人机交互设备及接口.ppt
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1、人机交互设备及接口现在学习的是第1页,共73页现在学习的是第2页,共73页9.1 概述概述 所谓人机交互设备,是指人和计算机之间建立联系、交流信息的有关输入/输出设备。这些输入/输出设备直接与人的运动器官(如手、口)或感觉器官(如眼、耳)有关。通过它们、人们把要执行的命令和数据送给计算机。同时又从计算机获得易于理解的信息。所谓人机交换设备接口是指这些设备同计算机连接的用到的接口电路。常规的人机交互设备有键盘、显示器(LCD显示器和CRT显示器等)、打印机、鼠标器等。这些设备的输入输出是以计算机为中心的、信息以二进制、十六进制码或ASCII码形式进行传送。这种形式,计算机容易接受和便于处理,但人
2、接收和处理起来却不方便、必须通过大脑的思维、判断和转换。现在学习的是第3页,共73页9.2 键盘与鼠标键盘与鼠标 现在学习的是第4页,共73页9.2.1 键盘及接口电路键盘及接口电路 键盘的分类键盘的分类(1)编码键盘编码键盘带有必要的硬件电路,能自动提供按键的ASCII编码,并能将数据保持到新键控下为止,还有去抖动和防止多键、串键等保护装置。编码键盘软件简短,它根据编码就能识别是什么键按下,但硬件电路复杂,价格较贵。(2)非编码键盘它仅仅是按行、列排列起来的矩阵开关,其它的工作如识别键、提供代码、去抖动等均由软件来解决。目前微型机中,一般为了降低成本,简化硬件电路,大多采用非编码键盘,所以下
3、面仅介绍非编码键盘的接口电路。 现在学习的是第5页,共73页键盘的工作原理键盘的工作原理 常用的非编码键盘有线性键盘和矩阵键盘。线性键盘是指其中每一个按键均有条输入线送到计算机的接口,若有N个键,则需N条输入线,如图所示。 简单线性键盘在键盘中,为了检测哪个键被按下,通常用硬件方法或软硬件结合的方法,但无论采用哪种方法,非编码键盘必须解决如下问题:l识别键盘矩阵中被按键;l清除按键时产生的抖动干扰;l防止键盘操作的串键错误; l产生被按下键相应的编码。 常用的按键识别方法有:行扫描法、行反转法和行、列扫描法。 现在学习的是第6页,共73页。键 1键 0键 2. . . . . . . . .
4、.。+ 5 VDDD图9-1简单线性键盘现在学习的是第7页,共73页图9-2矩阵键盘现在学习的是第8页,共73页(1)行扫描法识别按键行扫描法识别按键的过程是:首先判断是否有键被按下,即先进行全扫描,将所有行线置成低电平;然后扫描全部列线,如果扫描的列值全是高电平,则说明没有任何一个键被按下;如果读入的列值不是全1,则说明有键按下,再用逐行扫描的方法确定哪一个键被按下。先扫描第一行,即置该行为低电平,其他行为高电平,然后检查列线,如果某条列线为低电平,则说明第一行与该列相交的位置上的按键被按下;如果所有列线全是高电平,则说明第一行没有键被按下,接着扫描第二行,以此类推,直到找到被按下的键。 现
5、在学习的是第9页,共73页(2)行反转法识别按键图9-2矩阵键盘行反转法又称线反转法,利用一个可编程的并行接口(如8255A)来实现。其基本原理是:将行线接一个并行口,先让它工作在输出方式,将列线出接到一个并行口,先让它工作在输入方式。编程使CPU通过输出端口往各行线全部送低电平,然后读入列线的值。如果有某一个键被按下,则必有一条列线为低电平。然后进行线反转,通过编程对两个并行端口进行方式设置,使连接行线的端口工作在输入方式,并将刚才读到的列线值通过所连接的并行口再输出到列线,然后读取行线的值,那么闭合键所对应的行线必为低电平,这样当一个键被按下时,就可以读到一对唯一的列值和行值。现在学习的是
6、第10页,共73页3. 抖动和重键问题抖动和重键问题在键盘设计时,除了对键码的识别外,还有两个问题需要解决:抖动和重键。当用手按下一个键时,往往会出现按键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳定到闭合状态的情况;在释放一个键时,也会出现类似的情况,这就是抖动。抖动的持续时间随操作员而异,不过通常总是不大于10ms。大家容易想到,抖动问题不解决就会引起对闭合键的错误识别。 去抖动电路如下图所示。现在学习的是第11页,共73页(a)键开关抖动图 (b)硬件消除抖动示意图现在学习的是第12页,共73页9.2.2 PC机键盘接口机键盘接口 IBM PC键盘特点键盘特点 IBM PC系列键盘具有两个基本特点
7、:(1)按键均为无触点的电容开关: (2)PC系列键盘属于非编码键盘 PC系列键盘不是由硬件电路向CPU输出按键所对应的ASCII码值,而是由单片机扫描程序识别按键的当前位置,然后向键盘接口输出该键的扫描码。按键的识别、键值的确定以及键代码存入缓冲区等工作全部由软件完成。 现在学习的是第13页,共73页PC系列机键盘主要由三种基本类型的键组成:l字符数字键:包括26个大写英文字母和26个小写英文字母,数字09以用%、$、#等常用字符。l扩展功能键:如Home,End,Backspace,Delete,Insert,PgUp,PgD以及功能键F1F10。l其它键键组合使用的控制键:如Alt,Ct
8、rl,Shift等。字符数字键给计算机传送一个ASCII码字符,而扩展功能键产生一个动作,如按下Home键能把光标移到屏屏幕的左上角,End键使光标移到屏幕上文本的末尾。 现在学习的是第14页,共73页2.微机与键盘的接口 目前PC机上常用的键盘接口有3种,一种是老式的直径13mm的PC键盘接口;第二种是最常用的直径8mm的PS/2键盘接口;第三种是USB接口的键盘。 扫描码:按键的识别采用行列扫描法,即根据对行线和列线的扫描结果来确定闭合键的位置,这个位置值称为按键的扫描码,通过数据线将8位扫描码送往主机。 计算机系统与键盘发生联系通过硬件中断09H或软件中断16H。硬件中断09H是由按键动
9、作引发的中断。在此中断中对所有键盘进行了扫描码定义。 现在学习的是第15页,共73页3. 3. 键盘缓冲区的作用键盘缓冲区的作用键盘与CPU通信时所使用的两个硬件中断程序,均借助于键盘缓冲区来传递键值。键盘缓冲区的作用体现在以下两个方面:(1)可实现键盘实时输入要求。用户按键完全是随机的,开避键盘缓冲区就可以实现实时处理键入的要求。(2)满足随机应用的需要。应用程序需要键盘输入的时刻不一定与按键同步,键盘缓冲区可协调键盘与应用程序间的同步问题。此外,键盘缓冲区满足操作员快速键入的要求。 现在学习的是第16页,共73页4. 4. 键盘中断调用键盘中断调用我们可以用BIOS中断,也可以用DOS中断
10、进行键盘输入。下面分别讨论这两种键盘中断。(1)BIOS中断调用类型16H的中断提供了基本的键盘操作,它的中断处理程序包括了3个不同的功能分别根据AH寄存器中的子功能号来确定。 现在学习的是第17页,共73页l l 0 0号功能号功能功能:从键盘读入一个字符入口参数:0送AH出口参数:AL中的内容为字符码,AH中的内容为扫描码。l l 1 1号功能号功能功能:读键盘缓冲区的字符入口参数:1送AH出口参数:如果ZF=0,则AL中的内容为字符码,AH中的内容为扫描码; 如果ZF=1,则缓冲区空。现在学习的是第18页,共73页l l 2 2号功能号功能功能:读键盘状态字节入口参数:2送AH出口参数:
11、AL中的内容为键盘状态字节功能:读键盘缓冲区的字符 Shif,Ctrl,Alt,NumLock,Scroll,Ins和CapsLock这些键不具有ASCII码,但按动了它们能改变其它键所产生的代码。BIOS调用INT16H中的AH=2的功能可以把表示这些键状态的字节键盘状态字节(KB-FLAG)回送到AL寄存器中。其中高4位表示了键盘方式(Ins,CapsLock, NumLock,Scroll)是ON(1)还是OFF(0);低4位表示Alt,Shift和Ctrl键是否按动。这8个键有时又称为变换键。 现在学习的是第19页,共73页D0=1 D0=1 按下右按下右ShiftShift键键 D1
12、=1 D1=1 按下左按下左ShiftShift键键D2=1 D2=1 按下控制键按下控制键C trl D3=1 C trl D3=1 按下按下AltAlt键键D4=1 Scroll LockD4=1 Scroll Lock键状态已改变键状态已改变D5=1 Num LockD5=1 Num Lock键状态已改变键状态已改变D6=1 Caps LockD6=1 Caps Lock键状态已改变键状态已改变 D7=1 InsertD7=1 Insert键状态已改变键状态已改变D7D6D5D4D3D2D1D0现在学习的是第20页,共73页 【例9.1】 下面给出一个利用键盘I/O功能的程序例。用INT
13、 16H(AH=0)调用实现键盘输入字符。 DATA SEGMENT BUFF DB 100 DUP(?) MESS DB NO CHARACTER!,0DH,0AH,$ DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA START: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV CX,100 MOV BX,OFFSET BUFF ;设内存缓冲区首址 现在学习的是第21页,共73页 LOP1:MOV AH,1 PUSH CX MOV CX,0 MOV DX,0 INT 1AH ;设置时间计数器值为0 LOP2: MOV AH,0 INT 1AH;
14、 ;读时间计数值 CMP DL,100 JNZ LOP2 ;定时时间未到,等待 MOV AH,1 INT 16H ;判有无键入字符 JZ DONE ;无键输入,则结束 MOV AH,0 INT 16H ;有键输入,则读出键的ASCII码 MOV BX,AL ;存入内存缓冲区 INC BX POP CX LOOP LOP1 ;100个未输完,转LOP1 现在学习的是第22页,共73页 JMP EN DONE: MOV DX,OFFSET MESS MOV AH, 09H INT 21H ;显示提示信息EN: MOV AH,4CH INT 21H CODE ENDS END START现在学习的是
15、第23页,共73页 (2)DOS功能调用DOS系统功能调用都是通过INT 21H号中断调用实现的,和键盘有关的功能调用主要有:l1号系统功能调用键盘输入并回显。l6号系统功能调用直接控制台输入输出字符。l7号系统功能调用直接控制台输入无回显 l8号系统功能调用键盘输入无回显 l0AH号系统功能调用字符串输入到缓冲区 现在学习的是第24页,共73页【例9.2】 利用09H(字符串显示)和0AH号系统功能调用,实现人机对话。程序段如下。DATA SEGMENT MESS DBWHAT IS YOUR NAME?,0AH,0DH,$IN_BUF DB 81 DB ? DB 81 DUP(?)DATA
16、 ENDSSTACK SEGMENTSTA DB 100 DUP(?)TOP EQU $-STASTACK ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:STACKSTART: MOV AX,DATA MOV DS,AX现在学习的是第25页,共73页 MOV AX,STACK MOV SS,AX MOV SP,TOP DISP: MOV DX,OFFSET MESS MOV AH,09H INT 21HKEYI: MOV DX,OFFSET IN_BUF MOV AH,0AH INT 21H MOV DL,0AH MOV AH,02H INT 21H M
17、OV DL,0DH MOV AH,02H INT 21H现在学习的是第26页,共73页 DISPO: LEA SI,IN_BUF INC SI MOV AL,SI CBW INC SI ADD SI,AX MOV BYTE PTR SI,$ MOV DX,OFFSET IN_BUF2 MOV AH,09H INT 21H MOV AH,4CH INT 21HCODE ENDS END START现在学习的是第27页,共73页9.2.3 鼠标及接口电路鼠标及接口电路 鼠标工作原理鼠标工作原理 鼠标是一种快速定位器,利用鼠标可方便地定位光标在显示屏幕上的位置。当鼠标在平面上移动时,随着移动方向和快
18、慢的变化,会产生两个在高低电平之间不断变化的脉冲信号,CPU接收这两个脉冲信号并对其计数。根据接收到的两个脉冲信号的个数,CPU控制屏幕上的鼠标指针在横(X)轴、纵(Y)轴两个方向上移动距离的大小。脉冲信号是由鼠标内的半导体光敏器件产生的。根据结构的不同,鼠标一般分为光机式和光电式,或称之为机械式和光学式鼠标。 现在学习的是第28页,共73页2. 鼠标接口鼠标接口 鼠标接口分类:鼠标按接口分类主要有串口鼠标、USB鼠标及PS/2鼠标。串口鼠标:串口鼠标一般采用RS232C标准接口进行通信。 USB鼠标:由于USB设备具有即插即用,支持热插拔等优点,很多设备都采用了USB接口,鼠标也不例外。选择
19、USB接口的鼠标先要考虑主机上是否具有空余的USB接口。 PS/2鼠标PS/2鼠标是最早用在IBM PS/2系列上的鼠标,并由此而得名。 现在学习的是第29页,共73页3鼠标编程应用:鼠标编程应用:Microsoft为鼠标提供了一个软件中断指令INT33H,只要加载了支持该标准的鼠标驱动程序,在应用程序中可直接调用鼠标器进行操作。INT33H有多种功能,可通过在AX中设置功能号来选择。 现在学习的是第30页,共73页9.3 视频显示接口视频显示接口 现在学习的是第31页,共73页9.3.1 CRT显示器显示器 1. 显示器的分类显示器的分类 显示技术是传递视觉信息的技术。 根据显示原理的不同,
20、目前至少已有6种类型的显示器:阴极射线显示器(CRT)、发光二极管显示器(LED)、液晶显示器(LCD)、等离子体显示器(PDP)、电致发光显示器(EL)、真空荧光显示器(VFD)。2. CRT2. CRT显示器性能指标显示器性能指标CRT显示器是目前台式机中最常用的显示设备,显示器的性能通过下面列出的有关显示器主要技术指标反映出来。 现在学习的是第32页,共73页(1)尺寸:显示器的尺寸是指显示器屏幕的对角线的长度。 (2)分辨率:每帧画面的像素数决定了显示器画面的清晰度。分辨率(Resolution)是指整个屏幕每行每列的像素数,它与具体的显示模式有关。 (3)点距:在显示器中,最常用的两
21、个参数是尺寸和点距,有时还包括最大分辨率。 (4)垂直扫描频率:显像管的电子束通过垂直扫描和水平扫描完成屏幕的重画,每完成一次垂直扫描就完成一个完整的屏幕刷新。垂直扫描频率(VerticalScanningFrequency),又称场频、刷新领率,指显示器在某一显示方式下,所能完成的每秒从上到下刷新的次数,单位为H2。垂直扫描频率越高,图像越稳定,闪烁感越小。显示器使用垂直扫描频率在60-90Hz之间,一般在72HZ以上的刷新频率下,闪烁感明显减少,较好的彩显垂直扫描频率可达100Hz。现在学习的是第33页,共73页(5)水平扫描频率:水平扫描频率(HorizontalScanningFreq
22、uency)又称行频,指电子束每秒在屏幕上水平扫描的次数,单位为kHz。行频的范围越宽,可支持的分辨率就越高。 (6)隔行扫描和逐行扫描:水平扫描有两种方法,即隔行扫描和非隔行扫描(逐行扫描)方法。采用哪一种方法对显示器的性能影响很大,现在一般显示器都采用远行扫描法。隔行扫描的方法是电子枪先扫描奇数行,后扫描偶数行,由于一帧图像分两次扫描,所以屏幕有闪烁现象。逐行扫描指逐行一次性扫描完组成一帧图像 (7)带宽:带宽是显示器所能接收信号的频率范围,即最高频率和最低频率之差。它是评价显示器性能的很重要的参数之一。 现在学习的是第34页,共73页3.CRT显示器的基本结构 九针插头行扫帧扫亮度控制电
23、源345698放大放大放大水平同步信号垂直同步信号RGB偏转线圈荧光屏现在学习的是第35页,共73页4.视频显示原理 在显示器上显示图像,实际上是在光栅扫描的过程中,将图像信号分解成按时间分布的视频信号去控制电子束在各条光栅位置上点的亮度和色彩。为使图像稳定且不消失,必须确保视频信号发送规律在时间上与水平和垂直同步扫描电流保持一致,同时,要把一帧图像存放在显示缓存中,以帧频的速率用缓存的内容刷新屏幕。显示器可以实现字符和图形两种显示方式,无论哪一种方式,都要求将视频信息存储到VRAM中。现在学习的是第36页,共73页5.视频显示标准 (1)MDA标准:MDA(MonochromeDisplay
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- 人机交互 设备 接口
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