人机交互设备接口-1.ppt

浙江工业大学计算机学院 1 内容回顾 n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 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 lPC/XT机：单片8255A，地址6063H。 lPC/AT机：集成，地址和功能与PC/XT相同。 2 3 第七章 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 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：电容式、电感式。手感好、寿命长。 根据键盘插口形式：大口、小口、USB口。 4 7.1 键盘接口 根据键盘的编码方式： 编码键盘 由硬件电路完成扫描、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 键盘的扫描、编码和传送由软、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，在需要扩充键盘功能时非常方便。 5 目前主要使用非编码键盘。 (2) 键盘的工作原理（非编码键盘） 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 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 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。 8 n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。 9 10 Start： 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，AL Wait1：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 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 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 12 Table： CALL KeyValue ；AH=行扫描码，AL=列扫描码 MOV AL，00 ；等待按键释放 OUT 80H，AL Wait2：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 RET KeyValue 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。 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。 通过行号和列号确定按键的位置和编码。 13 n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。 (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。 14 n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滤波电路消除抖动波形。软件 上，可延时一段时间，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。 顺序法：识别到一个闭合键后，直到该键释放后再去识 别其它按键。 15 去抖与重键问题 16 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 5 l 键盘的分类 l 键盘的工作原理 (1) 鼠标的工作原理 将鼠标在平面移动时产生的位移和方向信息转换为 屏幕上光标的坐标位置。 (2) 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 (3) 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 2. TXD 发送数据 3. DTR 设备就绪 4. GND 信号地 PS/2 串口 通过6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：“1”为- 3V-15V；“0”为+3V+15V。 PS/2鼠标为TTL电平：“1”为+5V，“0”为0V。 19 总线鼠标接口 9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 仅向PC机单向传输数据，没有端口地址，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和指针位置。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。 22 LL： MOV AX，03H INT 33H JMP LL 23 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 5 l 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LED显示管、LED数码管 和LED点阵显示器等，工作原理类似。 (1)LED显示器结构 24 7.3 LED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 l二极管导通，相应的段即发光。 控制不同组合的段发光，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； 控制某个数码管的码为位码。 lLED电路的2种接法 25 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： 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 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。 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。 27 DATA SEGMENT L_CODE DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH， 7DH，07H，7FH，6FH，77H，7CH，39H，5EH， 79H，71H DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS：CODE，DS：DATA START：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， 3FH OUT 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 ENDS END START 动态驱动 指按位轮流点亮各位显 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 端为低电平时，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。 29 30 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 5 l LED电路的结构：共阴/共阳 l LED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、显示控制适配器（显卡）和 显示器组成。显卡控制显示器显示字符和图形，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 主机 显示控制适 配器 （显卡） （显示接口 ） 显示器 （监视器） (1)显示器的工作原理 nCRT显示器 32 33 nLCD显示器 液晶是具有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） 35 n显存：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。当 收到一个ASCII码时，字符发生器会从字模库中取出 字模数据，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，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 置和颜色。 36 n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（15 Pin）和DVI数字 视频接口。 DVI接口将显卡产生的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。 37 38 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 5 l 显示器的工作原理 l 显示器接口 (1) 打印机的组成与分类 l组成：由控制电路和执行机构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 喷墨打印机非击打式较快 (2) 打印机接口标准 l通常采用36芯的Centronics并行接口标准。 40 Centronics并口的时序 41 当打印机不忙时BUSY=0， 主机向打印机输出数据。 数据稳定后，主机发选通信号 STORBE；其下降沿将数据存入打 印机内部的输入寄存器。 打印机收到数据后， STORBE上升沿将BUSY位置 忙，打印机暂不接收新数据。 打印机处理完毕后返回ACK 信号，撤消BUSY忙，可以接 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 编程方法：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 通过以下3个寄存器来进行操作： l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 (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 (基地址+2) ：完成对打印机的初始化以 及中断方式设置等。 43 BIOS功能调用实现打印机控制 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 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 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 44 l2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。 45 DOS功能调用实现打印机控制 比BIOS调用更高级、更易用。 lINT 21H的功能5：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 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。 46 47 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 5 l 打印机的组成与分类 l 打印机接口标准