9.1I/O設備概述

?主機（主板及內存）以外的設備，也稱外部設備。輔

△助存儲器也屬于外設。

（V外設向多樣化、智能化、功能復合化、高可靠性的方

9向發展，人類將最終通過‘能聽會說’，”能讀會

一、寫”的外部設備，使智能計算機成為現實。

屋、入設備主要完成輸入程序、數據、操作命令、各

、中圖形、圖像、聲音等信息。

?輸出設備輸出計算機的處理結果或操作提示。可

以是數據、文字、表格、圖形、圖像或語言。

））隨著電子器件集成度的提高和價格的下降，主機價格不斷下

n/降，使得輸入輸出設備的成本相對提高，約占整個計算機的

以上。

,1470%2

計算機”?系統結構演示

I日機IV*F>.

圖可檢入

3

「字符輸入設備：鍵盤

圖形輸入設備：鼠標、光筆

（輸入設備圖象：掃描儀、傳真機、攝象機

〔模擬設備：語音輸入、AD轉換

J活字式

擊打式i點陣式

r打印機

J激光

非擊打式I噴墨

輸出設備

繪圖儀

語音輸出

〔顯示器/CRT

1液晶、等離子體顯示器

多媒體

盤

終端設備磁

帶

磁

盤

外存儲器Y光

通信設備

4

9.2常用的輸入設備

?鼠標器、跟蹤球和操作桿輸入

A?鍵盤

?觸摸屏

c?圖像輸入設備（攝像機和數字照相機）

\\?掃描儀

1?條形碼及其技術

個?光學字符識別技術和語音文字輸入系統

.光筆、圖形板和畫筆（或游動標）輸入

5

9.2.1鍵盤

按結構原理劃分：按鍵分有觸點和無觸點類型

觸點式利用機械觸點的分離與閉合判斷電路的通斷，由

于磨損、氧化等易產生接觸不良等故障

無觸點式，通過按鍵上下運動使電容的電量發生變化，

達到檢測開關的通斷，不存在磨損和接觸不良等問題，且密

封組裝有防塵特性

按與主機通信信息劃分：編碼鍵盤和非編碼鍵盤

編碼鍵盤就是當某個鍵被按下后，能夠提供一個與之相

對應的的編碼信息，功能全部由硬件完成。

非編碼鍵盤是用較為簡單的硬件和專用的程序來識別被

按鍵的位置，提供一個與位置相對應的中間代碼（掃描碼）

然后又專用軟件將其轉換成規定的編碼。即功能由軟件完成

6

微機鍵盤組成原理

?計算機鍵盤常采用電容式無觸點鍵盤，

由83?110個鍵組成，排歹U成16行*8歹U

的長方矩陣，內部由單片機控制。

?PC機鍵盤用單片機8048負責鍵盤控制

?鍵盤自檢、鍵盤掃描、鍵盤與主機通信

?鍵盤緩沖區配合工作

?采用PS/2接口方式，弓I腳定義為+5V、信

號線、時鐘線、地線等6針小圓口結構。

7

1、鍵盤掃描原理

鍵盤常用掃描方法：行掃描法+5V

行掃描法過程:1、全行掃描

2、逐行掃描

二來獲得掃描位0

DO

置碼單D11

片D22

微D3

王機型3

計歹0124

算

機D4D5D6D7

8

、按鍵抖動掃描

2啟動掃描程序

軟件

鍵盤全行掃描

硬件

N

閉合鍵?

0延時并重掃描

閉合鍵?

Y

0鍵盤逐行掃描

輸出按鍵掃描代碼

r掃描結束j

3、IBM-PC機的鍵盤操作過程

1）初始化：由復位信號禁止鍵盤工作，并清除移位

寄存器和中段請求觸發器，準備接收8048送來的掃

R描碼。

1^2）鍵盤掃描：由8048執行行列掃描程序，得到掃

碼后以串行方式送接口中的移位寄存器。8048中

有一個2。字節的緩沖區，能存20個掃描碼，快速按

二.鍵時，若干個按鍵的掃描碼可置入緩沖區暫存，按先

'城先出的原則從緩沖區取出掃描碼送往接口。

3）傳送掃描碼：掃描碼由一位標志位和8位數碼位

口成。8位數碼在移位寄存器中組成8位并行掃描碼，

一位標志位置1中斷請求觸發器，向CPU發出中斷請

10

4）中斷處理過程：CPU相應鍵盤中斷后，執行由

BIOS提供的鍵盤中斷處理程序，首先從接口并行

接收掃描碼，并將鍵盤復位，解除對8048的封鎖，

、鍵盤可向接口傳送下一個掃描碼。在中斷處理程序

中經查表將掃描碼轉換成相應的ASCII碼，并在屏

幕上顯示出來后返回主程序。

—其中，ASCII碼（AmericanStandard

r、CodeForInformationInterchange,MOI3

家信息交換標準字符碼），每字符用一個字節表示，

“共有128個字符（最高位為0）。其中95個字符供顯

一示、打印使用，余下33個為控制字符。如表9.2所

V\示：（見第296頁）

7）J?擴展ASCII碼可表示256個編碼（EBCDIC碼）,目

前微機上就采用。11

9.2.2鼠標器

?鼠標器是控制計算機顯示器上光標移動的輸入設

備。一般有2個鍵，PS/2接口和USB接口方式。

A?特點：快速、精確地光標定位，優良的人機交互。

\?分類

機電式一個外涂橡膠的鋼球，兩對發光、光電管和柵

一、輪組成，進行代表X、Y方向的定位和測距

，A光電式沒有機械滾動部分，代之以兩對互為直角的光

一、%電探測器，分別代表X、Y方向進行定位。

X；與計算機通信方式有線和無線（紅外和無線電）

?指標：分辨率、軌跡速度等

在操作系統中安裝鼠標器的驅動程序，就可在系統中配

A\置使用鼠標器。IBM-PC機，通過軟中斷INT33H調用鼠

71J標器驅動程序，可進行的操作有鼠標器初始化、開始顯示

fi/光標、停止顯示光標、讀光標位置與按鈕狀態、設置光標

i/位置、讀鼠標位移量等。12

9.2.3掃描儀

:套描儀是把圖形圖像和字符變為二進制圖像

H數據的計算機輸入設備。

收分類

。’臺式、手持

c,黑白和彩色

旨標分辨率、掃描幅面、掃描速度

h原理與接口配有專用軟件的掃描儀可以

、、把圖形、圖像和文字、字符變為二進制圖像

A、數據存入計算機存儲器，另一方面通過顯示

/J/器將輸入的圖形、圖像顯示出來。其接口有

并行□和SCSI接口兩種形式。13

9.2.4數字相機

?當想把一幅美麗的風景變成計算機能夠處理

的圖像，傳統的處理過程是：通過使用膠片相

A機把風景拍攝下來，沖成照片，再通過掃描儀

把照片掃描成計算機能夠處理的圖像。現在，

有了數字相機，這一系列工序變得簡單多了，

廣、蘆數字相機把某個風景拍攝下來時，它已經是

不算機能夠處理的圖像了。

數字相機與掃描儀類似，采用數千個微小的

、光傳感器將反射光轉換為電脈沖。不過，數字

目機面臨的困難要大一些，因為要在很短的時

/J/間里獲取全部信息，而掃描儀可以花幾十秒甚

，至幾分鐘的時間掃完一頁。14

?數字拍攝時，數字相機的鏡頭和普通膠片相機一

樣打開，但在相機后面接受反射光的不是基于鹵化銀

的膠卷，而是一個布滿成千上萬個光敏晶體管的微型

芯片，這些晶體管就是著名的電荷耦合設備CCD,將

光轉換成電脈沖，光線越強,電荷量越大。CCD可以

把亮度分級，但并不認識顏色。和所有的數字設備一

樣，這些產品通過把三個基本色混合到一個像素來產

，、'在自然的彩色。為了做到這一點.數字相機必須分三

、渾來完成一幅彩色相片。

?工數字相機用三個彩色濾色鏡來為CCD提供合適

的光線:紅色、綠色、藍色。對每一種顏色，數字相機

個、？儲8位顏色信息（即256種顏色），這樣每個像素

監過三次拍攝，最后可以達到24位的顏色信息（即

立670萬種顏色），這個數值遠遠超過了人眼能夠分

辨的顏色數量。15

CCD的精度決定了最高分辨率，這是選購數字

相機時就考慮的一個重要參數，當然鏡頭的質量和圖

人像處理技術也是一個重要的性能指標。

n一旦按下快門，鏡頭和CCD完成了相應的感光

\7作，最后的彩色圖像便以壓縮圖像的格式存放在數

字相機的存儲器里。一個專門的壓縮芯片（通常采用

C標準的JPEG壓縮方法）使原始位圖圖像壓縮到只有

一、第來大小的幾十分之一甚至更小，然后數據存入數字

?油機的存儲器里。大多數字相機允許用戶設置圖像質

量,至少有兩種：高質量和低質量。高質量相片通常

個審達到800*600個像素甚至更高。一般的數字相機

々卜能存放有限的高質量圖像，通常只有幾十張，這主

概是由數字相機存儲器的大小決定的。如果是存儲低

i/質量的圖像照片，那么可以存儲上百張或幾百張“

數字相機多數使用集成的硅存儲器。現在

Intel、Kodak和其它一些廠商推出基于PC

卡的存儲器規范作為數字相機的標準,主要的

特點是模塊化。當數字相機的存儲器用完時

只要插入另一塊PC卡,就像以前裝一個新的

膠卷一樣。而如果采用的是集成存儲器保存

二^相片傳片給，計當算存機儲后器,用才完能時拍，必攝須新連的上照片計。算機，把相

X數字相機的照片是以0、1來保存的數字圖

像信息，所以如果數字相片不送入計算機那就

、沒有多少價值了。有幾種方法可以把圖像從

）數字相機傳送到計算機中：使用串行電

；夕纜,USB電纜、閃存卡。

17

?現在，大部分數字相機使用標準的串行電纜,串口連接意味

著任何臺式計算機或筆記本計算機均能與數字相機通信（當

然需要有相應的軟件）。但是，串行連接也意味著速度慢，可

j\能會發生沖突，電纜也比較粗大笨拙。更新的數字相機具有

\'USB總線功能。USB提供了更快的傳輸速度，可以達到

二12MB/S,而串口通信最多只能達到每秒幾百KB,所以傳送

一、照片時USB的數字相機比基于串行方式連接的數字相機快得

二、引。同時，采用USB方式的相機與計算機相連時，不需要撥

*調制解調器或其它串行設備，因為它采用另外的端口。

?、另一個正在發展的選項是使用前面提到過的標準的PC卡模

一塊，這是一種閃存卡，可以存儲高達幾十MB的數據，而且存

0滿后可以換卡，當暫時沒有計算機用來傳送數據時，這種

項就極為重要了，這種卡對一個常在郊外或山地進行攝影

作的攝影工作者來說是非常有意義的。

18

9.2.5數字攝像機

數字攝像機的工作和普通攝像機非常相似,

A但有更多的功能和更快的速度。它和數字相機

類似，采用電荷耦合器件CCD獲取光線井將

口1的數

V、字信息。彩色攝像機通常用三個CCD芯片來

、犁立真彩色合成。

數字攝像機必須在1S內拍攝30幅圖像，把

?光轉換成電，再轉換成二進制的數字信息，這

樣各個圖像就可以連在一起成為相應的視頻。

nJ攝像機還必須獲取模擬的聲音，對波形進行

采樣獲取相應的數字信息。19

數字攝像機使用基于磁帶的介質或小

硬盤，而不是數字相機中所用的靜止不動的

存儲器，原因是視頻動態文件太大了,用芯片

存放過于昂貴。

同時，數字攝像機也面臨把數據傳送至

計算機的挑戰，即使是USB的12MB/S

數據傳輸速率也不足以傳送巨大的視頻動

態文件。正是由于這個原因，許多廠商看

中了IEEE1394總線標準，即它的傳輸速

率可以達到200?800MB/s,而且還有即

插即用的安裝。

20

9.2.6語音與文字輸入系統

?目前計算機輸入字符與數據，主要用鍵盤敲入，

、人們正在研究如何讓機器能夠聽懂話，識別字的功

能。為了達此目的，一系列相應學科正在形成與發

［、展。其中包括模式識別、人工智能、信號處理和圖

像處理，并在此基礎上產生了語音識別、文字識別、

自然語言理解與機器視覺等學科。

語音與文字輸入的實質是要讓計算機從語音的聲

"融和文字的形狀中領會到含義，并將它轉換成計算

機可以處理的代碼。其核心環節是對聲波和文字圖

個、形的識別，從學科上說這屬于模式識別(Pattern

Jrecognition)范疇。例如每個英文字母在書寫時,

J其形狀大小都有變化。同一個字不同地區的人發音

t,很不一樣，但它們屬于同一類。21

?這里把待辨認的一段聲波或一個文字圖形

稱為'樣本'，把它們的類別叫做模式

(nattem)o實現將年本戈I定其模式的系

統叫做模式識別系統，具體來講就稱為語音

識別系統或文字識別系統。圖9.3是其系統

構成，由信息獲取、預處理、特征提取、分

1類器學習和分類決策等環節組成。

:①信息獲取利用傳感器(sensor)將語

音或文字轉換成電信號，并進一步將模擬量

31轉換成數字量，這就是信息獲取過程。

22

語音與文字識別系統的系統構成

23

語音通過空氣振動產生的聲波，傳到話筒引起話筒內

部簧片振動，又轉換成電流變化，在這里話筒就是傳感

器。至于文字常用掃描器（scanner）作傳感器，當文

件放入掃描器中時，掃描器從上到下對文件進行逐行

八掃描，從紙面上反射的光強與該點的黑、白有關。根

廣、據光的強弱轉換成二進制碼。

」一般從傳感器輸出的是模擬量，要將它轉換成數字

3預處理

.從傳感器采集到的信號，往往有畸變或噪音，預處

整階段的一個主要任務是消除或削弱噪音。例如用對

同一頁紙掃描若干次，再取平均值等方法來減輕噪音

丫I勺影響。

預處理階段還包含對輸入信息進行劃分的內容。例

（如，按字符、單詞或詞組進行分段，以便進一步識

24

別。

③特征提取

?語音或文字輸入到計算機后，通過與機內

八已存入的標準語音或文字相比較。找出其最

人相似者而實現識別。所以機器內存有標準語

也音庫或文字庫，統稱模型庫。

7但識別過程并不是將輸入信號，例如某一

漢字直接與模型庫中每個漢字比較，實際上

存在機器內的模型是根據該文字的特點并按

R某一規律轉換成的某種代碼或向量。待識別

、的輸入信號也按同一規律轉換成相應的代碼

或向量，比較是在這種代碼或向量的基礎上

7J進行的。在模式識別中，把這種代碼或向量

V/稱之為“特征表示”。

25

④分類器學習

?分類器學習是將作為標準的文字或語音送入

機器，它的方法是人們一方面用鍵盤敲入某個

A字符的代碼。另一方面同時用傳感器送入它的

語音或文字，計算機將該字符的代碼及從語音

或文字抽取得到的特征表示，一起存到模型庫

'內以備樣本比較用。

文字輸入系統要送入不同字體或手寫體模型

、語音輸入系統若按使用者來分，有特定人專用

、、與非特定人使用兩類。特定人專用，則要讓指

A、定的使用人按所用詞匯逐個對機器進行訓練；

非特定人使用的系統需要選擇若干口音不同的

/人對機器進行訓練。26

⑤分類決策

?分類決策是對輸入信號進行識別，并賦

J\予識別結果、此時輸入信號已轉換成特征

3表示方式。有兩種分類決策方法：

J1、將輸入的特征表示與模型庫中的模型

（特征表示）逐個進行比較，找出最相似

者，輸出其類別代號。

根據模型庫所有模型特點設計出一些

決策規則并使用這些規則對輸入信號進行

、、計算，確定其類別。

27

9.2.7漢字識另U

?,漢字掘U主要分為脫機手寫漢字識別、聯機手寫

漢字識別和印刷體漢字識別三類，其難易程度也按上

A述次序從難到易排列。

漢字識別實際上是一個模式識別問題，其困難首

先在于常用漢字的數量極大，相似字較多；其次是漢

字字形的多變性，不僅手寫體如此，即使是印刷體漢

—軟，不同字體（宋、仿宋、黑、楷等）、不同字號

（秋特大號到小七號）不同印刷方法（鉛印、激光打

'印、膠印和計算機打印等）和不同印刷廠所印刷的漢

字也是不同的。由于印刷文本的輸入工作量很大，因

守\此迫切需要解決自動輸入問題。目前我國已有幾個商

；品化的印刷漢字識別系統出現，其識別率可達到95

-/，％?98%、如要實現完全的印刷文本自動輸入，還

有相當多困難待解決。28

印刷漢字識別系統又有單一字體印刷漢

字識別系統和多種字體印刷漢字識別系統之

八分。后者可以用同一字庫實現對宋、仿宋、

p.黑、楷四大字體的識別，對字形變化有一定

的適應能力，適應范圍較寬，是研究方向。

一個實用的印刷漢字識別系統，除了要有良

一、%好的核心，即識別算法以外，還有更大量的

工作要在識別以前的‘預處理模塊'和識別

之后的‘預處理模塊”中完成。預處理模塊

主要包括字的正確切分，人的認字過程是將

j字的切分識別和對字的理解在瞬間同時完成

V的，從而保證了字符切分的正確性。

?而計算機是串行工作的，使字符的正確切分變得

很困難。在目前的識別系統中，大約有3。%誤識來

自切分錯誤。對計算機來說，識別一篇文章是逐段、

r逐行、逐字地從上至下和從左到右進行的。對于報

?\紙和雜志等版面較復雜的文章（即除了文字外，還

I、有圖或表格），則需要將一個版面分成很多塊將圖

和表格區分出來，并把文字一行一行、一字一字劃

C%分開來。

一'1預處理模塊的作用是利用上下文關系對若干個尚

,，完全確定的字（或詞組），識別出正確結果；同

時還要進行類似于人工校稿的工作，諸如編排文字、

寸、調整結構和修改錯誤等。至于聯機手寫輸入（筆

］輸入）指的是以手寫的形式實現人與計算機交互的

///手段，它除了上述各特點外，還具有以下功能。

30

?筆輸入由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括

“筆’與供書寫和定位的'手寫板'、手寫板又有電

八磁式和電阻式兩種。對于電磁式手寫板必須與電磁式

專用筆（有線與無線均可）相配合，而電阻式手寫板

。可以用一般的尖狀硬物作為筆。筆輸入技術采用絕對

「定位技術，使得手寫板上寫入的內容能以自然的方式

二、甲上到下、從左到右出現在計算機顯示器屏幕上。

'筆跡保留是筆輸入技術所提供的獨特功能同時能

f方便地完成繪畫、作圖等功能。

/3｝）融制手、寫筆字跡符保識留別和是字筆符輸識入別技等術功中能的均核由心軟問件題完、成定。位

31

9.2.8語百識別

?語言信息處理技術包括自動語言識別、語言合

成、語言理解、自動電話查詢和翻譯等，是當今世

界上研究的一個重要方面。自從日本在1981年提出

<\第五代計算機的研制計劃以后，人機語言通信越來

越受到重視盡管最終沒有取得預期結果，但產生了

巨大宣傳效果。

工語言識別系統，有孤立單詞識別系統和連續語言

版別系統兩種。在語言理解系統中要求適應自然語

g,自然語言的語法不很規范并帶有習慣性的無意

、義的發音。語言識別系統根據使用范圍的不同又可

、、分成供特定人使用的和供任意人使用的兩種。孤立

/I/單詞和連續語言又有詞匯量大小問題，美國的某些

公司和大學，在大詞匯量語言識別方面取得了較好

的成績。32

80年代中期中國在漢語孤立音節識別

系統方面獲得迅速發展。西方語言單音節

詞很少，孤立音節識別沒用處。而漢語，

一個音節就是一個單位，至少對應一個漢

字（因有同音字），但到目前為止，識別

率都沒超過90%,孤立詞語言識別率取決

于同匯量的大小，可達95%以上。

語言識別系統至今還沒有達到真正實用

水平。還有許多問題要研究。例如前面提

到過的切分問題、訓練問題等。

33

9.2.9條形碼及其技術

?條形碼又叫條碼。條碼的定義是由一組寬度和

反射率不同的平行相鄰的“條'和“空”，按照預

八先規定的編碼規則組合起來，用以表示一組數據的

符號。這組數據可以是數字、字母或某些符號。

條碼元素用以組成條碼符號的條和空，統稱條

碼元素。

二七條與空可規定幾種不同的寬度，由若干條和空

成一個字符。

?條碼是表示數據的符號，在市場上即表示某種

商品的代號，這個符號可由機器自動識別并送入計

0，算機中。在超級市場中的商品，都用條碼識別。條

fiJ碼也可應用于倉庫管理、圖書管理等領域。

條碼技術主要包括條（碼規則及標

準、條工、印刷技術、光電掃描

技術、通信技術、計算機技術等。

要閱讀條碼符號所包含的信息需要一

個掃描裝置，根據目前的印刷技術。條二

'錚號最窄元素的寬度可達到0?15mm左

'右，掃描器的分辨率應與之對應。在正常

工作時，掃描器與條碼符號之間要保持的

高稱為工作距離，而允許的最大工作距

和最小工作距離之差稱為掃描景深。

35

?掃描器將掃描得到的脈沖數字信號送到譯碼器譯

碼，按照一定的編碼規則解釋成計算機可識別的信號,

并通過數據通信接口送入計算機。通常條碼譯碼器采

用微處理器及相應硬件來完成譯碼工作。80年代后

A期已有專用譯碼芯片上市。掃描器和譯碼器合起

呼稱為閱讀器。

7一個完整的條碼符號由兩側靜區、起始字符、數

廣、拼字符、校驗字符（可選）和終止字符組成。在印制

一.除碼符號時要留出靜區。在掃描條碼時要從靜區開始,

心保證閱讀效果。條碼符號的第一個字符是起始字符,

是特殊規定的條空結構。在它后面才是真正的數據字

、.符。條碼符號最后一個字符是終止字符。如選用的條

、丫馬還要求有校驗字符，則校驗字符位于數據字符與終

7（小字符之間。有的條碼符號在字符之間留有“位

y於”，有的則不留，分別稱為離散型條碼和連續型

條碼。36

9.2.10光筆、圖形板和畫筆（或游動標）等輸入

1■光筆（LightPen）的外形與鋼筆相似，頭

部裝有一個透鏡系統，能把進入的光會聚為一個光

點。在光筆頭部附有開關，當按下開關時進行光的

檢測，光筆就可始取顯示器屏幕上的坐標。光筆與

屏幕上的光標配合，可使光標跟蹤光筆移動，在屏

幕上畫出圖形或修改圖形，這個過程與人用鋼筆畫

圖的過程類似，經操作員確認后即可存入計算機。

2.畫筆（Stylus）為筆狀，它不是用于顯示器

屏幕，而是用于圖形板（Tablet）。當畫筆接觸

到圖形板上的某一位置時，畫筆在圖形板上的位置

坐標就會自動傳送到計算機中去，隨著筆在板上的

運動可以畫出圖形。圖形板和畫筆結合構成二維坐

標的輸入系統主要用于輸入工程圖等。37

將圖紙貼在圖形板上，畫筆沿著圖紙上的圖形移

動，讀取圖形坐標，即可輸入工程圖。

為了提高讀圖精度，常用游動標（Cursor）代

替畫筆與圖形板配合使用。游動標是一個手持的方

形坐標讀出器，游動標上有一塊透明玻璃，玻璃上

刻有十字標記。十字標記的中心就是游動標的中心。

使用時將十字中心對準圖形的坐標點上，它比畫筆

讀取的坐標更精確。

3.圖形板是一種二維的A/D變換器，因此圖形

板也稱作數字化板。坐標量測的方法有電阻式、電

容式、電磁感應式和超聲波式幾種。以電磁式為例,

圖形板是一塊電磁感應板，手持的游動標中有一個

感應線圈，當線圈的中心（十字標的中心）置于板

上某點時，便在該點產生感應電壓，得到坐標值。

38

圖形板與畫筆（或游動標）配合的輸入

方式，比光筆與屏幕相結合的輸入方式有許

多優點。光筆不能輸入紙上的圖形信息，而

圖形板方式很容易做到。光筆和持筆的手能

擋住圖形，而且由于屏幕玻璃的厚度，光的

折射作用和人眼與光筆的視角等影響常使畫

出的圖形偏離預想的位置。而圖形板無此問

題，而且長時間使用光筆，懸空的手臂會感

到疲勞。

由于上述種種優點，目前圖形板輸入方式

得到廣泛應用，尤其是在集成電路圖、機械、

建筑圖等用圖紙輸入的系統中。更是如此。

39

4.跟蹤球

?其原理與機械式鼠標器完全一樣，只是將滾球做得

大一些并放置在固定的球座里。使用時用手指轉動球,

A就可實現鼠標器一樣的功能。由于它的座子是固定不

動的。不需要供鼠標器滑動的額外桌面空間，甚至可

?安裝在鍵盤上，這對要求尺寸緊湊和使用空間窄小的

R場合很有利，如便攜機可用這種跟蹤球。

上操作桿

|便攜機中經常采用操作桿（Stick）。其結構是在

一種薄片狀底盤的上面設置一個操作桿（直徑約

5mm的小圓桿）其露在便攜機鍵盤面板上的部分只

3、是這個操作桿，底盤結構也很小巧，占用很小空間。

/!，這是鼠標器和跟蹤球不能相比的，它通常被設置在空

格鍵下面的空余地方。40

使用時用手指輕壓小圓桿，顯示器上的光

標將按照圓桿受力的方向在屏幕上移動。一

般在底盤上設置4個應變規片或壓敏電阻來

感受圓桿所受的壓力。

當按桿時應變規片產生細微形變被檢測，

將其轉換成電壓信號。然后將電壓信號經模

/數（A/D）變換器轉換成數字信號，再經

專用IC轉換成移動光標信號。經上述一系列

變換，就把按桿的壓力信號變成移動光標的

信號。

41

9.2.11觸摸屏

?觸摸屏就是為改善人機對話而興起的一種輸入

方式，觸摸屏已被廣泛應用在各個應用領域的控制

A和查詢等方面。

i\觸摸屏是透明的，可安裝在任何一種顯示器屏

幕的外面（表面）。使用時，展示器屏幕上根據實

一、際應用的需要顯示出用戶所需控制的項目或查詢的

廠、%內容（標題），供用戶選擇。用戶只要用手指（或

杭他東西）點一下所選擇的項目（或標題），即可

'山觸摸屏將此信息送到計算機中。所以顯示屏上顯

示的項目或標題相當于'偽按鍵”。

實際上觸摸屏是一種定位設備，用戶通過與觸

A）摸屏的直接接觸，向計算機輸入的是接觸點的坐標

7J1位置，以后的工作就由程序去執行了。

42

觸摸屏系統一般包括兩部分，觸摸屏控制器

（卡）和觸摸檢測裝置。觸摸屏控制卡上有微處

理器和固化的監控程序，其主要作用是將觸摸檢

測裝置送來的觸摸信息轉換成觸點坐標，再送給

計算機。同時它能接收計算機送來的命令，并予

以執行。觸摸屏的控制卡及其電源可以安裝在顯

示器內，稱為內置式；也可放在顯示器外面，稱

為外掛式。

觸摸屏根據其所采用的技術可分成5類：電阻

式、電容式、紅外線式、表面聲波技術和底坐式

矢量壓力測力技術。

紅外線觸摸屏的傳輸介質是紅外線。安裝外

掛式紅外觸摸屏的方法非常簡單，只要用雙面膠

將一個框架裝在顯示器上面即可。43

?紅外觸摸屏的電路就藏在這個框架的邊

框里，觸摸屏內的微處理器通過鍵盤接口直

、接與計算機通信，不需要任何控制卡和電源。

自帶鍵盤接口的紅外觸摸屏安裝更加簡單，

I、不必打開機箱甚至不必關斷計算機電源，用

雙面膠固定好觸摸屏后，將插頭插入主機鍵

'、盤口就安裝完畢。鍵盤接口的紅外觸摸屏一

、■/般還提供一個自動信號切換盒以便與鍵盤共

、享計算機的鍵盤接口，自動信號切換盒內部

是一個敏感的翹翹板式電路控制的四路雙向

模擬開關，信路切換時間只有50us,因此

和鍵盤幾乎可以同時使用。

44

?紅外觸摸屏在屏幕四邊放置紅外發射管

和紅外接收管，微處理器控制驅動電路依次

八接通紅外發射管并檢查相應的紅外接收管，

B形成橫豎交叉的紅外線陣列。例如32X32的

止紅外觸摸屏即在上下左右各有32對紅外傳感

廣、器，檢查完這64對紅外傳感器大約需要

二\30ms時間。用戶在觸摸屏幕時手指擋住經

二：過這一點的橫豎兩條紅外線，微處理器能在

15ms的時間內檢測到這個點的位置并發給

計算機相應的X坐標和Y坐標。能被感知的觸

［針可以是手指或其他任何不透明或者對光散

〃，射的透明物體。

45

9.3常用的輸出設備-顯示器

A?輸出設備輸出計算機的處理結果或操

I，作提示。可以是數據、文字、表格、圖

―形、圖像或語言。

y監視器

?打印機

46

9.3.1顯示器概述

1■分類：

?CRT、液晶、等離子

?性能：

?屏幕尺寸、點間距、對比度、M頻、行頻

掃描方式、灰度等級或彩色數量。

?顯示方式：

?字符/數字(A/N)方式、

?全點可尋址(APA)方式

47

顯示器結構演示

州

示控制囑

拄巾隙布耀

時序控制電路

覽火擊存甥

，位.塊傳理―

I

肉色板R(樂火

系統.畫線RJ，.I!

?我CUT

L.填獨DAC

族11<256*24?H

及.弧色#九

(TCI或VL總線1nn)，頷色空間轉換VFC端II與現加旌接

4門功能硬K此標

，'.州仲和門優

'，小正寄接

"III序時鐘發生搐

I』.318MH7

|,也即|

49

9.3.2顯示器的性能指標

?屏幕尺寸：顯示器屏幕的對角線長度，

A長寬比例為4：3

?點間距：顯示器屏幕上象素間的距離

?顏色數：每個像素點可顯示的顏色數（灰度級）

W”對比度：圖像（字符）與背景的濃度差

幀頻：字符或圖像每秒在屏幕上出現的次數

?行頻：單位時間內電子束從屏幕左到右的掃描次數

5*、?掃描方式：電子束掃過熒光屏上所有像素的方式，

7t1分隔行和逐行掃描方式

50

9.3.3字符顯示器

?字符顯示設備是計算機系統中最基本的外部設

A備。

f\光柵掃描顯示器顯示字符的方法是以點陣為基

C礎的。這種方法將字符分解成m*n個點組成陣列，

將點陣存入由ROM構成的字符發生器中。在CRT進

行光柵掃描的過程中，從字符發生器中依次讀出點

f、號軋按照點陣的。和1控制掃描電子束的開關，就可

在屏幕上組成字符。

?點陣的多少取決于顯示字符的質量和字符塊的

大小。字符塊指的是每個字符在屏幕上所占的點數，

、、也稱作字符窗口，它包括字符顯示點陣和字符間隔。

7J圖9.5(a)是字符'A用點陣(7X9)表示的例子

以及它位于字符窗口中的情況，圖9.5(b)為字符

V發生器的邏輯結構。51

ASC工工代碼（41H）指向這個字型

U7*9點陣

RAs-RAoD?DO

OOOO

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1111

字符信息

ASCII字符代碼,字符>Do

來自（VRAM）發生器>D1

>D2

(ROM)

>D3

AD4

>D5

RA3-RA0（來>D6

自光柵地址一｛

計數器輸出）4>D7

（b）字符發生器結構

對應于每個字符窗口，所需顯示字符

的AS。”代碼被存放在視頻存儲器

(VRAM)中，對于在屏幕上能顯示25

。行80列的顯示器，應有2000個單元存放

心字符信息。字符發生器ROM的高位地址

一、來自VRAM的ASCII代碼，低位地址來

，「自稱為光柵地址計數器的輸出RA3?

'KA。,它具體指向這個字形點陣中的某個

、字節。在顯示過程中，按照VRAM中的

A'SCU碼和光柵地址計數器訪問ROM依

門.飲取出字形點陣，就可以完成一行字符的

》輸出。54

圖9.6是字符顯示器的原理框圖，其中定

時控制電路的核心是點計數器、水平（字符）

地址計數器、光柵（線）地址計數器和垂直

、（幀）地址計數器。由它們控制顯示器的逐

!\點、逐字、逐（線）行、逐屏（幀）的刷新

顯示。字符采用7列*9行點陣形式。

'點振蕩器輸出16.257MHZ的點時鐘，

C/用來控制字符發生器中每（線）行9個點

一、｝（7+2）依次移位輸出，其中2點為空格。點

、計數器對點時鐘（7+2）分頻；輸出的字符

時鐘是顯示控制器的定時信號，同時它也控

守、制移位寄存器的加載（S端為移位控制端，L

4）為并行輸入控制端）。當一個字符的9個點輸

出結束以后，輸出下一個字符中同一行的9個

/點。56

水平地址計數器對一行的顯示進行控制。

送出當前要顯示的這一行字符的VRAM地址。

每行有效顯示80個字符。另外，當光柵從一

△行（線）的結束回到另一行開始時，在屏幕

I\上不應該顯示，這一段稱為水平回掃消隱期，

J-它控制移位寄存器不要加載。水平消隱期占

一、用18個字符時鐘的時間。這樣水平計數器分

頻為（80+18）o

光柵地址計數器（線計數器）對字符窗

口的高度進行控制。因為字符窗口的高度

小、（即分頻）為14（9+5）,其中字符點陣高

11度為9,行間隔為5個點陣。它控制一行字符

八？的行點陣逐行輸出，并在最后5行進行行間

{/消隱。57

垂直（幀）地址計數器控制一屏幕25行字符的

顯示，與水平回掃類似，當光柵到達屏幕底部時，需

要回到屏幕頂部這一過程稱為垂直回掃，垂直回掃需

八要一行的顯示時間。回掃期間同樣需要消隱，垂直消

（'隱命令控制移位寄存器不要加載。這樣垂直地址計數

。器分頻數為（25+1）o

人視頻存儲器（VRAM）的地址由水平地址（字符

'、計數器和垂直（幀）地址計數器決定，VRAM輸出的

一一Ascii代碼作為字符發生器ROM的高位地址，ROM

的低位地址來自光柵（線）地址計數器。ROM的輸

出在L信號的控制下并行加載到移位寄存器，然后在

點時鐘控制下移位輸出形成視頻信號，輸出到顯示器C

4辿示器在水平同步、垂直同步和視頻信號的控制下，

處續不斷地進行屏幕刷新，就能保持穩定而不消失的

字符南僚。58

VRAM的地址是由行計數值（高位）和字

計數值形成（低位），這兩個值也表示了其

字符在屏幕上的具體位置。

VRAM中的內容是該位置應該顯示字符

的ASCII代碼。

用該代碼作為高位地址和線（光柵）計數

值作為低地址組成了字符發生器中字符成型

存儲器ROM的地址。從ROM中就可獲得該

字符的點陣代碼。

60

例題:某顯示器工作在A/N方式下屏幕可以顯示25行

X80列字符，其字符點陣為7列義9行，字符列間隔為

2,字符行間隔為5。點脈沖頻率為16.257MHZ,其

中行回掃時間相當L=18個字符，幀回掃時間為M=1。

公求：

1.掃描一行象素點的頻率（光柵（線）計數器）？

2.掃描一行字符所用的頻率（水平計數器）？

掃描一幀信息所用的頻率（垂直計數器）？

廨：已知點時鐘頻率為16.257MHZ.

點計數器的頻率=6.257MHZ/（7+2）=1.806MHZ

掃描象素行（線）的頻率

1.806MHZ/（80+18）=18,43KHZ

?/字符行顯示頻率=18.43KHZ/(9+5)=1.32KHZ

幀掃描頻率=1-32KHZ/(25+1)?50HZ"

圖形及漢字的顯示原理(APA)

A?圖形的像素組合不規則，無法做圖形發生器。

而是在顯示存儲器中為每個像素點存儲一個影像。

(\根據灰度級的不同決定使用幾個bit來表示。

——~

|0loldll11111L,0000

-

顯示緩沖存儲器顯示器屏幕

62

?顯示器緩存（視頻存儲器）容量M與像

素總數（行NcX列Nr）和顯示色彩數

Ac的關系

CM（字節）=（NcXNrXLOG2C）/8位

人漢字的顯示

通過漢字的機內碼找到漢字點陣碼送

到顯示緩存的指定位置。

漢字的點陣碼存放在硬件ROM中或

軟件字庫中。

63

顯示控制適配器

是監視器的控制電路和接口部件，可將

顯示緩沖區送出的信息轉換成視頻控制信號,

控制CRT的顯示

組成：

?顯示緩沖存儲器、字符發送器ROM、CRT控制

電路、屏幕掃描控制邏輯電路等

指標：

?分辨率（垂直點數*水平點數）、顏色數C、

?VRAM容量與分辨率和顏色數C的關系

?C=v容量（位）/（垂直點數*水平點數）

?顏色屬性N（位）=LOG2C

64

小適也摘紀構框圖

顯示適配器結構圖

於

HSVNCX

BIOS控制寄存器時序控制器

V$VNC

系

ROM統

R〉至顯

總調色板

線|R,G,

系統總線位塊傳送示器

口

接CLUTG

畫線B

B/

殳

及填域256XDAC

（PC1或VL總線）顏色擴充等24與視頻卡等連接

點時鐘和存儲器時鐘

乳不適配器卜.1318MHZ

VRAM(1,2或4MB)

I1/田二;

以上適配器是由刷新存儲器VRAM、顯

示控制器、ROMBIOS三部分組成，插在

PCI總線槽（或將其做在主板上）。它一方

面與系統總線相接，另一方面通過15針D型

插口與顯示器電纜連接，將水平、垂直同步

信號和R、G、B三色模擬信號送至顯示器。

顯示器上邊有以24針插頭與視頻卡連接。

VRAM存放顯示圖案的點陣數據，其

存儲容量取決于設定的顯示工作方式。如設

定VESA顯示模式中的方式碼為118H時，

其分辨率位1024*768,顏色深度為24位,

則顯示一屏畫面需要如下的存儲器容量。

66

?ROMBIOS含有少量的固化軟件，用于支

持顯示器所需的顯示環境。

?顯示控制器它依據設定的顯示方式，反復的

A讀取顯存中的圖像點陣數據，將它們轉換成R、G、

f\B三基色信號，并配以同步信號送至顯示器刷新屏

幕。另外還有圖形加速功能，有位、塊傳送，畫線

等如圖所示，采用的是AVGA芯片。

在電子槍中設有一個控制柵極，用控制柵和陰

、■/極之間的電位差來控制電子束電流的大小。當控制

、柵所加的信號為1時，電子槍發射具有一定能量的

電子束，是屏幕上相應位置的象素點發亮；當信號

、、為。時，電子槍不發射電子束，使其象點稱為喑點。

n/若改變所加信號的電平大小，則可控制象點具有不

同的灰度。67

彩色CRT在其顯示頭中設有三個電子槍，分別

發射能產生紅、綠、藍三種基色的電子束。它們受

三套視頻放大電路的控制，用R,G1信號與亮度

信號I的不同組合可控制三束電子的強弱。相應地

熒光屏上的象點由能發出紅、綠、藍光的小點組成

當一束（或二束、三束）電子流轟擊對應的熒光粉

小點時，屏幕上的象點便出現紅、綠、蘭三基色之

一或由三基色合成的其他顏色。例如IRGB為

Y0100,對應象點為紅色；為1100淡紅色；0010

時為綠色；0111時為白色。IRGB能組合成16種

<\顏色，加下表所示。若IRGB分別有多位代碼信號

力J控制，則可合成更多的顏色。見下面介紹的調色板

技術。

68

1（亮度）R（紅）G綠）B（蘭）組合成的顏色

0000里八、、

0001

0010綠

0011主

0100紅

0101紫紅

0110棕

0111白

1000灰

1001淡蘭

1010淡綠

1011淡青

1100淡紅

1101淡紫紅

1110黃GQ

1111強6

調色板技術

為了節約硬件開銷在顯示卡的存儲器中設

置了一個256X24位的顏色查找表CLUT

(ColorLook-UpTable),如卞圖所示。

A圖中每一行有24位用來選擇保存其顏色

I、值，由于共有256行，故可在表中選擇保存

256種真彩色顏色值。在顯示存儲器中，每

C鼠個象素用8位表示。將這8位值作為CLUT的

［地址碼，從中讀出24位數據送到DAC,便可

7從16.8M種顏色中選擇合適的256種顏色參

加顯示。只要改變24位中得值表可改變一種

顏色。當象素顏色位寬在8位以上時，一般

A、就不使用調色板了，顯示存儲器中像素的顏

/，色位數直接送到DAC進行數字量到紅R、綠

卜G、蘭B三種模擬量信號的轉換。70