人机交互设备接口技术

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1、第9章人机交互设备接口技术人机交互技术(Human-ComputerInteractionTechniques)是指通过计算机输入/输出设备，以有效的方式实现人与计算机对话的技术。它包括机器通过输出或显示设备给人提供大量有关信息及提示请示等，人通过输入设备给机器输入有关信息及提示请示等，人通过输入设备给机器输入有关信息，回答问题等。随着计算机应用领域的日益广泛，人机交互设备有了很大的发展。不仅那些以计算机为中心的常规输入/输出设备在不断发展与更新，而且逐步研制和生产了各种以人为中心的智能设备。本章主要介绍几种常规人机交互设备的接口方法，借此

2、让我们了解他们的工作原理。9.1键盘的分类键盘在计算机应用系统中是一个很关键的部件，它能实现向计算机输入数据、传达命令等功能，是人和计算机交互的主要输入设备。常规的键盘有机械式按键和电容式按键两种，在工控机键盘中还有一种轻触薄膜按键的键盘。机械式键盘是最早被采用的结构，一般类似金属接触式开关的原理使触点导通或断开，具有工艺简单、维修方便、手感一般、噪声大、易磨损的特性，大部分廉价的机械键盘采用铜片弹簧作为弹性材料，铜片易折易失去弹性，使用时间一长故障率升高，现在已基本被淘汰，取而代之的是电容式键盘。它是基于电容式开关的键盘，原理是通过按键改

3、变电极间的距离产生电容量的变化，暂时形成震荡脉冲允许通过的条件。理论上这种开关是无触点非接触式的，磨损率极小甚至可以忽略不计，也没有接触不良的隐患，具有噪音小，容易控制手感，可以制造出高质量的键盘，但工艺较机械结构复杂。还有一种用于工控机的键盘为了完全密封采用轻触薄膜按键，只适用于特殊场合。其按键结构原理如图9-1所示。按照键盘插口方式，键盘可分为串口（AT）键盘（大口）、并口（即PS/2）键盘（小口）两类。其接口引脚及功能说明如图9-2所示。按键盘编码方式分类，分为编码键盘和非编码键盘。编码键盘是键盘电路在某个键被按下后，能提供该键所代表

4、的信息代码，并以并行或串行信号输给CPU。非编码键盘是一种便宜而广泛用于微机系统的输入设备。这种键盘内部有一个扫描电路，不断地扫描键盘是否有键被按下。9.2键盘的工作原理键盘的一个键在结构上相当于一个按键开关，当按下时接通，放开时断开。如果一个键就需要I/O接口的一个位，那么这种键盘称为单线键盘。这种键对于计算机识别来说很简单，只要读取键盘输入端口的值查看按键对应的各位状态就行了；但是当键盘上的键较多时就需要输入端口的位也多，硬件开销就比较大。因此，这种方式的键盘只适用于只有少数几个键的键盘。当键盘的键较多时，往往将键排列成矩阵的连接方法，

5、通过行列的方式来识别各个按键，这种键盘叫做行列键。键盘只简单地提供按键开关的行列矩阵。有关按键的识别、键码的确定、去抖动、串键处理等功能均由软件完成。目前在计算机系统中为了降低成本大多采用非编码键盘。由于非编码键盘的使用非常广泛，因此下面我们主要介绍其工作原理。下面以3×4矩阵非编码键盘为例来说明其工作原理。图9-3显示出了这种键盘的结构，键盘通过并行接口芯片8255A与微机相连。8255A的A口定义为输出口，与键盘行线相连；B口定义为输入口，与键盘列线相连。设8255AA口地址为40H，B口地址为41H，控制寄存器地址为43H。9.3PC

6、系列机的键盘9.3.1PC系列机键盘工作原理1．PC微机键盘的特点PC微机常用的键盘有101键的增强型键盘和102键的扩展键盘以及104键的Windows键盘。不论键数的多少均具有如下特点：⑴键盘由单片机、译码器和16行×8列的键开关矩阵三大部分组成。⑵按键采用电容开关，即按键时的上下动作使电容量发生变化，从而实现开关接通或断开的目的。⑶它是一种由单片机扫描、编码的智能化键盘。尽管它使用的单片机能够自动地识别键的按下与释放，自动生成相应的扫描码(即行列位置码)，并以串行方式发往主机，具有编码键盘的绝大部分功能。但是，它不能直接提供与键功能对

7、应的键值或键码，必须由主机在键处理程序中将键盘提供的扫描码转换为反映键功能的ASCII码。因此，属于非编码键盘。⑷它是一个与主机箱分开的独立部件，通过一根五芯电缆与主机相连接。9.3.2PC/XT机与键盘的接口PC/XT系列键盘主要由单片机、译码器和16行×8列的键开关阵列三部分组成，如图9-4所示。其中单片机采用了INTEL8048单片微处理器控制，其内部集成了8位CPU、1024×8位的ROM、64×8位的RAM、8位的定时器/计数器等器件。8048单片机承担了键盘扫描、消抖并生成键扫描码、对扫描码进行并/串转换，并将串行的键扫描码和时

8、钟送到主机。单片机中的计数器用于定时工作方式，每96μs计数器增1。P20输出一个选通信号时，则行、列译码电路开始工作。8位计数器的b6～b3位和b2～b0位，经DB总线送至键盘