1、第 13 章 人-機接口 本章主要內容13.1 概述 13.2 鍵盤及其接口技術 13.3 鼠標及其接口技術13.4 顯示器及其接口技術13.5 打印機及其接口技術13.6 多媒體計算機外圍設備功能： 13.1.1 常用的外圍設備13.1 概述 外圍設備是微機系統的重要組成部分。是指微機系統中，除處理機本身之外，直接或間接與處理機進行信息交換并改變信息狀態的裝置。 （1）對信息形式進行交換人們習慣于使用字符、漢字以及圖形、圖像等表達信息的含義，而處理機使用的卻是電信號表示的二進制代碼。因此，處理機與外界聯系時必須要進行信息形式的交換。利用外圍設備可以實現這一轉換。 13.1.1 常用的外圍設備

2、 （2）為人和微機系統提供聯系通道微機應用系統從研制開發到應用，必須有人的參與，這種人機交互聯系也是通過外圍設備來完成的。（3）作為信息存儲的場所因為內存容量有限且不能長久保存信息，大量信息的存儲只能靠外存這類外圍設備來實現。（4）促進微機在各個領域的應用微機在各個領域的應用的需要推動了外圍設備的發展，反過來，外圍設備的發展又促進了微機的應用。13.1.2 外圍設備的分類13.1 概述 按照鍵盤方式分類，鍵開關可分為接觸式和非接觸式兩大類。按照鍵碼識別方法分類，鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩大類。13.2.1 鍵盤的工作原理13.2 鍵盤及其接口技術編碼鍵盤是用硬件電路來識別按鍵代碼的鍵盤，

3、當按下某一鍵后，響應電路即給出一個編碼信息（如ASCII碼），送到主機去識別和處理。 特點：編碼鍵的響應速度快，但它以復雜的硬件結構為代價，并且其硬件的復雜程度隨著鍵數的增加而增加。 非編碼鍵是用較為簡單的硬件和專門的鍵盤掃描程序來識別按鍵的位置，即當按下某鍵以后，并不給出相應的ASCII碼，而提供與按鍵對應的中間代碼，然后再把中間代碼轉換成對應的ASCII碼。13.2.1 鍵盤的工作原理 特點：非編碼按鍵的響應速度不如編碼鍵盤快，但它通過軟件編程可為鍵盤中某些鍵的重新定義提供更大的靈活性，因此得到廣泛的應用。 鍵盤接口按照不同的標準有不同的分類方法。按鍵盤排布的方式可分成獨立方式和矩陣方式；

4、按讀入鍵值的方式可分為直讀方式和掃描方式；按是否進行硬件編碼可分成非編碼方式和硬件編碼方式；按微處理器響應方式可分為中斷方式和查詢方式。 13.2.2 小型鍵盤接口13.2 鍵盤及其接口技術1. 獨立方式指將每個獨立按鍵按一對一的方式直接接到I/O輸入線上 。2. 矩陣方式 13.2.2 小型鍵盤接口 用n條I/O線組成行輸入口，m條I/O線組成列輸出口，在行列線的每一個交點上設置一個按鍵。讀鍵值方法一般采用掃描方式，即輸出口按位輪換輸出低電平，再從輸入口讀入鍵信息，最后獲得鍵碼。這種方式占用I/O線較少，在實際應用系統中采用較多。 3. 鍵盤的基本問題 13.2.2 小型鍵盤接口 幾個問題：

5、第一，如何識別鍵盤上的按鍵？第二，如何區分按鍵是否被真正地按下，還是抖動？第三，如何處理重鍵問題？ （1）鍵的識別若鍵盤上閉合鍵的識別由專用硬件實現，稱為編碼鍵盤；靠軟件實現的稱為未編碼鍵盤。 識別是否有鍵被按下，主要有查詢法、定時掃描法與中斷法等。而要識別哪個鍵被按下主要有行掃描法與行反轉法。（2）抖動問題當手按下一個鍵時，會出現所按的鍵在閉合位置和斷開位置之間跳幾下才穩定到閉合狀態的情況。當釋放一個按鍵時也會出現類似的情況，這就是抖動問題。抖動持續的時間因操作者而異，一般為510ms之間，穩定閉合時間一般為十分之幾秒幾秒，由操作者的按鍵動作所確定。在軟件上，解決抖動的方法通常是延遲等待抖動

6、的消失或多次識別判定。13.2.2 小型鍵盤接口 （3）重建問題有兩個及兩個以上按鍵同時處于閉合狀態的處理問題。在軟件上，處理重鍵問題通常有連鎖法與巡回法。13.2.3 微機鍵盤及其接口13.2 鍵盤及其接口技術1. 鍵盤控制電路PC鍵盤一般由鍵盤矩陣和以單片機或專用控制器為核心的鍵盤控制電路組成，被稱為智能鍵盤。單片機通過執行固化在ROM中的鍵盤管理和掃描程序，對鍵盤矩陣進行掃描，發現、識別按鍵的位置，形成與按鍵位置對應的掃描碼，并以串行的方式送給微機主板上的鍵盤接口電路，供系統使用。 13.2.3 微機鍵盤及其接口 2. 鍵盤接口電路（1）將串行接收鍵盤送來的接通掃描碼和斷開掃描碼轉換成并

7、行數據，并儲存。（2）收到一個完整的掃描碼后，立即向主機發出中斷請求。（3）主機中斷響應后讀取掃描碼，并轉換相應的ASCII碼，存入鍵盤緩沖區。對于控制鍵，設置相應的狀態。（4）接收主機發來的命令，傳送給鍵盤，并等候鍵盤的響應。自檢時用以判斷鍵盤是否正確的。PC鍵盤插頭有三種：大插頭（5芯）、小插頭PS/2接口（6芯）和USB接口。 鼠標是一種快速定位裝置，它可以使移動光標更方便、更快捷，并在軟件的支持下，通過其上的按鍵完成各種特定操作。 13.3.1 鼠標的工作原理13.3 鼠標及其接口技術當在平面上移動鼠標時，通過機械或光學的辦法把鼠標移動的距離和方向轉換成兩個脈沖信號傳送給微機。鼠標驅動

8、程序將脈沖個數轉換成鼠標的水平、垂直方向上的位移量，從而達到移動鼠標的目的。 鼠標的主要指標是分辨率。它以dpi（像素/英寸）為單位，表示鼠標移動1英寸所通過的像素數。常見鼠標的分辨率為320800dpi。鼠標的分辨率越高，其移動距離就越短。鼠標按工作原理可分為機械式、光電式和光機式三種，其中，光機式鼠標器是目前最流行的鼠標器種類。鼠標按照一定的傳輸格式向主機傳輸數據，一般采用字節組安排數據，以便依次傳輸。兩鍵鼠標以三字節為組，三鍵鼠標器以五字節為組。 13.3.1 鼠標的工作原理 PC上常使用兩鍵或三鍵鼠標。按接口分類，鼠標可分為MS串行鼠、PS/2鼠標、總線鼠標和USB鼠標。 13.3.2

9、 鼠標與微機的接口方式13.3 鼠標及其接口技術1. MS串行鼠標接口MS串行鼠標是通過RS 232C與微機相連的，一般是將DB-9的9針接口連到微機的COM1或COM2端口。MS串行鼠標的串行通信參數為：1位起始位，7位數據位，1位停止位，無奇偶檢驗位，以1200或2400bps的速率發送數據。 2. PS/2鼠標接口13.3.2 鼠標與微機接口方式 3. USB鼠標接口采用USB接口的鼠標，具體接口與USB接口一樣。 顯示器是PC最常用的輸出設備，可用來顯示字符、圖形、圖像。顯示輸出設備由顯示器和顯示卡兩部分組成。常見的字母/數字顯示器主要有兩種：發光二極管顯示器（LED）和液晶顯示器（L

10、CD）。 13.4.1 LED顯示器及接口13.4 顯示器及其接口技術8段數碼管一般由8個發光二極管(LED)組成，每一個位段就是一個發光二極管。一個8段數碼管分別由a、b、c、d、e、f、g位段，外加上一個小數點的位段h(或記為dp)組成。根據公共端所接電平的高低，可分為共陽極和共陰極兩種。 LED顯示方式有兩種：靜態顯示和動態顯示。靜態顯示的特點是各LED管能穩定地同時顯示各自字型；動態顯示是指各LED輪流地一遍一遍地顯示各自字符，動態顯示的顯示周期應小于20ms，人們就感覺不到“閃爍”現象，顯示周期越長，顯示的亮度越暗。13.4.1 LED顯示器及其接口 液晶的物理特性是：通電時導通，排

11、列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時，排列混亂，阻止光線通過。 13.4.2 LCD顯示器13.4 顯示器及其接口技術按照物理結構，LCD可分為雙掃描無源陣列顯示器（DSTN LCD）和薄膜晶體管有源陣列顯示器（TFT LCD）。雙掃描無源陣列（DSTN）所構成的液晶顯示器對比度和亮度較差、可視度小、色彩欠豐富，但是它結構簡單、價格低廉。 薄膜晶體（TFT）是指液晶顯示器上的每一液晶像素點都由集成在其后的薄膜晶體管來驅動。TFT LCD具有屏幕反應速度快、對比度和亮度高、可視角度大、色彩豐富等特點。液晶顯示器的主要參數： 13.4.2 LCD顯示器 （1）可視角度在最大可視角時，所測量到的對

12、比度越大越好。一般而言，LCD的可視角度都是左右對稱的，但上下就不一定了，而且，常常是上下角度小于左右角度，可視角越大越好。 （2）亮度TFT液晶顯示器的可接受亮度為150 cd/m2以上，目前國內能見到的TFT液晶顯示器亮度都在200 cd/m2以上，亮度低則感覺暗。（4）顯示色數幾乎所有15英寸LCD都只能顯示高彩（218種顏色），因此許多廠商使用了所謂的FRC（frame rate control）技術以仿真的方式表現出全彩的畫面。13.4.2 LCD顯示器 （3）響應時間響應時間反應了液晶顯示器各像素點對輸入信號反應的速度，即像素由暗轉亮或亮轉暗的速度，響應時間越小越好。響應時間越小，

13、則使用者在看運動畫面時不會出現尾影托拽的感覺。 1. 顯示卡的基本原理 13.4.3 顯示卡13.4 顯示器及其接口技術顯示卡的基本功能就是控制微機的圖形輸出，對圖形函數進行加速。顯示卡通常以附加卡的形式安裝在微機主板的擴展槽中，或集成在主板上。 顯示卡的性能，是指顯示卡上的芯片集能夠提供的圖形函數計算能力，這個芯片通常也稱為加速器或圖形處理器。在芯片集內部會有一個時鐘發生器、VGA核心和硬件加速函數，很多新的芯片在內部還集成了數模轉換隨機存儲器（RAMDAC）。 顯示內存也稱顯卡，是加速卡的重要組成部分。顯卡也被稱為幀緩存，是用來存儲要處理圖形的數據信息。 13.4.3 顯示卡 2. 顯示內

14、存 因為微機是以數字方式運行的，所以在顯存中存儲的當然是數字信息。數模轉換隨機存儲器RAMDAC的作用就是將數字信號轉換成模擬信號，使顯示器能夠顯示圖像。 RAMDAC的轉換速率以MHz表示，它決定了刷新頻率的高低。其工作速度越高，頻帶越寬，高分辨率時畫面質量越好。 3. RAMDAC 顯卡的接口決定著顯卡與系統之間數據傳輸的最大帶寬，也就是瞬間所能傳輸的最大數據量。 13.4.3 顯示卡 刷新頻率是指RAMDAC向顯示器傳送信號，使其每秒重繪屏幕的次數，它的標準單位是Hz。刷新率分別為56，60，65，70，72，80，85，90，95，100，110和120Hz多個檔次，過低的刷新率會使用

15、戶感到屏幕嚴重閃爍，時間一長就會使眼睛感到疲勞，所以刷新率應該大于72Hz。 分辨率指的是在屏幕上顯示出來的像素數目，它由水平行的點數和垂直行的點數兩部分來計算。 4. 刷新頻率 5. 顯卡接口技術 13.5 打印機及其接口技術打印機按照工作原理不同可分為擊打式和非擊打式兩大類；打印機按照工作輸出方式可分為串行打印機、并式打印機和頁式打印機三種；打印機按印字機構不同可分為固定字模（活字）和點陣式打印機兩種。打印機工作模式：文本模式（字符模式）和圖形模式 文本模式特點：所需傳送的數據量少，占有主機CPU的時間少，因而效率高，但所能打印的字符或漢字的數量受到字庫的限制。圖形模式特點：CPU能靈活控

16、制打印機輸出任意圖形，從而可打印出字符、漢字、圖形、圖像等。但圖形模式所需傳送的數據量大，會占用主機大量的時間。 通過將墨滴噴射到打印介質上來形成文字或圖像。 13.5.1 打印機的工作原理13.5 打印機及其接口技術是一種擊打式打印機，它是靠垂直排列的鋼針在電磁鐵的驅動下完成打印動作的，當鋼針向前撞擊時，就把色帶上的油墨打印到紙上而形成一個色點。針式打印機又稱為點陣式打印機。這種打印機打印速度慢、噪聲大、分辨率低，現基本被淘汰了。 1. 針式打印機 2. 噴墨打印機 優點：（1）結構簡單，設備體積小，可靠性好，價格便宜。（2）工作噪聲小，較為安靜。（3）打印速度高，每秒鐘可達到150400字；（4）分辨率高，圖像、字跡清晰，并克服了針式打印機隨色帶使用次數增多造成的打印字跡越來越不清晰的現象。（5）可實現高品質彩色照片打印，彩色效果逼真。13.5.1 打印機的工作原理 缺點：（1）它對紙張要求較高（2）噴墨打印機的耗材較貴（3）噴墨打印機的噴嘴容易堵塞，造成打印品質下降，故需要定期對噴嘴進行清洗。激光打印機由激光器、聲光調制器、高頻驅動器、掃描器、同步器及光偏轉換器等組成。 13.5.1 打印機的工作原理 3. 激光打印機 特點：打印速度快、品質好、工作噪聲小 激光打印機的整機和耗材價格高PC的端口地址分配表中，I/O通道地址范圍為378H3FFH的I/O設備端口為并行