人机交互设备及接口

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1、第9章人机交互设备及接口本章学习目标本章主要讲解常用的人机交互设备的工作原理、通过接口与CPU的连接方法，以及对这些设备的编程方法，主要包括：l键盘的工作原理、与主机连接以及编程方法l鼠标的基本工作原理及编程方法l打印机的基本结构、工作原理以及编程方法l扫描仪、数码相机和触摸屏的工作原理及工作过程第9章人机交互设备及接口9.1概述9.2键盘与鼠标9.3视频显示接口9.4打印机接口9.5其它外设简介9.1概述所谓人机交互设备，是指人和计算机之间建立联系、交流信息的有关输入/输出设备。这些输入/输出设备直接与人的运动

2、器官（如手、口）或感觉器官（如眼、耳）有关。通过它们、人们把要执行的命令和数据送给计算机。同时又从计算机获得易于理解的信息。所谓人机交换设备接口是指这些设备同计算机连接的用到的接口电路。常规的人机交互设备有键盘、显示器（LCD显示器和CRT显示器等）、打印机、鼠标器等。这些设备的输入输出是以计算机为中心的、信息以二进制、十六进制码或ASCII码形式进行传送。这种形式，计算机容易接受和便于处理，但人接收和处理起来却不方便、必须通过大脑的思维、判断和转换。9.2键盘与鼠标9.2.1键盘及接口电路9.2.2PC机键盘接

3、口9.2.3鼠标及接口电路9.2.1键盘及接口电路键盘的分类（1）编码键盘编码键盘带有必要的硬件电路，能自动提供按键的ASCII编码，并能将数据保持到新键控下为止，还有去抖动和防止多键、串键等保护装置。编码键盘软件简短，它根据编码就能识别是什么键按下，但硬件电路复杂，价格较贵。（2）非编码键盘它仅仅是按行、列排列起来的矩阵开关，其它的工作如识别键、提供代码、去抖动等均由软件来解决。目前微型机中，一般为了降低成本，简化硬件电路，大多采用非编码键盘，所以下面仅介绍非编码键盘的接口电路。键盘的工作原理常用的非编码键盘有

4、线性键盘和矩阵键盘。线性键盘是指其中每一个按键均有—条输入线送到计算机的接口，若有N个键，则需N条输入线，如图所示。简单线性键盘在键盘中，为了检测哪个键被按下，通常用硬件方法或软硬件结合的方法，但无论采用哪种方法，非编码键盘必须解决如下问题：l识别键盘矩阵中被按键；l清除按键时产生的抖动干扰；l防止键盘操作的串键错误；l产生被按下键相应的编码。常用的按键识别方法有：行扫描法、行反转法和行、列扫描法。图9-1简单线性键盘图9-2矩阵键盘（1）行扫描法识别按键行扫描法识别按键的过程是：首先判断是否有键被按下，即先进行

5、全扫描，将所有行线置成低电平；然后扫描全部列线，如果扫描的列值全是高电平，则说明没有任何一个键被按下；如果读入的列值不是全1，则说明有键按下，再用逐行扫描的方法确定哪一个键被按下。先扫描第一行，即置该行为低电平，其他行为高电平，然后检查列线，如果某条列线为低电平，则说明第一行与该列相交的位置上的按键被按下；如果所有列线全是高电平，则说明第一行没有键被按下，接着扫描第二行，以此类推，直到找到被按下的键。（2）行反转法识别按键图9-2矩阵键盘行反转法又称线反转法，利用一个可编程的并行接口（如8255A）来实现。其基本

6、原理是：将行线接一个并行口，先让它工作在输出方式，将列线出接到一个并行口，先让它工作在输入方式。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。如果有某一个键被按下，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。3.抖动和重键问题在键盘设计时，除了对键码的识别外，还有两个问题需要解

7、决：抖动和重键。当用手按下一个键时，往往会出现按键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳定到闭合状态的情况；在释放一个键时，也会出现类似的情况，这就是抖动。抖动的持续时间随操作员而异，不过通常总是不大于10ms。大家容易想到，抖动问题不解决就会引起对闭合键的错误识别。去抖动电路如下图所示。（a）键开关抖动图（b）硬件消除抖动示意图9.2.2PC机键盘接口IBMPC键盘特点IBMPC系列键盘具有两个基本特点：（1）按键均为无触点的电容开关：（2）PC系列键盘属于非编码键盘PC系列键盘不是由硬件电路向CPU输出按键所对应

8、的ASCII码值，而是由单片机扫描程序识别按键的当前位置，然后向键盘接口输出该键的扫描码。按键的识别、键值的确定以及键代码存入缓冲区等工作全部由软件完成。PC系列机键盘主要由三种基本类型的键组成：l字符数字键：包括26个大写英文字母和26个小写英文字母，数字0～9以用%、$、#等常用字符。l扩展功能键：如Home，End，Backspace，Delete，Insert，P