微机接口技术第6章

1、微机原理与接口技术,第 6 章 人-机交互接口,第 6 章 人-机交互接口,6.1 输入设备接口 6.2 输出设备接口 6.3 磁盘存储器接口,6.1.1 键盘接口, 微机键盘有两种类型。 编码键盘：用硬件检测按键，以并行或串行方式给CPU提供与按键对应的键码。编码键盘接口简单，使用方便，但价格较高。通用微机系统一般都使用它。 非编码键盘：只提供键盘行、列的位置值，靠软件完成按键识别和键值的确定。非编码键盘是最便宜的微机输入设备。单片机、工业控制计算机一般都使用它。, 非编码键盘的键盘通常以ij的矩阵形式排列按键。非编码键盘接口对按键的识别和键码的产生，一般通过软、硬件结合来完成，有行扫描法和

2、线反转法两种方法。 行扫描法：行扫描法首先通过程序向键盘的所有行逐行输出低电平（逐行扫描），若无按键闭合，则所有列的输出均为高电平；若有一个按键闭合，就会将所在的列钳位在低电平，再通过程序读入列的状态，判断是哪一个按键闭合了。然后根据按键所在的行、列位置找到该键的编码。 行扫描法的行线为输出端口、列线为输入端口。,线反转法：线反转法的第一步，通过程序先向所有的行输出低电平，然后读入所有列的状态，若读入的列状态全部为高电平，说明没有键按下；若读入的列中有一个为低电平，其余为高电平，说明为低电平的那一列有按键按下。第二步，行、列颠倒，即先向所有的列输出低电平，然后读入所有行的状态。同理，可以判断出

3、是哪一行有按键按下。通过两次扫描就可以知道是哪行、哪列的按键闭合了，由此可以得到该键的编码。 线反转法的行线、列线均为双向端口。,非编码键盘接口电路例,6.1.2 PC机键盘接口, IBM PC系列微机的键盘介于编码键盘和非编码键盘两者之间。 PC机键盘接口使用一片Intel 8048（或8049）单片机，自动识别按键的闭合与释放，生成相应的行、列位置扫描码，串行传送给主机。 有20个键扫描码的缓冲和出错的自动重发能力（具有编码键盘的绝大部分特征）。 尽管PC机键盘功能很强，但向主机提供的毕竟只是按键的行、列位置码，而反映键定义的键码是由8088 CPU用软件完成的（具备非编码键盘的特征）。,

4、PC机键盘接口电路,PC机键盘接口工作过程, 当在键盘上按下一个键时，键盘向键盘接口电路发串行扫描码。 键盘接口把串行扫描码转换成并行的系统扫描码，存入接口的输出缓冲器；然后通过8259的IR1，向主机发中断请求。 主机调用IR1中断处理程序（INT 09H），读键盘接口传送的系统扫描码，并转换成字符的ASCII码，或者是命令键/组合功能键的扩展码，存入BIOS的键盘缓冲区。,6.1.3 鼠标接口,鼠标器还可以从接口上分，有MS串行鼠标器、PS/2鼠标器、总线式鼠标器。 MS鼠标器没有专门的电源，直接使用RS-232C信号线提供的电平作电源，通信使用TxD，RxD，RTS，DTR等信号线。 M

5、S鼠标器的异步串行通信参数为：1200波特率、7位数据位、无奇偶校验位、1位停止位。 MS鼠标器用3个字节描述X，Y的位移等信息，其中，3个字节的D7位任意，D6位为标志位，LB为1表示鼠标左键按下，RB为0表示鼠标右键按下。,6.2.1 LED数字显示器接口,七段发光二极管组成的LED（Light Emitting Diode），是一种16进制数09和AF的显示器件，也称为数码管。 LED显示不同字形需点亮不同组合的显示段（a，b，c，d，e，f，g段），7个显示段亮、灭不同组合的编码称为对应字形的显示段码。 LED数码管的结构形式：,多位LED数字显示器接口,6.2.2 CRT显示器和显示

6、适配器,阴极射线管（CRT，Cathode Ray Tube）显示器和键盘一起总称为计算机终端。 CRT视频显示标准涉及到以下概念： 像素：像素是屏幕显示（按像素点扫描）的最小单位。像素点的排列组成字符/图像。 分辨率：分辨率是屏幕每行每列的像素点数，用水平点数垂直点数表示。 点距（栅距）：点距是指荫罩型显示器屏幕上点的距离，栅距是指光栅型显示器屏幕上光栅的距离。点距（栅距）越小越清晰，其数值取决于所采用的显像管。,CRT视频显示标准,点时钟：点时钟决定光点出现的速率，也是显像管所能承受的电子束最大开关速度。 水平扫描频率：水平扫描频率是指一秒钟扫描的行数，也称为行频，用点时钟（频率）除以水平

7、分辨率（即水平点数）来表示。 垂直扫描频率：垂直扫描频率是指一秒钟刷新屏幕的次数，也称为刷新频率/帧频/场频，用水平扫描频率除以垂直分辨率（即垂直点数）来表示。 色彩数：色彩数是指每个像素点可具有的色彩数目，也称为色分辨率。,CRT显示器结构,CRT显示适配器（显示卡）,PC机的CRT显示器一般采用9芯，或15芯D形插座与CRT显示器接口，即显示适配器（显示卡）连接，CRT显示卡通过串行或并行通信接口与主机连接。 显示卡是主机与显示器之间的，以CRT控制器专用接口芯片为核心，辅以其他器件组成的CRT显示器专用接口电路，其功能是接收来自主机的显示数据/图形，将其转变为视频信号送到CRT显示器显示

8、。 显示卡大多为一块独立的模板插在主机箱标准插槽中。显示卡插件板按视频接口标准分类，可分为ISA，VESA，PCI和AGP等总线形式。,VGA显示卡结构, VGA显示卡由图形控制器、显示缓冲区、字符发生器、移位寄存器、属性控制器 、数字/模拟信号转换（DAC）、CRT控制器（CRTC）、时序发生器、视频BIOS等组成。,图形加速显示卡, 图形加速卡把图形控制器换成了图形加速芯片，具有智能性控制和图形处理功能，实现各种动态视频功能。它实际是一个用于图像处理和显示的微机系统。 图形加速卡采用了新型视频接口标准AGP板卡总线。AGP总线是PCI总线的扩充，总线宽度为32位/64位/128位，时钟频率

9、为66MHz/133MHz，最大数据传输率达到264MB/s1056MB/s，比PCI总线快8倍。这些新设计使得各部件之间的数据吞吐量大大增加，比传统的显示速度提高了4倍以上。 图形加速卡有专用视频加速电路，提高了动态影像的解压缩速率。 图形加速卡的DAC有高速转换加速器，使模拟信号输出速率增加。,6.2.3 针式打印机接口,针式打印机工作过程,打印机接收的数据有两大类：可打印数据和打印控制命令。 当打印机处于初始状态，或打印任务完成，打印头在打印台架最左端，打印机输出“非忙”信号。 主机输出打印数据时，首先查询打印机状态。当“非忙”且选通信号有效时，打印数据送入打印机接口的数据寄存器。 打印

10、机当接收到一行打印数据，或者是行缓冲器满，由输入控制逻辑电路发出“忙”信号，然后打印行缓冲器的数据。 打印是在时序电路的控制下，按行缓冲器地址把打印行缓冲器中的点阵数据取出，根据当前打印头所处的列位置，发送到驱动电路，控制打印针动作。经过若干列打印针动作之后，一个数据打印完成，行缓冲器地址计数器加1，再取下一个数据打印，时序电路同步地控制打印头自左向右运动。在一行数据打印完成之后，控制走纸一行。,并行打印接口标准,并行打印机通常采用并行打印接口标准Centronics （36芯插座）。 Centronics标准主要有8位并行数据线DATA1 DATA8，2根联络信号线STROBE，ACK和1根

11、“忙”状态线BUSY。 Centronics标准的打印机接口一般采用可编程并行接口（如，8255），其软件设计有程序查询和中断两种方案。 打印机接口必须满足以下基本要求： 提供一个并行输出数据端口，通过它向打印机输出要打印的数据； 提供对打印机的选通信号STROBE ； 接收来自打印机的响应信号ACK ，或者忙信号BUSY，供CPU查询/检测，或者是由此产生向CPU申请中断的请求信号。,PC/XT打印机适配板,软/硬磁盘存储器接口,磁盘有软磁盘和硬磁盘两种类型。它们相比较，主要有以下特点： 硬磁盘片采用铝合金制成，比较坚硬，而软磁盘片由聚脂塑料制成，比较柔软，故有软盘、硬盘之分。 为了不损伤盘

12、片，硬磁盘一般使用浮动磁头读/写，浮动间隙一般小于1微米至几微米之间，而软磁盘采用接触式读/写。 为了使磁头浮动起来，硬磁盘驱动器的主轴转速比较高，一般以24003600 r/min，而软磁盘驱动器的主轴转速一般为300 r/min。 硬磁盘的存储容量大，在几千MB以上，而软磁盘一般只有几MB。,6.3.1 软磁盘接口,软磁盘片 按信息记录密度，软磁盘片可分为单密度和双密度，还可分为单面型和双面型。 软磁盘的记录格式有磁道、道密度、位密度、扇区等术语。 软磁盘划分扇区有两种方法：软分区和硬分区。采用硬分区时，在软磁盘上每一个扇区开始处冲一个孔。每个扇区是用一个扇区脉冲来启动的。软分区由软件来划

13、分扇区，每个磁道从检索脉冲开始，每个扇区的开始使用独特的标识符。 每个磁道有四种间隔符。间隔1在每个磁道的开始处出现，称为索引间隔。间隔2称为标识符间隔，使扇区的标识符与数据字段分开。间隔3是数据段与下一扇区之间的间隔。间隔4在磁道上只出现一次，称为无索引间隔，它出现在磁道的末端与索引孔之间。,软磁盘驱动器（FDD）,软磁盘驱动器（FDD）一般由磁头选择电路、驱动器状态检测电路、主轴恒速驱动电路、磁头寻道定位控制电路、写入和抹除电路、读出电路等组成。 FDD实现以下基本功能： 判别软盘控制器（FDC）发出的各种控制信号； 检测并产生相应的状态信号，反馈给软盘控制器； 按控制信号要求，实现磁头定

14、位； 对软磁盘进行读/写操作。 FDD和软盘控制器（FDC）之间的主要信号： 启动电机信号、驱动器选择信号、磁头步进方向信号、磁头步进信号、磁头选择信号、写选通信号、写数据信号、读数据信号、索引信号（状态信号）、零磁道信号（状态信号）、写保护信号（状态信号）。,软磁盘控制器（FDC ）,软磁盘控制器（FDC）是主机与软磁盘驱动器（FDD）之间的接口设备。它可以解释来自主机的命令，向FDD发出控制信号，同时可随时检测FDD的状态，并可按规定的格式将数据写入FDD，或从FDD读出数据。 FDC一般具有以下功能： 接收主机发来的命令（如，加载、寻道、读、写），并进行译码，按照命令要求发出具体控制信号

15、给软磁盘驱动器（FDD）。 监测软磁盘机有关状态，并通知主机（如，零磁道、写保护）。 对主机存取的数据进行处理。写入时，并行数据转换成串行数据并按规定方式进行编码；读出时，对读出数据序列解码，并把串行数据转换成并行数据。 对软磁盘进行格式化。,FDC和FDD的工作过程,FDC根据主机命令，向FDD发出驱动器选择信号和启动电机信号。 插入盘片。盘片将随主轴以300转/秒恒速转动。FDD向FDC发送3个状态（索引、零磁道和写保护）信号。 FDC根据零磁道信号发出寻道检测命令。当寻道检测无误，FDC转入读操作。 FDC检测到写保护信号为“假”时，执行写操作。FDC发出写选通信号，经写门转变成“写允许

16、”信号，提供给FDD进行以下控制： 切断读电路与读/写磁头线圈的通路； 将+12V电压加到读/写磁头线圈，做写电流电源； 选通写电路的恒流源开关，释放写电路的写触发器； 经延迟送抹磁头线圈，产生抹电流。同时，写电路把FDC发出的写数据信号转换成相应的写电流，通过磁头写到磁盘。写入的数据再读出，与原写入数据比较，若无误，写操作完成。,6.3.2 硬磁盘接口,硬磁盘驱动器（HDD ，Hard Disk Driver ） 硬磁盘驱动器（HDD）是电子机械装置，既有精密的机械结构，又有复杂的控制电路。根据其结构和性能可分为固定头式、活动头固定盘式（常称为温盘）、活动头可换盘式三种。固定头式HDD的特点

17、是数据存取时间短，但磁头数量多，结构复杂。活动头固定盘式HDD由于磁头数量减小，提高了磁道密度，固定盘片便于密封。活动头可换盘式HDD可以实现脱机存储，扩大其存储容量。 HDD基本结构由主轴系统、数据转换系统、磁头驱动和定位系统、空气净化系统、接口电路五部分组成。,硬磁盘驱动器（HDD）工作过程,HDD的写入工作过程： 由硬磁盘控制器（HDC）送来的写入信息，通过接口送到写入电路，磁头选择电路选择要写入的磁头，磁头驱动和定位系统把该磁头定位在要写入的磁道位置，然后信息就写入到选定的盘面、磁道和扇区上。 HDD的读出工作过程： 由磁头选择电路选定磁头，磁头驱动和定位系统使之定位在要读出的磁道位置

18、，然后由该磁头读出相应扇区的信息，通过读电路将读出信息进行放大、滤波、鉴零、整形以后，送到接口电路。,硬磁盘控制器（HDC）,硬盘控制器（HDC）：由于磁盘与主机之间数据交换方式采用 DMA控制方式，HDC作为主机与HDD之间交接部件的控制器，需要有两个方向的接口，一个是与主机的接口，控制磁盘与主机系统总线之间的数据交换，称之为系统级接口；另一个是与HDD的接口，根据主机的命令控制驱动器的操作，称之为设备级接口。 HDC数据处理功能：写数据时，对数据进行并/串转换，并加上ECC校验码，形成 MFM制的写数据信号和预补偿编码信号，经写预补偿后送驱动器；读数据时，把驱动器磁头送来的MFM信号经锁相数据同步，还原电路分离出读数据信号和时钟信号送到HDC，HDC进一步分离出有效数据，串/并变换后送单片微机，单片微机处理后送主机。 HDC输入/输出控制功能：接收HDD读/写时送来的索引信号、0磁道信号、写故障信号、寻道完成信号、驱动器准备好信号等；向HDD发出寻道方向、步进信号、读/写控制信号等。,常用硬磁盘接口标准, 微机最广泛使用的硬盘