20ms20ms，去抖动，去抖动键释放了吗？键释放了吗？根据键值判定键种类根据键值判定键种类数字键处理数字键处理(如存入如存入显示缓冲区以显示显示缓冲区以显示)命令键处理命令键处理接上页接上页Y YN N键处理键处理(找出键值，找出键值，完成键功能完成键功能)10第八章第八章键盘及其接口键盘及其接口线反转法线反转法线反转法线反转法 也称反转法，其基本思路是：也称反转法，其基本思路是：第一步：第一步：向行线输出全向行线输出全0 0，读入列线的值并判别，读入列线的值并判别，为为0 0的列线对应被按键所在的列；的列线对应被按键所在的列；通过以上两步，可获得被按键的行列值。通过以上两步，可获得被按键的行列值。注意：此法行和列各需一个注意：此法行和列各需一个双向双向I/OI/O端口。端口。第二步：第二步：以第一步读入的列值向列线输出，同时读以第一步读入的列值向列线输出，同时读 回行线的值并判别，为回行线的值并判别，为0 0的行线必是被按的行线必是被按 键所在的行。键所在的行。11第八章第八章键盘及其接口键盘及其接口PCPC系列机键盘及接口系列机键盘及接口_1_13 3、PCPC系列机键盘及接口系列机键盘及接口 常用键盘：常用键盘：8383键、键、101101键、键、104104键等键等 高档微机多采用高档微机多采用104104键电容式无触点开关键盘。键电容式无触点开关键盘。16168 8键开关键开关矩阵矩阵译译码码器器IntelIntel80488048串串行行接接口口IntelIntel80428042CPUCPU键盘键盘缓缓冲冲区区键键 盘盘主机板主机板6 6芯电缆：芯电缆：主机提供主机提供+5V+5V、地、地线；键盘使用线；键盘使用数据线数据线和和时钟时钟线线向主机发送扫描码，采用向主机发送扫描码，采用串行半双工方式；主机也用串行半双工方式；主机也用这两根线向键盘发控制信号这两根线向键盘发控制信号pPCPC机键盘：机键盘：80488048单片机是单片机是核心，负责采用行核心，负责采用行/列扫描列扫描法对键盘矩阵进行扫描、去法对键盘矩阵进行扫描、去抖动、产生键盘扫描码和向抖动、产生键盘扫描码和向主机发送数据。主机发送数据。3 34 46 61 12 25 5PS/2PS/2键盘接口引脚键盘接口引脚1:1:数据数据；2:2:保留；保留；3:3:地；地；4:+5V;5:4:+5V;5:时钟时钟；6:6:保留保留数据、时钟线两端为数据、时钟线两端为OCOC门门时钟线：通信协调功能时钟线：通信协调功能12第八章第八章键盘及其接口键盘及其接口PCPC系列机键盘及接口系列机键盘及接口_2_2pPCPC系列机的键盘接口系列机的键盘接口 通常采用单片机通常采用单片机(如如Intel8042)Intel8042)作为控制核心。作为控制核心。主要完成以下工作：主要完成以下工作：接收来自键盘的按键扫描码接收来自键盘的按键扫描码 对按键扫描码进行奇偶校验对按键扫描码进行奇偶校验 控制和检测传送数据的时间控制和检测传送数据的时间 对接收的数据进行串对接收的数据进行串并转换并转换 转换按键扫描码转换按键扫描码(键值键值)为系统扫描码为系统扫描码 接收并执行系统命令接收并执行系统命令 向系统发键盘中断向系统发键盘中断(请求主机处理键盘代码请求主机处理键盘代码)13第八章第八章键盘及其接口键盘及其接口PCPC系列机键盘及接口系列机键盘及接口_3_3p键盘与主机间的通信键盘与主机间的通信 无通信时，无通信时，时钟线时钟线和和数据线数据线均处于高电平状态。均处于高电平状态。有键按下或键盘要向主机回送命令时，键盘要发送。有键按下或键盘要向主机回送命令时，键盘要发送。主机向键盘发送数据时，也要先检测时钟线状态。主机向键盘发送数据时，也要先检测时钟线状态。来自键盘的数据完整时，就等待接收完毕；来自键盘的数据完整时，就等待接收完毕；若数据不完整时，则强制将时钟线置为低电平若数据不完整时，则强制将时钟线置为低电平(60ms)(60ms)。发送中，键盘要不断发送中，键盘要不断(每隔每隔60ms)60ms)测试时钟线状态。测试时钟线状态。时钟线长时间为低时，键盘立即停止发送。时钟线长时间为低时，键盘立即停止发送。发送前，首先检查时钟线和数据线。发送前，首先检查时钟线和数据线。时钟线低：线路禁止传输；时钟线低：线路禁止传输；时钟线高、数据线低：主机请求发送，键盘准备接收；时钟线高、数据线低：主机请求发送，键盘准备接收；时钟线高、数据线高：键盘可向主机发送数据。时钟线高、数据线高：键盘可向主机发送数据。14第八章第八章键盘及其接口键盘及其接口PCPC系列机键盘及接口系列机键盘及接口_4_4主机键盘接口处理键盘数据主机键盘接口处理键盘数据 当主机键盘接口将正确数据送入输出缓冲器后，当主机键盘接口将正确数据送入输出缓冲器后，产生硬件中断请求产生硬件中断请求IRQIRQ1 1，系统调用，系统调用INT 9HINT 9H 软中断软中断 服务程序进行键盘代码处理。服务程序进行键盘代码处理。INT 9H INT 9H 功能功能 (键盘数据存入缓冲区键盘数据存入缓冲区)读取来自键盘的系统扫描码或命令；读取来自键盘的系统扫描码或命令；处理命令代码；处理命令代码；将扫描码转换为双字节的将扫描码转换为双字节的ASCIIASCII码码(系统扫描码系统扫描码 ASCIIASCII码码)或扩展码或扩展码(全全0 0字节字节ASCIIASCII码码)，存，存入入BIOSBIOS数据区的数据区的3232字节键盘缓冲区。字节键盘缓冲区。注意：系统从键盘缓冲区取键码数据，一般用注意：系统从键盘缓冲区取键码数据，一般用 BIOS INT 16HBIOS INT 16H 或或 DOS INT 21HDOS INT 21H 完成。完成。15第八章第八章显示器及其接口显示器及其接口10.2 10.2 显示器及其接口显示器及其接口 显示器显示器：计算机最基本的输出设备：计算机最基本的输出设备 显示字符、数据、图形、图像等显示字符、数据、图形、图像等 最直接的人机交互窗口最直接的人机交互窗口显示器的主要种类：显示器的主要种类：LED(Light Emitting Diode)LED(Light Emitting Diode)发光二极管显示器：发光二极管显示器：主要用于显示数字、字符，简单，价格便宜。主要用于显示数字、字符，简单，价格便宜。CRT(Cathode Ray Tube)CRT(Cathode Ray Tube)阴极射线管显示器：阴极射线管显示器：主要用于显示文字、图形、图像等，亮度高，色彩逼主要用于显示文字、图形、图像等，亮度高，色彩逼 真，价格适中。真，价格适中。LCD(Liquid Crystal Display)LCD(Liquid Crystal Display)液晶显示器：液晶显示器：主要用于显示文字、图形、图像等，色彩逼真，体积主要用于显示文字、图形、图像等，色彩逼真，体积 小，功耗低，价格略高。小，功耗低，价格略高。16第八章第八章显示器及其接口显示器及其接口LEDLED显示器及接口显示器及接口_1_11 1、LEDLED显示器及接口显示器及接口(以以8 8段段LEDLED显示器为例显示器为例)aabbccdd3effgg1 2edp4dp5769810+5V/+5V/地地+5V/+5V/地地结构和引脚图结构和引脚图举例：举例：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 段码段码 db g f e d c b adb g f e d c b a共阴：共阴：0 1 0 0 1 1 1 1 4FH0 1 0 0 1 1 1 1 4FH共阳：共阳：1 0 1 1 0 0 0 0 B0H1 0 1 1 0 0 0 0 B0Hbaceddpfg+5V+5VR R8 8共阳极接法共阳极接法低低电电平平有有效效baceddpfgR R8 8共阴极接法共阴极接法高高电电平平有有效效17第八章第八章显示器及其接口显示器及其接口LEDLED显示器及接口显示器及接口_2_2一位一位LEDLED显示器接口显示器接口 要显示某字符，只需用要显示某字符，只需用OUTOUT指令将该字符对应的指令将该字符对应的段码送到输出端口段码送到输出端口(设为设为40H)40H)即可即可:MOV AL MOV AL，0B0H ;0B0H ;数字数字3 3的段码为的段码为B0HB0H OUT 40H OUT 40H，ALAL3003008 88 8位位锁锁存存器器DBDB0 07 7_IOWIOW40H40HQ Q0 0Q Q1 1Q Q2 2Q Q3 3Q Q4 4Q Q5 5Q Q6 6Q Q7 7&D D0 0D D7 7+5V+5Va ab bc cd de ef fg gdpdpa ab bc cd de ef fg gdpdp阳极阳极18第八章第八章显示器及其接口显示器及其接口LEDLED显示器及接口显示器及接口_3_3多位多位LEDLED显示器接口显示器接口多位静态显示多位静态显示 各位独立驱动的显示方式，每位用一各位独立驱动的显示方式，每位用一 个并行输出口驱动。个并行输出口驱动。占用资源多。占用资源多。多位动态显示多位动态显示 各位动态扫描，分时循环显示，共用各位动态扫描，分时循环显示，共用 两个并行输出口驱动。两个并行输出口驱动。可简化硬件，降低成本，减小功耗。可简化硬件，降低成本，减小功耗。19第八章第八章显示器及其接口显示器及其接口LEDLED显示器及接口显示器及接口_4_48 8位动态位动态LEDLED显示器接口原理图显示器接口原理图锁锁存存器器驱驱动动器器锁锁存存器器驱驱动动器器a ab bc cd de ef fg gdpdp阳极阳极阴极阴极b b7 7b b6 6b b0 0段码段码寄存器寄存器位码位码寄存器寄存器端口端口A A端口端口B B_CSCS_CSCSD D7 7D D0 0b bi i 低电平有效低电平有效共阴极共阴极LEDLED高高电电平平有有效效