第 12 章 人机交互设备及其接口

12.1 键盘及其接口

12.2 鼠标器及其接口

12.3 CRT显示器及其接口

12.4 打印机及其接口

12.5 其它人机交互设备

12.1 键盘及其接

12.1.1 键盘的工作原理

12.1.2 微机键盘及键盘接口

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12.1.1 键盘的工作原理

1 ．键盘的类型2 ．键盘的功能3 ．键盘的工作原理

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（ 1 ）编码键盘。 键盘内部能自动检测被按下的键，并提供与被按键功

能对应的键码（如 ASCII 码），以并行或串行方式送给 CPU 。

（ 2 ）非编码键盘。 只简单地提供按键的行列位置（位置码或扫描码），

而按键的识别和键码的确定与输入等功能均由软件完成。

1 ．键盘的类型

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2 ．键盘的功能

（ 1 ）识别键盘矩阵中的被按键；（ 2 ）清除按键时产生的抖动干扰；（ 3 ）防止按键操作的串键错误；（ 4 ）产生被按键相应的键码。

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3 ．键盘的工作原理

逐行扫描法 由程序对键盘进行逐行扫描，通过检测到的列输出

状态来确定闭合键。 需要设置输入口、输出口各一个。

行列扫描法 通过行列颠倒扫描来识别闭合键。在扫描每一行时，

读列线；然后依次向列线扫描输出，读行线。 需要提供两个可编程的双向输入 / 输出端口。

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例 8-1

CPU 8255A

PA0

PA1

PA2PB0PB1PB2

PB3

列 0 列 1 列 2 列 3

行 1

行 0

行 2

图 12-1 非编码键盘接口硬件框图

L1 ： OUT 40H ， AL ROL AL MOV AH ， AL IN AL ， 41H AND AL ， CL CMP AL ， CL

JNZ L2 ADD CH ， BH MOV AL ， AH DEC BL JNZ L1 JMP BEGIN L2 ： INC CH RCR AL JC L2 MOV AL ， CH JMP KEYTABLE

假定有一个 3×4 的矩阵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 8255A A 口地址为 40H ， B 口地址为 41H ，控制寄存器地址为 43H 。

MOV AL ， 82H OUT 43H ， AL BEGIN ： MOV AL ， 0 OUT 40H ， AL WAIT ： IN AL ， 41H AND AL ， 0FH CMP AL ， 0FH JZ WAIT MOV CX ， 7FFH L0 ： LOOP L0 ST ： MOV BL ， 3 MOV BH ， 4 MOV AL ， 0FEH MOV CL ， 0FH MOV CH ， 0FFH

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12.1.2 微机键盘及键盘接口

1 ． PC微机键盘的特点

2 ．键盘控制电路

3 ．键盘接口电路

4 ． PC机键盘接口标准返 回

1 ． PC 微机键盘的特点 （ 1 ）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。

（ 2 ）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。

（ 3 ）它是一种由单片机扫描、编码的智能化键盘。

（ 4 ）键盘通常通过设在主板上的键盘接口连到主机上，人们通过键盘输入的数据是在主机的 BIOS 程序的控制下，传送到主机的CPU 中进行处理的。

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2 ．键盘控制电路

IRQ1

检测器

行译码

时钟发生器

移位寄存器

列译码

键盘矩阵16 行 ×8 列

中断请求

C D

PCLK

CLOCK CLK

DATA D1

图 12-2 PC/XT 键盘与接口框图

输出 T1

8048

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3 ．键盘接口电路 （ 1 ）将串行接收键盘送来的接通扫描码和断开扫描码，转换成并

行数据并暂存

（ 2 ）收到一个完整的扫描码后，立即向主机发中断请求

（ 3 ）主机中断响应后读取扫描码，并转换成相应的 ASCII 码存入键盘缓冲区

（ 4 ）接收主机发来的命令，传送给键盘，并等候键盘的响应，自检时用以判断键盘的正确性

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4 ． PC 机键盘接口标准

5 芯接口（即俗称大口）PS/2 接口（即俗称小口）USB 接口

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12.2 鼠标器及其接口

12.2.1 鼠标器的工作原理

12.2.2 鼠标器接口

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12.2.1 鼠标器的工作原理

1 ．机械式鼠标 由鼠标底部的胶质小球带动 X 方向滚轴和 Y 方向滚轴，在滚轴

的末端有译码轮，译码轮附有金属导电片与电刷直接接触。

2 ．光电式鼠标 光电式鼠标是利用发光二极管（ LED ）发出来的光投射到鼠标

板上，其反射光经过光学透镜聚焦投射到光敏管上。

3 ．光机式鼠标 光机鼠标在机械鼠标的基础上，将磨损最厉害的接触式电刷和

译码轮改进成为非接触式的 LED 对射光路元件。 返 回

12.2.2 鼠标器接口

1 ．串行接口2 ．专用主板鼠标器端口（ PS/2 ）3 ． USB 接口

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12.3 CRT 显示器及其接口

12.3.1 CRT显示器的工作原理

12.3.2 CRT显示器接口

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12.3.1 CRT 显示器的工作原理

图 12-3 彩色显示器的基本结构框图

显示适配卡

信号处理

视频放大驱动电路

14

123

RGB

荧光屏

电子束

荫罩板高压电路

行扫描电路水平同步信号

垂直同步信号帧扫描电路

偏转线圈

5

13

全帧开始

全帧结束

水平扫描正程（显示）

水平扫描逆程（消隐）

第 1 行第 2 行第 3 行第 4 行

第 n-1 行第 n 行

n，

1-1

，

2，

3，

4，

n-1，

垂直逆程（消隐）

图 12-4 光栅扫描示意图

图 12-5 5×7字符点阵

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12.3.2 CRT 显示器接口

1 ．字符发生器 2 ．显示存储器RAM

3 ． CRT控制器 4 ．移位寄存器和视频信号合成器

显示RAM

锁存器

CRT

视频

AB

图 12-6 CRT 接口电路原理图

地址多路

转换器

控制

器

移位

寄存器

字符

发生器

视频信号合成器 信号

CB

DB

系统总线

行地

址

字符地址

消隐

线选

地址

垂直同步

打点

时钟

水平同步

锁存

控制

3

返 回

1 ．字符发生器

例 12-3 字符“ B” 的 ASCII 码是 42H ， 它 的 5×7 点 阵 与 输入 / 输出的关系如图 12-8所示。

线选地址为 000H 时，没有数码的点阵被选中， 5 位输出都为 0 ，可作为字符行之间的间

隔提供空格。

输出

缓冲器

A9

A8

A3

O4

O3

O2

O1

O0

字符选择译

码

选择译

码

RS2

RS1

RS0

1

A2

A1

A0

1

线代

码1

128×5×7字符 ROM

相当于 ROM的低位地址

0

1

127

01

7

ASCII 码

图 12-7 字符发生器内部结构图

线选地址

相当于ROM 的

高位地址1

ASCII 码

42H

线选地址RS2 RS1 RS0

0 0 10 1 0

输 出 码O4 O3 O2 O1 O0

1 1 1 1 01 0 0 0 11 0 0 0 11 1 1 1 01 0 0 0 11 0 0 0 11 1 1 1 00 0 0 0 0

0 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 0

5×7 点阵

图 12-8 字符发生器中“ B” 与输入 / 输出的关系

49H42H

4DH

44H

4EH45H

0

1

2

19191918

1917

显示 RAM

80 81 158 159

1760 1839

1840 1919

0 1 78 79

0 1

22

23

行 列

0 1 78 79 0

23

0 79

IBM

END

显示屏

图 12-9 屏幕上字符位置分配 图 12-10 显示 RAM 和显示屏的映像关系

2 ．显示存储器 RAM

3 ． CRT 控制器

（ 1 ）提供读显示 RAM 的扫描地址和屏幕显示的扫描地址

（ 2 ）提供时序控制信号水平同步、垂直同步及消隐信号锁存器的锁存信号移位寄存器的串行移位信号

4 ．移位寄存器和视频信号合成器

移位寄存器 在打点时钟控制下，把从字符发生器并行输出的线代码变成串行形式送往视频输出电路。

视频信号合成器 将字符图形信息与水平同步、垂直同步、消隐三种信号合成为一种复合信息流，即视频信号。

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12.4 打印机及其接口

12.4.1 打印机工作原理

12.4.2 打印机接口

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12.4.1 打印机工作原理

1 ．针式打印机

2 ．喷墨打印机

3 ．激光打印机

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接口控制电路

数据线

选通响应

忙

时序控制逻辑

列计数器

驱动电路

字符发生器

（ ROM ）

打印行缓冲器

（ RAM ）

字符代码

图 12-11 针式打印机控制原理图

字符点阵列 信号

输入控制 电路

至走纸机构打印头车架

地址计数器

驱动打印针头

1. 针式打印机 针式打印机是以行列点阵的形式来打印字符或图形的，所以也叫点

阵式打印机

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2 ．喷墨打印机

（ 1 ）连续式喷墨打印机 连续式喷墨打印机只有一个喷嘴，利用墨水泵对墨水加以固定压力，使之连续不断地喷射。

（ 2 ）随机式喷墨打印机 墨滴只在需要打印时才喷出，因此，不需要墨水回

收装置。

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3 ．激光打印机

静激光器

激光束

调制驱动电路

纸输出

纸输入

图 12-12 激光打印机的工作原理图

偏转 装置

电子成像

辐射定影

红外线热

静电潜像

感光鼓

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12.4.2 打印机接口

1 ．并行打印机接口标准（ 1 ）信号线的定义

（ 2 ）数据传送时序

2．并行接口逻辑及编程应用

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（ 1 ）信号线的定义

信号 名称 方向 功能说明DATA0 ～ DATA7 数据 入 8 位并行数据，高电平表示 1 ，低电平表示 0

STROBE 选通脉冲 入 低电平时将数据送入打印机接口，脉冲宽度大于 0.5μs

SLCT IN 选择输入 入 低电平有效，表示数据可输入打印机 AUTO REED XT 自动走纸 入 低电平有效，打印完一行后自动走纸 INIT 初始化命令 入 低电平有效，初始化打印机控制器和数据缓冲区 ACKNLG 应答 出 低电平有效，表示打印机已收到数据 高电平有效，表示打印机不能接收新的数据。当打印机

BUSY 忙碌 出 处于打印状态，或者数据缓冲区满，或者脱机，或者有 故障时，发 BUSY信号 PE 纸用完 出 高电平有效，表示无打印纸 SLCT 选择状态 出 高电平表示联机状态，低电平表示脱机状态 ERROR 出错 出 当打印机处于出错、脱机或缺纸状态时，该信号变为低电

平

表 12-1 Centronics 标准接口信号说明

GND 地 出 返 回

（ 2 ）数据传送时序

DATA0 ～ DATA7

STOBE

BUSY

ACK

有效接口

打印机

图 12-13 并行打印机接口数据传送时序

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2 ．并行接口逻辑及编程应用

图 12-14 并行接口逻辑框图

D7 ～D0

A7 ～A0

AEN

IOR

IOW IRQINTE

状态寄存器

控制寄存器

数据寄存器25脚D 型插座

命令译码器

数据缓冲器

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

IRQEN SLCTIN INIT AUTOLF STOBE

含义同表 12-1 的同名信号

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

BUSY ACK PE SLCT ERROR

含义同表 12-1 的同名信号

例 12-4

设 3 个端口的地址分别为数据口 378H ，状态口 379H ，控制口37AH 。试对 3 个端口编程，实现将 AL 的字符送打印机输出。

MOV DX ， 0378H OUT DX ， AL ；将打印字符送数据口 INC DX WAIT ： IN AL ， DX ；读状态 TEST AL ， 80H ；检测 BUSY 位 JNZ N-OUT ；不忙则输出选通 JMP WAIT ； 忙则等待 N-OUT ： MOV AL ， 0DH INC DX OUT DX ， AL MOV AL ， 0CH OUT DX ， AL ；在控制口写入，使选通有效

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12.5 其它人机交互设备

12.5.1 液晶显示器

12.5.2 扫描仪

12.5.3 触摸屏

12.5.4 数码相机返 回

12.5.1 液晶显示器 1 ．液晶显示器概述

液晶显示器（ Liquid Crystal Display ， LCD ）液晶材料为基本组件。 晶体可以排列为扭曲的形式，使得通过它的光线也随之扭曲； 有电流通过时，晶体会改变排列方式。

2 ．液晶显示器的工作原理

图 12-17 扭曲向列型 LCD 的基本结构

段电极

背电极下偏振片

上偏振片

玻璃

反射板返 回

12.5.2 扫描仪

1 ．扫描仪概述 2 ．扫描仪工作原理

A/D

步进电机

控制电路

USB主机I/O

感光器件

扫描头

平板玻璃扫描原稿

平行光

平行光源

图 12-18 平台式 CCD 扫描仪的原理图

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12.5.3 触摸屏

1 ．触摸屏概述

2 ．触摸屏的工作原理 （ 1 ）红外线触摸屏 （ 2 ）电阻式触摸屏 （ 3 ）电容式触摸屏 （ 4 ）声表面波式触摸屏

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12.5.4 数码相机

1 ．数码相机的原理 2 ．数码相机的输出 3 ．数码相机的特点

（ 1 ）分辨率较低 （ 2 ）拍照有延迟 （ 3 ）存储介质多样 （ 4 ）照片可直接送到计算机处理

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