人机接口技术精选PPT.ppt
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1、人机接口技术人机接口技术第1页,此课件共67页哦外围设备的分类外围设备的分类 外围设备外围设备其他设备其他设备通讯设备通讯设备外存设备外存设备输出设备输出设备输入设备输入设备集线器、路由器等集线器、路由器等调制解调器调制解调器终端终端光盘存储器光盘存储器硬盘存储器硬盘存储器软盘存储器软盘存储器绘图仪绘图仪打印机打印机显示器显示器声音、图形、图像识别器声音、图形、图像识别器OCROCR(光学字符识别)器光学字符识别)器扫描仪扫描仪数字化仪数字化仪触摸屏触摸屏条形码、磁卡、条形码、磁卡、ICIC卡阅读器卡阅读器光笔光笔鼠标器鼠标器键盘键盘图图13.1 计计算算机机系系统统外外围围设设备备分分类类
2、第2页,此课件共67页哦13.1 键盘原理及其接口技术键盘原理及其接口技术 n13.1.1 键盘的分类键盘的分类n1按制作工艺分按制作工艺分n 硬板键盘硬板键盘n 软板键盘软板键盘2按工作原理分按工作原理分q 编码键盘编码键盘q 非编码键盘非编码键盘q线性键盘线性键盘q矩阵键盘矩阵键盘 第3页,此课件共67页哦13.1.2 键盘的工作原理键盘的工作原理 n1线性键盘线性键盘n每个键对应I/O端口的一位,没有按键闭合时,各位均处于高电位;当某键被按下时,对应位与地接通,则为低电位,而其他仍为高电位。n 线性键盘软、硬件简单,但只适用于按键不多的情况。图图13.2 线性键盘原理图线性键盘原理图 第
3、4页,此课件共67页哦n2矩阵键盘矩阵键盘 n当较多的按键需要识别时,常将按键设计成阵列形式。n把若干个按键排列成矩阵形式,每一行和每一列都各占用I/O端口的一位。n一个键盘阵列可以有N行和M列,共有NM个 按键,称为N*M键盘阵列,或NM键盘矩阵。n矩阵键盘按键的识别方法:n行扫描法行扫描法 n行反转法行反转法 13.1.2 键盘的工作原理键盘的工作原理(续续)第5页,此课件共67页哦n矩阵键盘硬件连接 图图13.3 矩阵键盘原理图矩阵键盘原理图 13.1.2 键盘的工作原理键盘的工作原理(续续)第6页,此课件共67页哦第7页,此课件共67页哦n行扫描法行扫描法 n将键盘阵列的行线接到一个并
4、行口上,将列线接到另一个并行口上。设行线所接的并行口PA作为输出口用,列线所接的并行口PB作为输入口用。n行扫描法识别按键分两步:n识别是否有键按下识别是否有键按下n判别是哪一个键按下判别是哪一个键按下13.1.2 键盘的工作原理键盘的工作原理(续续)第8页,此课件共67页哦行扫描法识别按键的方法:行扫描法识别按键的方法:n识别是否有键按下识别是否有键按下n在PA口上输出全0,从PB口读回,若为全1,则无键按下,若非全1,则有键按下。n判别是哪一个键按下判别是哪一个键按下n从PA口的第1行起逐行输出0,然后从PB口的读入。如果读入的数据为全1,则使PA口的下一行输出0;如果读入的数据不为全1,
5、则说明PA口输出0的行和PB口为0的列的交叉点的 按键被按下,即可确定按键的位置。因此,可用行号和列号的组合给每个按键编一个惟一的编 码。根据编码的不同,可以识别是哪个键按下。13.1.2 键盘的工作原理键盘的工作原理(续续)第9页,此课件共67页哦第10页,此课件共67页哦行反转法识别按键的方法:行反转法识别按键的方法:n行反转法行反转法 n首先使所有行线全输出“0”,然后读取列线状态,并判断。若列线全为“1”,则无键按下;若列线不全为“1”,则将刚读回的列线状态从列线输出,并读取行线状态,那么,说明为“0”的列线与为“0”的行线相交处的键被按下。最后,CPU根据行列编码所构成的键值转相应功
6、能程序执行。13.1.2 键盘的工作原理键盘的工作原理(续续)第11页,此课件共67页哦图图13.4 矩阵键盘的键盘扫描程序流程图矩阵键盘的键盘扫描程序流程图 第12页,此课件共67页哦13.1.3 PC系列键盘系列键盘 PC系列键盘不是由硬件电路输出按键所对应的ASCII码值,而是由扫描程序识别按键的位置,因此,属于非编码键盘。n1.PC1.PC系列键盘工作原理系列键盘工作原理 PC系列键盘主要由8048单片机、译码器和16行8列的键开关阵列三部分组成,见图13.5。8048是有40个引脚的8位CPU,内部有10248位的ROM、648位的RAM、8位定时器/计数器等。8048单片机承担了键
7、盘扫描、消抖并生成扫描码、对扫描码进行并串转换,并将串行的键扫描码和时钟到主机等任务。第13页,此课件共67页哦图图13.5 PC键盘硬件逻辑图键盘硬件逻辑图 第14页,此课件共67页哦n2.PC系列键盘接口系列键盘接口 PC键盘接口是安装在主板上,通过5芯插头座与键盘相连的,接口硬件逻辑见图13.6。它采用单片机8042作为智能接口,8042是有40个引脚的8位微处理器,内部有2KB的ROM、128B的RAM、两个8位I/O端口、一个8位定时器/计数器和时钟发生器。键盘接口的功能有三个:接收键盘输出的键扫描码;输出缓冲器满时,产生键盘中断;接收并执行系统命令。13.1.3 PC系列键盘(续)
8、系列键盘(续)第15页,此课件共67页哦图图13.6 PC键盘接口硬件逻辑图键盘接口硬件逻辑图 第16页,此课件共67页哦n3.PC系列键盘中断系列键盘中断 n计算机系统通过一个是硬中断09H和一个是软中断16H与键盘发生联系。n9号中断号中断 9号中断完成两种转换:第一,把键的扫描码转换为ASC码,则低字节为ASC码,高字节为系统的扫描码。第二,把键的扫描码转换为扩展码,低字节为0,高字节对应值为0255。13.1.3 PC系列键盘(续)系列键盘(续)第17页,此课件共67页哦nBIOS INT 16H INT 16H软中断是用于检查是否有键输入,并完成从键盘缓冲区取出键值的操作。16H软中
9、断共有三个子功能,见表13.1。表表13.1 INT 16H功能表功能表 13.1.3 PC系列键盘(续)系列键盘(续)第18页,此课件共67页哦n键盘缓冲区的作用键盘缓冲区的作用 键盘缓冲区是由16个字节组成的先进先出循环队列,其作用有两个:n第一,可实现键盘实时输入要求:用户按键完全是随机实时的,与主机运行是异步的,开辟键盘缓冲区实现随机实时的键入的要求;n第二,满足随机应用的要求:应用程序需要时间不一定与按键同步。键盘缓冲区可事先存放应用程序所需的全部键符。此外,键盘缓冲区满足快速操作员的键入要求。13.1.3 PC系列键盘(续)系列键盘(续)第19页,此课件共67页哦13.2 CRT显
10、示器原理及接口技术显示器原理及接口技术 n13.2.1 概述概述 nCRT(Cathode Ray Tube阴极射线管阴极射线管)显示器是用来显示字符、图形和图像的,称为计算机系统的标准输出设备。nCRT显示器与键盘(标准输入设备)合称计算机终端。是人机交互必不可少的外部设备。nCRT显示器也称监示器,其原理与电视机的工作原理大体相同,是由阴极射线管、视频放大电路和同步控制电路组成的。n彩色显示器的阴极射线管中通常由红、绿、兰三个电子枪产生红、绿、兰三个颜色的电子束,各种色彩均由这三基色迭加而成。第20页,此课件共67页哦13.2.2 CRTCRT显示器工作原理显示器工作原理 n1.基本结构
11、nCRT显示器由阴极射线管、视频放大电路和同步扫描电路组成。如图13.7所示。图图13.7 13.7 CRTCRT显示器结构框图显示器结构框图 第21页,此课件共67页哦13.2.3 显示器接口控制显示器接口控制 显示器接口卡通过插座和系统总线相连,同时在卡的背面又通过9针D型插座与显示器连接。控制卡功能很强,它包括CRT控制器(CRTC)、定时器、RAM、ROM等一整套控制电路。在计算机加电自检期间,系统完成了CRTC的初始化、建立显示方式、进行相应VRAM自检之后,CRT接口在CRT控制器控制下,按照编程设置的工作方式独立控制显示器工作,为显示器提供所需的视频信号和同步信号。显示器接口逻辑
12、见图13.10。第22页,此课件共67页哦图图13.10 显示器接口逻辑图显示器接口逻辑图 第23页,此课件共67页哦 系统对显示器的控制是通过访问显示卡的可寻址端口实现的。显示卡可寻址端口见表13.3。表表13.313.3显示器可寻址端口显示器可寻址端口 13.2.3 显示器接口控制显示器接口控制(续)(续)第24页,此课件共67页哦n显示控制卡主要逻辑部件及功能:n数数据据输输入入缓缓存存器器/数数据据输输出出锁锁存存器器:数据输入缓存器用于接收CPU写入的字符代码或图形数据,然后存入VRAM中,供CRT控制器读出并送屏幕显示。数据输出锁存器用于读取VRAM的内容或显示器的状态。n地地址址
13、锁锁存存器器:CPU地址锁存器用于接收CPU对VRAM的读/写访问地址,显示地址锁存器用于接收来自CRTC访问VRAM的地址。13.2.3 显示器接口控制显示器接口控制(续)(续)第25页,此课件共67页哦n显显示示缓缓存存VRAM:用于存放字符代码或图形数据,供屏幕显示。VRAM是双端口,CRTC和CPU都可以访问它。CRTC输出地址信号和时序控制信号来读取VRAM中的字符作为字符发生器的高位地址,字符点阵行地址作为低位地址,从字符发生器中读取字符点阵图像,从而完成显示字符的任务。CPU只能往VRAM中写,以完成修改显示内容的工作。n字字符符发发生生器器ROM:在字符显示方式时,能依据VRA
14、M输出的字符/数字的ASC码,从字符发生器中取出对应的点阵数据用来显示。13.2.3 显示器接口控制显示器接口控制(续)(续)第26页,此课件共67页哦n数数据据锁锁存存器器和和移移位位寄寄存存器器:数据锁存器用于锁存从VRAM中读出的数据。在字符显示方式,将字符显示器的内容送到字符发生器作为其高位地址;在图形显示方式,锁存器中的数据直接送到图形移位寄存器。n彩色编码电路:彩色编码电路:在字符显示方式,彩色编码电路接收字符点阵信息和字符属性信息,共同形成R、G、B、I视频信号;在图形显示方式,彩色编码电路接收图形移位寄存器信息,直接形成R、G、B、I视频信号,送至显示器控制电子束的发射。13.
15、2.3 显示器接口控制显示器接口控制(续)(续)第27页,此课件共67页哦n视视频频信信号号合合成成器器:由R、G、B、I视频信号(彩色编码电路的输出)和同步信号(CRTC的输出)经视频信号合成器,生成合成的视频信号,直接输出。n定时器:定时器:产生CRTC和VRAM所需的所有定时信号。nCRTC:显示器控制接口的核心,主要功能是:提供时序控制信号,提供VRAM地址和屏幕显示扫描地址。13.2.3 显示器接口控制显示器接口控制(续)(续)第28页,此课件共67页哦13.3 LED显示器原理及接口技术显示器原理及接口技术 n13.3.1 LED的工作原理的工作原理 常用的LED器件:七段数码管和
16、“米”字数码管,如图13.11所示。第29页,此课件共67页哦第30页,此课件共67页哦n七段数码管七段数码管n七段数码管组成原理图如图13.12所示。n七段数码管根据其连接方式可分为:n共阳极共阳极LED:公共端应接高电平(或+5v)n共阴极共阴极LED:公共端应接地13.3 LED显示器原理及接口技术显示器原理及接口技术 第31页,此课件共67页哦共阴极 共阳极 共阴极 共阳极(a)七段LED原理图 图(b)“米”字LED原理图 图图13.12 典型典型LED器件原理图器件原理图13.3 LED显示器原理及接口技术(续)显示器原理及接口技术(续)第32页,此课件共67页哦n给数码管的每个输
17、入端(a,b,c,h)提供适当电平,使某几段发光二极管亮,而另外几段不亮,则可显示出数字或字母。八个输入端组成的二进制编码(简称段码或段选码段码或段选码)所对应的显示内容见表13.4。13.3 LED显示器原理及接口技术(续)显示器原理及接口技术(续)第33页,此课件共67页哦表表13.4 七段七段LED字型码字型码 13.3 LED显示器原理及接口技术(续)显示器原理及接口技术(续)第34页,此课件共67页哦13.3.2 LED数码管在微机系统中的应用数码管在微机系统中的应用(c)微机系统中有多位LED时的原理图(b)LED在微机系统中的连接(a)LED在一般数字系统中的连接二进制数LED驱
18、动器LEDBCD码译码器驱动器地址线锁存/驱动器数据线总线译码电路CPU图图13.13 LED在系统中的连接在系统中的连接 第35页,此课件共67页哦n常用于LED的驱动器:7407/7406同向/反向驱动器,75452二输入与非驱动器。锁存器可用74LS273/373、74LS244等集成电路。n系统中有多位LED,则每次只能使一位LED显示信息,每位LED上有一选通端(公共端)。要想使哪位显示,就应给其公共端提供有效电平(共阳极为“1”,公阴极为“0”),而其它位的公共端提供无效电平。这样构成的二进制编码称为位位码或位选码码或位选码。n动态显示:在多位LED显示中,即要使每一位的显示信息有
19、一个持续时间,可用循环延时程序实现,又要保证一遍一遍地进行循环显示时不出现闪烁,在软、硬件设计时就要考虑LED的位数不能太多,显示的延时要适中。13.3.2 LED数码管在微机系统中的应用数码管在微机系统中的应用(续)(续)第36页,此课件共67页哦n例13.1 某8088系统中,使用8位LED显示时间,格式为时-分-秒,硬件连接如图13.14所示,软件流程图见图13.15。图图13.1413.3.2 LED数码管在微机系统中的应用(续)数码管在微机系统中的应用(续)第37页,此课件共67页哦图图13.15 软软件件流流程程图图 第38页,此课件共67页哦13.3.3 可编程键盘可编程键盘/显
20、示接口芯片显示接口芯片82791 8279的主要功能的主要功能(1)键盘与显示器能同时工作;(2)扫描式键盘工作方式;(3)扫描式传感器工作方式;(4)用选通方式送入输入信号;(5)带有8字符的键盘先入先出存储器(FIFO);(6)触点回弹时两键封锁或N键巡回;(7)双排8字或单个16字的数字显示器;(8)可右入或左入的16字节显示器RAM;(9)工作方式可由CPU编程;(10)可编程扫描定时、键盘送入时有中断输出。第39页,此课件共67页哦2.Inte1 8279的引脚图的引脚图827912345678910111213141516171819204039383736353433323130
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