微机原理 第11章 人机交互接口技术

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1、本章主要教学内容键盘与鼠标的工作原理、与主机连接以及编程方法视频显示接口的基本工作原理及编程方法打印机的基本结构、工作原理以及编程方法扫描仪、数码相机和触摸屏的工作原理及应用第11章人机交互接口技术连接在计算机上的人机交互设备主要有键盘、鼠标器、显示器（LCD显示器和CRT显示器等）打印机等。这些设备的输入输出是以计算机为中心，信息以二进制、十六进制码或ASCII码的形式进行传送。随着计算机多媒体技术的发展，人机交互设备种类也越来越多，如增加了图形数字化仪、图像扫描仪、声音输入/输出设备、数码相机、触摸屏等。这些设备使计算机系统以更

2、接近人类感知外部世界的方式输入或输出信息，使计算机更加人性化。11.1键盘与鼠标接口11.1.1键盘及接口电路微型计算机的键盘是从英文打字机演变而来的，它是微型计算机不可缺少的标准输入设备。一个标准的通用键盘由排列成矩阵形式的按键、按键架、编码器和接口电路等主要部件组成，其基本功能就是将人击键的机械动作转换成计算机能够理解的编码，键盘输入的信息包括文本、数据等文字信息和程序、指令等控制信息。键盘按键的数目从最早的83键发展到后来的101、102、104键，随着Windows版本的不断升级，市场上还推出增加了键盘关机等一些特殊功能的1

3、08键Windows键盘。1.键盘的分类及其特点（1）键盘的分类根据按键本身的结构方式可以分为机械触点式和电容式两类：按照控制形态可分为编码键盘和非编码键盘两类：按照键盘的用途还可分为通用键盘和专用键盘两类：（2）键盘的特点对于通用PC系列微机采用的键盘来讲，它具有两个基本特点：一是按键开关为无触点的电容开关，通过按键的动作，使电容量发生变化，来检测按键的断开与接通；二是键盘属于非编码键盘，由单片机扫描程序并识别按键的当前位置，然后再向键盘接口输出该键的扫描码。2.键的识别在键盘中通常用硬件或软硬件结合的方法来识别键盘中的闭合键，

4、常用的按键识别方法有：行扫描法、行反转法和行、列扫描法。（1）行扫描法我们把PC系列键盘视为二维矩阵的行列结构，键盘的识别采用行扫描法，如图11-2所示，为16行×8列的矩阵结构。键盘扫描程序周期性地对行列结构的按键进行扫描，然后根据回收的信息来确定当前的行、列位置码。行扫描法的工作原理为：7位计数器处于定时工作方式，计数器输出分别送至两个译码器（行译码和列译码），高4位译码形成Y0～Y15共16行扫描驱动线；低3位译码形成X0～X7共8列扫描驱动线。由于计数器的特点，列扫描驱动线随着时钟而步进1列，行扫描驱动线经过8个时钟而步进1

5、行。图11-2行扫描法识别按键（2）行反转法行反转法是利用可编程并行接口（如8255A）来实现的，在硬件上要求键盘的行、列线分别连接到两个双向并行接口，如图11-3所示。行反转法的工作原理为：将行线接一个并行口，先工作在输出方式，将列线接到另一个并行口，先工作在输入方式。经初始化编程使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

6、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。（a）行线输出（b）列线输出图11-3行反转法识别按键在键盘设计时除了对键码的识别外，还需要解决抖动和重键问题。按键开关在开闭过程中不可避免地会出现瞬态抖动，其时间长短约为5～10ms。在抖动时检测键盘状态是不可靠的，因此要进行去抖动处理，去抖动可用硬件或软件实现。硬件去抖动电路通常由一个R-S触发器或单稳态电路构成。软件去抖动的方法是在检测到有键按下时，先延迟10ms再检测键是否仍保持闭合状态。重键是指在同一时刻有两个或多个键同时按下的情况

7、，此时存在着是否给予识别或识别哪一个键的问题。对重键的处理，一般可以不予理睬，认为重键是一次错误的按键。通常情况下则是只承认先识别出来的键，对同时按下的其它键不作识别，直到所有键都释放以后，才读入下一个键。这种方法称为“连锁法”。此外，还可采用“巡回法”，其基本思想是等被识别的键释放以后，才对其它闭合键作识别，该方法比较适合于快速键入操作。3.PC机键盘接口目前PC机常用的键盘接口有3种：（1）标准接口：一般用于早期的AT主板上，所以也叫做AT接口。标准接口为圆形，比PS/2接口要大，习惯上称之为大口。（2）PS/2接口：PS/2接

8、口为具有6针的圆形插座，目前PC机上一般都具有连接键盘的PS/2接口。（3）USB接口：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，键盘也不例外。选择USB接口的键盘先要考虑主机上是否具有空余的USB接口