《人机交互设备接口》PPT课件.ppt

浙江工业大学计算机学院浙江工业大学计算机学院1内容回顾内容回顾n并口基本概念并口基本概念l并行传输与串行传输的概念与特点。l并口的分类：基本并口电路、可编程并口电路。n8255A可编程并行接口可编程并行接口l内部结构、外部引脚。l8255A编程：方式选择控制字、C口置位/复位控制字。l8255A工作方式：方式0、1、2。nPC机中的并口应用机中的并口应用lPC/XT机：单片8255A，地址6063H。lPC/AT机：集成，地址和功能与PC/XT相同。23第七章第七章 人机交互设备接口人机交互设备接口显示器接口4鼠标接口2 LED接口3打印机接口5键盘接口1音频设备接口5(1)键盘分类键盘分类根据按键开关的结构：根据按键开关的结构：有触点式：机械式、弹簧式等。手感差、易磨损。无触点式无触点式：电容式电容式、电感式。手感好、寿命长。根据键盘插口形式根据键盘插口形式：大口、小口、USB口。4 7.1 键盘接口键盘接口根据键盘的编码方式：根据键盘的编码方式：编码键盘编码键盘由硬件电路硬件电路完成扫描、编码和传送，直接提供与按键相对应的编码信息，并完成去抖、防串键等功能。特点：响应速度快，但硬件结构复杂，价格较贵。非编码键盘非编码键盘键盘的扫描、编码和传送由软、硬件共同完成软、硬件共同完成。响应速度不如编码键盘快，但可通过修改软件重新定义按键，在需要扩充扩充键盘功能时非常方便。5目前主要使用非编码键盘非编码键盘。(2)键盘的工作原理（非编码键盘）键盘的工作原理（非编码键盘）线性键盘线性键盘适用于按键较少的专用键盘，每个按键都有一条数据每个按键都有一条数据线线送到计算机接口。缺点：按键较多时，数据线也增多，增加成本。6矩阵键盘矩阵键盘按键按照行列排放。优点：节省输入线。缺点：需要采用特殊的方法（行扫描法、行列反转法、行列扫描法）进行按键识别。7(1)判断有无键按下CPU首先向所有的行输出低电平，若无键按下，则所有列线为高。若有键按下，则该键所在的列线因与行线相连而变为低电平。CPU此时读取列线的值即可判断是否有键按下。(2)判断是哪个键按下（行扫描法）先向第0行输出低电平，其余行输出高电平，然后读取所有列线的值。若某一列为低，则说明0行与该列交叉位置的键被按下，扫描成功即可退出。若列线全为高，说明本行无键按下，则继续扫描下一行。依次类推，直到找到按键的位置后退出扫描。确定了行号和列号，可形成键盘扫描码。8n行扫描法行扫描法【例7-1】如图的矩阵键盘，其行线接8255A A口的低4位，列线接B口的低4位。A、B口均为方式0，A口输出，B口输入。试采用行扫描法编程读取键盘码。910Start：MOV AL，82H；设置8255A的工作方式 OUT 83H，AL；判别是否有键按下 MOV AL，00H；给A口输出00H OUT 80H，ALWait1：IN AL，81H；读入B口的值 AND AL，0FH；取低4位 CMP AL，0FH；比较 JZ Wait1；全1则无键按下，继续等待 CALL DELAY；延时，消除抖动消除抖动 IN AL，81H；再次读B口，测试有无低电平 AND AL，0FH CMP AL，0FH JZ WAIT1；全1则是干扰，继续等待11；判断哪个键按下 MOV CL，4；设置计数初值 MOV AL，0FEH；使A0=0，准备扫描第一行Check:OUT 80H，AL MOV AH，AL；保存行扫描码行扫描码 IN AL，81H；读B口 AND AL，0FH；取低4位 CMP AL，0FH；比较 JNZ Table；有键按下，转键值处理子程序 MOV AL，AH；无键按下，则修改行扫描码 ROL AL，1；循环左移1位 DEC CL；行数减1 JNZ Check；未扫描完4行，则继续 JMP START；重新扫描 12Table：CALL KeyValue ；AH=行扫描码，AL=列扫描码MOV AL，00 ；等待按键释放OUT 80H，ALWait2：IN AL，81H ；读B口AND AL，0FH ；取低4位CMP AL，0FH ；比较JNZ Wait2；按键未释放，则继续等待；后续处理KeyValue Proc CMP AX，0FE0EH ；是否为0行0列扫描码 JZ L0 ；0行0列按键时的分支处理 CMP AX，0FE0DH ；是否为0行1列扫描码 JZ L1 ；0行1列按键时的分支处理 .；依次对16个按键分别判断 RETKeyValue ENDP首先向所有的行输出低电平，然后读入列线。若有键按下，则该键所在的列线为低电平，其它列线为高电平。由此可获得列号列号。然后向所有列线输出低电平，读取行线，以同样的方法确定按键的行号行号。通过行号和列号确定按键的位置和编码。13n行列反转法行列反转法(1)行扫描依次向行线输出低电平，其余各行为高电平。每扫描一行，读取一次列线，若列线全为高电平，则没有键按下，若有一列为低电平，则有键按下，获取按键的行号和列号行号和列号，行扫描完成。(2)列扫描依次向列线输出低电平，然后读取行线值，再次获得按键的行号和列号行号和列号。(3)扫描码比较两次获得行号和列号相同，则键码正确，即获得按键的行列扫描码。14n行列扫描法行列扫描法(1)去抖现象：按键时，按键开关会在闭合和断开间跳动几次最后达到稳定状态，脉冲出现毛刺，持续时间小于10ms。后果：误判为多次按键。方法：硬件上，可采用RC滤波电路滤波电路消除抖动波形。软件上，可延时延时一段时间，等信号稳定后再次读取识别码。(2)重键由于误操作，同时按下2个或多个键。连锁法：不停地扫描键盘，仅承认最后一个闭合键仅承认最后一个闭合键。顺序法：识别到一个闭合键后，直到该键释放后再去识该键释放后再去识别其它按键别其它按键。15去抖与重键问题去抖与重键问题16内容概要内容概要显示器接口4鼠标接口2 LED接口3打印机接口5键盘接口1音频设备接口5l键盘的分类l键盘的工作原理(1)鼠标的工作原理鼠标的工作原理将鼠标在平面移动时产生的位移位移和方向方向信息转换为屏幕上光标的坐标位置坐标位置。(2)鼠标的分类鼠标的分类2键式、3键式。机械式、光电式等。有线式、无线式。并口、串口、PS/2口、USB口等。17 7.2 鼠标接口鼠标接口(3)鼠标的接口鼠标的接口MS串口 通过9针或25针DB头与计算机连接，连到主机的COM1或COM2口，采用RS-232C标准通信。18只用到：1.RTS 请求发送请求发送2.TXD 发送数据发送数据3.DTR 设备就绪设备就绪4.GND 信号地信号地PS/2 串口通过6针的微型头针的微型头与计算机连接。与MS串口鼠标的逻辑电平标准不同。MS串口鼠标使用RS-232C标准，为负逻辑标准，为负逻辑：“1”为-3V-15V；“0”为+3V+15V。PS/2鼠标为TTL电平电平：“1”为+5V，“0”为0V。19总线鼠标接口9针并口针并口，与插槽中的扩展卡连接。目前很少使用。USB鼠标接口广泛使用，支持热插拔。20(4)鼠标接口的编程鼠标接口的编程仅向PC机单向传输单向传输数据，没有端口地址端口地址，所有功能都由 INT 33H 功能来实现。INT 33H的功能号为03H（存放在AX中）时，可获取鼠标指针的按键状态按键状态和指针位置指针位置。返回的信息：BX=按键状态。位0（左键是否按下：按下为1，未按下为0）位1（右键是否按下：按下为1，未按下为0）位2（中键是否按下：按下为1，未按下为0）CX=水平坐标，单位：像素。DX=垂直坐标，单位：像素。21【例7-2】单步执行单步执行下列程序，当进行鼠标操作时，BX、CX和DX会返回相应的操作信息。22LL：MOV AX，03H INT 33H JMP LL23内容概要内容概要显示器接口4鼠标接口2 LED接口3打印机接口5键盘接口1音频设备接口5l鼠标的工作原理l鼠标的分类l鼠标的接口l鼠标接口的编程l主要用于显示信息，由LED发光二极管组成。l常用的LED显示系统有单个单个LED显示管、LED数码管数码管和LED点阵显示器点阵显示器等，工作原理类似。(1)LED显示器结构显示器结构24 7.3 LED接口接口l七段数码管：ag段用来显示10进制或16进制数字和字符，DP段用来显示小数点。举例举例l二极管导通，相应的段即发光。控制不同组合的段发光组合的段发光，就可显示各种数字和字符。l控制各发光段上的代码为段码段码；控制某个数码管的码为位码位码。lLED电路的2种接法25共阳极：共阳极：l阳极共接+5V。l发光段阴极接低电平才能导通发光。共阴极：共阴极：l阳极共接地。l发光段阳极接高电平才能导通发光。(2)LED显示器接口的编程显示器接口的编程 静态驱动（直流驱动）当显示某字符时，对应的二极管恒定的导通或截止恒定的导通或截止。每位数字均需一个8位的触发器来驱动。缺点：I/O接口利用率低，一般用于显示位数较少的场合。26【例7-3】根据上图的LED静态驱动电路，编写程序显示字符000F。设8255的地址范围为40H43H。27DATA SEGMENTL_CODE DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H，7FH，6FH，77H，7CH，39H，5EH，79H，71HDATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS：CODE，DS：DATASTART：MOV AX，DATA MOV DS，AX MOV AL，10000000B ；A、B口输出，方式0 OUT 43H，AL ；写8255控制字28 MOV BX，OFFSET L_CODE MOV CX，10H MOV SI，0 L1：MOV AL，3FHOUT 40H，AL ；向A口送0的LED段码 MOV AL，BXSI OUT 41H，AL ；向B口送0F的段码 INCSI LOOPL1 CODE ENDSEND START动态驱动指按位轮流点亮各位显按位轮流点亮各位显示器示器。只要扫描的频率合适，就能得到稳定的显示。只有与B口相连的公共公共端端为低电平低电平时，与A口相连的段码才能显示。优点：位数较多时，通常采用动态显示法。2930内容概要内容概要显示器接口4鼠标接口2 LED接口3打印机接口5键盘接口1音频设备接口5lLED电路的结构：共阴/共阳lLED接口的编程：静态/动态nCRT显示器(阴极射线管)：便宜、耐用；体积大、耗能。nLCD(液晶)：体积小、重量轻、耗电少；成本高。完整的显示系统由主机主机、显示控制适配器（显卡显卡）和显示器显示器组成。显卡控制显示器显示字符和图形显示字符和图形，PC机对屏幕的任何操作都要通过显卡来实现。31 7.4 显示器接口显示器接口主机主机显示控制适显示控制适配器配器（显卡）（显卡）（显示接口）（显示接口）显示器显示器（监视器）（监视器）(1)显示器的工作原理显示器的工作原理nCRT显示器3233nLCD显示器 液晶是具有规则性分子排列规则性分子排列的有机化合物，分子按一定方向整齐排列。当有电流通过或电场改变时，晶体会改变排列方式改变排列方式从而产生透光度的差别。按此原理控制每个像素，便可构成所需图像。34(2)显示器接口（显卡）显示器接口（显卡）35n显存：存放要显示的信息存放要显示的信息，包含字符码和属性。存储速率快。容量越大，显示效果越好。n字符发生器：存储字母和常用数字符号的字模字模。当收到一个ASCII码时，字符发生器会从字模库中取出字字模数据，转换为电信号发给显示器模数据，转换为电信号发给显示器。n图形产生器：将常用的绘图功能如画点、线、圆、面、多边形等直接集成在图形加速芯片上集成在图形加速芯片上，从而减轻CPU的绘图运算负担，加快显示速度。n控制电路：发出控制信号，控制显示器上亮点的位置控制显示器上亮点的位置和颜色和颜色。36n与主机接口（总线接口）：早期使用ISA、PCI，现在普遍使用AGP，传输速度快。n显示器接口：有VGA模拟接口模拟接口（15 Pin）和DVI数字视频接口。DVI接口将显卡产生的数字信号数字信号原封不动地传输给显示器，从而避免了数/模转换过程和模拟传输过程中的信号损失。3738内容概要内容概要显示器接口4鼠标接口2 LED接口3打印机接口5键盘接口1音频设备接口5l显示器的工作原理l显示器接口(1)打印机的组成与分类打印机的组成与分类l组成：由控制电路控制电路和执行机构执行机构2部分组成。控制电路又包括CPU、端口、存储器、锁存器、驱动电路。l分类39 7.5 打印机接口打印机接口打印机类型打印方式打印速度针式打印机击打式慢激光打印机非击打式快快喷墨打印机非击打式较快(2)打印机接口标准打印机接口标准l通常采用36芯的Centronics并行接口标准。40Centronics并口的时序41当打印机不忙时当打印机不忙时BUSY=0，主机向打印机输出数据。主机向打印机输出数据。数据稳定后，主机发选通信号数据稳定后，主机发选通信号STORBE；其；其下降沿将数据存入下降沿将数据存入打打印机内部的输入寄存器。印机内部的输入寄存器。打印机收到数据后，打印机收到数据后，STORBE上升沿将上升沿将BUSY位置位置忙，打印机暂不接收新数据。忙，打印机暂不接收新数据。打印机处理完毕后返回打印机处理完毕后返回ACK信号，信号，撤消撤消BUSY忙忙，可，可以接收新的数据。以接收新的数据。l打印机与主机连接时，打印机一端是36芯D型头，主机一端是25芯D型头。42(3)打印机接口的编程打印机接口的编程 编程方法：直接对端口编程直接对端口编程；使用BIOS功能调用；使用DOS功能调用。对打印机适配器端口直接编程对打印机适配器端口直接编程 通过以下3个寄存器来进行操作：l数据输出寄存器数据输出寄存器(基地址)：存放要打印的字节数据。l状态寄存器状态寄存器(基地址+1)：存放打印机的状态信息，如出错情况等。l控制寄存器控制寄存器(基地址+2)：完成对打印机的初始化以及中断方式设置等。43BIOS功能调用功能调用实现打印机控制实现打印机控制 BIOS系统中提供了打印机管理程序，用户可以使用INT 17H功能调用，完成对打印机的操作。AH=功能号l0号子功能：打印一个字符号子功能：打印一个字符入口参数：AL=打印字符的ASCII码 DX=打印机号(LPT1=0,LPT2=1,LPT3=2)出口参数：AH=打印机状态l1号子功能：初始化打印机号子功能：初始化打印机入口参数：DX=打印机号(LPT1=0,LPT2=1,LPT3=2)出口参数：AH=打印机状态44l2号子功能：读打印机状态号子功能：读打印机状态入口参数：DX=打印机号(LPT1=0,LPT2=1,LPT3=2)出口参数：AH=打印机状态。格式如下：D0：1表示打印机处于忙状态超过1秒，出现超时错；D1：未用；D2：未用；D3：0表示打印机出错，1表示有错误；D4：0表示打印机脱机，1表示打印机联机；D5：0表示打印机有纸，1表示打印机纸用完；D6：0表示正常，1表示应答信号有效；D7：0表示打印机忙，1表示打印机不忙。45DOS功能调用功能调用实现打印机控制实现打印机控制 比BIOS调用更高级、更易用。lINT 21H的功能功能5：打印字符打印字符入口参数：DL=打印字符的ASCII码出口参数：无lINT 21H的功能功能40H：使用句柄(标识号)来访问文件或设备，打印机的句柄为0004H，该功能只能访问LPT1。入口参数：BX=0004H,DS:DX=要打印的数据区要打印的数据区 CX=打印的字节数出口参数：调用出错则进位标志为1。打印机脱机AX=5,句柄使用错误AX=6。4647内容概要内容概要显示器接口4鼠标接口2 LED接口3打印机接口5键盘接口1音频设备接口5l打印机的组成与分类l打印机接口标准l打印机接口的编程(1)音频处理技术音频处理技术l声音是模拟信号，而计算机只能处理数字信号，故需进行模/数转换，这个过程称为声音的数字化声音的数字化。l声音的数字化有2个步骤：采样、量化。48 7.6 音频设备接口音频设备接口l采样：指在对声音信号进行数字化时，每隔一段固定时每隔一段固定时间，对连续变化的声音模拟信号测量一次幅度值间，对连续变化的声音模拟信号测量一次幅度值。采样后得到一系列声音信号的样本。l采样频率：每秒钟采样的次数。采样频率越高，记录的数字音频信息与模拟声音信号越相似。49l量化：输入的模拟信号经采样后得到的样本需用一个具具体的数值体的数值来表示，这个过程称为量化。l量化精度：指每个采样值的二进制位数二进制位数。位数越多表示量化的等级越多，丢失的信息越少，数字化后的声音质量越好。50(2)声卡的组成和接口声卡的组成和接口l声卡的组成数字声音处理芯片数字声音处理芯片(DSP)：对数字音频信号进行处理。混音器芯片混音器芯片：混合从不同输入源输入的信号，并提供音量的控制等功能。合成器芯片合成器芯片：用于合成乐器声音。总线接口芯片总线接口芯片：用于主机和声卡间的信息交互。51l声卡接口 声卡的外部接口有：扬声器扬声器输出插孔：接音箱或耳机。麦克风麦克风输入插孔：接麦克风，用于录入声音。线路输入线路输入插孔：用于连接录音机、立体声收音机等外部音源，可进行声音的录制。游戏柄接口游戏柄接口/乐器数字接口乐器数字接口插座：用于连接游戏杆和MIDI乐器等。(3)声卡接口的编程（略）声卡接口的编程（略）5253内容概要内容概要显示器接口4鼠标接口2 LED接口3打印机接口5键盘接口1音频设备接口5l音频处理技术l声卡的组成和接口l声卡接口的编程（略）54作业：作业：2，6。其它题目：答案标在书上。其它题目：答案标在书上。