第八章 人机交互设备接口.docx
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第八章人机交互设备接口
第八章人机交互设备接口
■本章内容
8.1键盘接口
8.2CRT显示器接口
8.3打印机接口
8.4鼠标器接口
8.1键盘接口
●编码键盘:
内部设有键盘编码器,能识键、生成键码、去抖动、防串键
●非编码键盘:
只提供键盘矩阵，按键的识别、键码的提供都由软件来完成
1键盘接口的功能和原理
1）接口功能
●去抖动:
时间5～20ms,软件延时或硬件完成
●防串键:
多键同时按下或前一按键未释放又按下新键的处理
●按键识别:
●键码产生:
得到反映键功能的键码,查表法
2）接口原理——非编码键盘,行扫描,低有效
●是否有键按下:
输出扫描码,使所有行线为0,读列线,全1无键按下
●去抖动:
延时20ms
●按键识别:
逐行扫描确定按键（相应行线为0,读列线,是否非全1）并得键号
●产生键码:
根据键号查键盘编码表
例：
48键盘,8255A作接口,PA作行扫描口,PB读取列值
8255A的PA方式0、输出
PB方式0、输入
方式字:
82H
设8255A地址300H～303H
程序流程图
2.可编程键盘/LED接口芯片8279
1）外部特性（40脚）
面向CPU的信号（15）
D0～7、
、
、
A0:
端口选择,=0,数据口,=1,命令口或状态口
RESET:
复位,高有效,复位后工作于16字符,左入口;
编码扫描键盘,双键互锁;时钟分频系数31
IRQ:
中断申请,高有效,通常键盘有数据输入请求时有效
CLK:
时钟,为8279提供内部工作时钟
与键盘接口的信号（14）
SL0～3:
扫描信号,扫描键盘及LED显示器（既与键盘接口,也与LED接口）.由编程设定为编码输出或译码输出.编码扫描实现16选1;译码扫描实现4选1
RL0～7:
回复信号,返回键盘矩阵或传感器阵列的列信号SHIFT:
移位信号,入,高有效,键盘数据D6位,用于扩充键功能（上、下档功能键）;传感器输入及选通输入中无效
CNTL/STB:
控制/选通信号,入,高有效,键盘输入中,是键盘数据D7位,也用于扩充键功能,（作为控制功能键）;选通输入方式,其上升沿将RL0～7上的数据存入先入先出存储器（FIFORAM）
与LED显示器接口的信号（专用9根）
除了SL0～3外
OUTA0～3、OUTB0～3：
A组、B组显示数据输出,与SL0～3同步,两组可独立使用或合并使用
:
显示消隐信号,出,低有效,显示消隐时,有效.（显示数据切换或执行消隐命令时,显示消隐）
2）内部结构及各部分功能
①I/O控制及数据缓冲器
（I/O控制操作）
A0
操作
0
0
1
0
写显示RAM
0
0
1
1
写命令字
0
1
0
0
读FIFORAM或显示RAM
0
1
0
1
读状态字
②控制与定时寄存器及定时控制
控制与定时寄存器:
寄存键盘及显示器工作方式,完成控制功能
定时控制:
包括基本计数器,首级计数器是可编程N计数器,N由编程指定（2～31）,对CLK分频,获得内部所需100kHz工作时钟;再分频,为键盘及显示器扫描提供扫描时钟
③扫描计数器
4位的计数器,有译码、编码两种方式,由编程设定
译码方式:
最低两位经译码,由SL0～3输出,作为键盘及显示器的扫描信号.（任何时刻,SL0～3只有一个信号有效,实现4选1）
编码方式:
计数器的状态由SL0～3直接输出,再经外部译码,才能作为扫描信号.（实现16选1）
④恢复缓冲器、键盘去抖动及控制逻辑
回复缓冲器:
缓冲并锁存回复信号RL0～7的状态
去抖动电路:
实现对键盘输入的去抖动
控制逻辑:
按命令要求控制去抖动电路,并处理回复信号RL0～7
键盘输入方式,有键闭合时,去抖动电路被置位,延时10ms再检测,并将其位置信息与SHIFT、CNTL的状态一起形成键盘数据,送入FIFORAM
传感器输入方式,RL0～7的状态直接送入传感器RAM（即FIFORAM）
选通输入方式,在CNTL/STB的上升沿将RL0～7状态送入FIFORAM
⑤FIFO/传感器RAM及其状态寄存器
FIFO/传感器RAM:
8×8位,键盘输入方式或选通输入方式作先入先出存储器（FIFORAM）;传感器输入方式被称为传感器RAM,存储传感器阵列中每个传感器的状态
FIFORAM的状态寄存器:
键盘输入方式或选通输入方式,寄存FIFORAM的工作状态,FIFORAM不空时，会使IRQ变高;传感器方式,若检测出传感器的状态发生了变化,会使IRQ变高
⑥显示RAM及显示地址寄存器
显示RAM:
16×8位,存储字符的字形码,显示时,从OUTA0～3和OUTB0～3输出
显示地址寄存器:
显示RAM的内部地址,可由命令直接设定,或设置为每次读/写后自动加1。
输出端与显示单元中各位的对应关系：
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
CUTA3
CUTA2
CUTA1
CUTA0
CUTB3
CUTB2
CUTB1
CUTB0
（最多88键盘,扩充后可达644键定义，针对键盘数据格式）
键盘数据格式
CNTL
SHFT
SL2
SL1
SL0
R2
R1
R0
2个独立开关
扫描码，键所在行编码，
计数器低3位
回复码，键列线
（RL0～7）编码
3）工作方式
数据输入方式——键盘输入（键扫描）、传感器扫描、选通输入
键扫描:
按下一个键时,形成键盘数据,送入FIFORAM,并产生IRQ（数据读出后撤除）
传感器扫描:
FIFORAM中8个单元用于寄存传感器的现时状态,又称传感器RAM,地址编号与扫描线顺序一致,传感器阵列（最多为8×8位）中某一位状态发生变化时,产生IRQ
选通输入:
与8255A通输入端口的功能完全一样,CNTL/STB作为选通信号,上升沿锁存RL0～7到FIFORAM
显示输出方式——8字符左入口、16字符左入口、8字符右入口、16字符右入口
左入口:
显示器位置编号与显示RAM地址一一对应（0号单元显示在0号显示器上）,显示时从最左位开始
右入口（计算器显示方式）:
最高位从最右边显示器进入,以后逐次左移
4）命令字（8个,D0～7特征位）
①设置工作方式
②设置分频系数
0
0
1
P
P
P
P
P
特征位
分频系数N（2～3）
分频目的:
得到100KHz的基本工作时钟
③设置读FIFO/传感器RAM的地址
④设置读显示RAM的地址
⑤设置写显示RAM的地址
⑥禁写显示RAM/消隐命令
1:
相应显示RAM禁止写入
⑦清除命令
8结束中断/设置错误方式
5）状态字（指示FIFORAM中字符数及是否有错误）
DU
S/E
O
U
F
N2
N1
N0
DU:
显示无效标志,由命令清除显示RAM时置1
S/E:
键盘输入方式下作特殊错误标志,=1:
多键同时按下
O:
溢出标志,向已满的FIFORAM写时置1
U:
不足标志,从已空的FIFORAM读时置1
N2N1N0:
FIFORAM中字符的个数
6）8279芯片应用举例
TP86A单板机系统,8279管理3×8的矩阵键盘和8个8段共阳极数码显示器,8279的地址为0FFF8H和0FFFAH将8279的工作方式设置为:
编码扫描键盘输入,双键互锁;8字符,左入口外接时钟频率2.5MHz,分频系数25
要求：
在显示器上显示03.12.25
键盘:
查询方式检测键盘,有键按下,将键盘数据存入KEY_DATA单元
3.PC微机键盘及接口
PC机键盘与主机独立,通过一根5芯电缆与主机箱相连,PS/2接口、USB接口等
PC机键盘组成:
单片机、译码器和键盘矩阵,101个按键组成16行×8列的键盘开关矩阵
键盘接口的功能
●串行接收键盘送来的扫描码,转换成并行数据并保存
●收到一个键的扫描码后产生中断请求
●接收CPU的命令,输出到键盘;接收键盘的响应信号
●接口电路的组成
•单片机8048及键盘矩阵组成的智能化键盘,独立于主机
•串并转换器74LS322、并行接口芯片8255A和中断触发器组成,在主机箱内
单片机8048:
完成对键盘的扫描、编码工作,利用内部的计数器对键盘矩阵扫描,形成按键的扫描码（即行列位置码）,再通过串行口送出
5芯电缆:
除了来自于主机的电源、地和复位信号外,还有两根双向信号线DATA和CLOCK,分别用于传输数据和时钟信号
CPU响应键盘的硬件中断,在中断服务程序中,由8255A的PA口可以读到键盘扫描码
8.2CRT显示器接口
1.概述
CRT（CathodeRayTube,阴极射线管）显示器
2.CRT显示器原理
CRT显示器组成——电子枪、偏转板和荧光屏
显示原理:
由电子枪把电子束打到涂有一层磷光材料的显示屏上;电子束穿过一连串强磁场,发生偏转打在显示屏的不同位置上,使得磷光材料暂时性地发亮.每个点代表一个像素,控制电子束的电压,就能调整每个点的明暗
电子枪:
一个或多个,位于CRT的最底端,发射高速电子束.单色显示器只有一个,只能发一个电子束;彩色显示器有红（R）、绿（G）、蓝（B）三个电子枪,能发三束电子偏转板:
分为水平偏转板和垂直偏转板,分别控制电子束打向荧光屏的水平方向和垂直方向
微机系统中,采用光栅扫描技术
电子束的强弱由视频信号（“0”或“1”）控制;扫描发生器产生水平扫描和垂直扫描信号,分别加到显示器的水平和垂直偏转线圈上,以确定电子束射到荧光屏上的位置
3.CRT显示器接口
接口电路组成:
显示缓冲器RAM、字符发生器、CRT控制器、移位寄存器、视频信号合成器
●字符发生器:
将字符的ASCII码转换成点阵信号,控制电子束的强弱
就是字符点阵代码存储器——以ASCII码为高位地址、是以扫描行地址为低位地址的只读存储器ROM
●显示RAM（VRAM）:
存储要显示的信息
字符显示方式中,存储字符码（ASCII码）和显示属性码,一个字符窗口对应VRAM中的两个单元,偶地址单元存储字符码;奇地址单元存储属性码
图形显示方式中,存储整幅屏幕的点阵图（即:
每个点的明暗状态及色彩）
5×7字符点阵
ASCⅡ
线选地址
RS2RS1RS10
5×7点阵
输出码
Q4Q3Q2Q1Q0
42H
0
0
1
1
1
1
1
0
0
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0A
显示字符时,不是扫描显示出一个完整的字符后再扫描显示下一个字符,而是同时扫描显示一个字符行中的所有字符
图形的显示:
显示RAM中的点信息与屏幕上点相对应图形显示方式,不需要字符发生器,存储器中的点信息直接变成串行数据输出
显示字符时,不是扫描显示出一个完整的字符后再扫描显示下一个字符,而是同时扫描显示一个字符行中的所有字符
●移位寄存器和视频信号合成器
移位寄存器:
并行线代码转换成串行数据送往视频输出电路
视频信号合成器:
把字符、图形的点阵信息与水平同步信号、垂直同步信号、消隐信号合成为一种复合的视频信号
●CRT控制器:
CRT接口的核心部件
8.3打印机接口
1.打印机的结构及各部分功能——针式打印机
1）打印机构
针式打印机由打印头、字车、色带、电磁传动机构、走纸机构、检测器组成
打印头由电磁机构和打印针组成,功能是将字符数据转换成电磁信号
字车由打印头架及伺服驱动机构组成,功能是驱动打印头产生水平运动
色带机构由色带及色带墨盒组成,其功能是使色带产生与字车平行的运动并相对字车产生相对运动
走纸机构由滚纸筒传动齿轮的步进电机组成,其功能是在垂直方向按行移动纸张即产生走纸运动
检测器进行纸尽检测、初始位置检测
2）控制逻辑电路
电路组成：
微处理器、行缓存RAM、ROM、打印头驱动电路
主要功能：
接受主机发出的命令和数据，返回主机所需状态信息和应答信号，驱动各个机构执行初始化命令、打印命令和自检命令，并发出检测信号
3）控制面板
4）电源单元
2.打印机接口方法
1）并行打印机接口标准——Centronics标准
●25针打印电缆线引脚●数据传送时序
8根数据信号线、2根握手联络信号线
、
和1根状态线BUSY
2）接口逻辑结构
接口的功能:
数据缓冲作用——接受主机的数据,在适当的时候再送给打印机;接受主机的控制信息,经缓冲后送给并行设备,控制并行设备工作;接受并保存并行设备的状态,供CPU读取处理
接口的组成:
若干端口寄存器、数据缓冲器、地址译码器和数据驱动部件
3）IBM-PC打印机接口与打印机的连接
3.IBM-PC打印机接口与打印机的连接
1）可编程的并行打印机接口设计
8255A作并行打印机接口（参第7章）
2）不可编程的并行打印机接口设计
●8位双向数据端口
输出口:
锁存送给打印机的数据
输入口:
接口自校验
●5位双向控制端口
写入用于锁存写入的控制字节
读出用于自校验
●5位的状态端口
供CPU查询
ACK既可由状态口读出,也可反相后请求中断（8259A的IR7）
接口的驱动程序
8.4鼠标器接口
鼠标器:
控制屏幕上光标运动、实现选择操作
基本原理:
将鼠标移动的距离和方向信息转换成脉冲信号计算机;再由驱动程序将脉冲信号转换成鼠标器光标的坐标数据或将鼠标器的移动翻译成能被现行应用程序执行的动作
（串口/并口一般用串口）
按测量位移部件的不同分
分辨率:
像素点/厘米（d/cm）——鼠标器移动1厘米所经历的像素点数,是衡量鼠标器性能的重要参数
■本章要点
编码键盘与非编码键盘的区别
键盘接口需要完成的功能
非编码键盘采用行扫描法识别按键的硬件连接及软件编程
8279的主要功能和工作方式
8279编码扫描和译码扫描的原理
利用8279控制LED显示器和矩阵键盘
PC键盘的组成、键盘接口的主要工作
CRT显示器的工作原理、字符发生器的工作原理
打印机打印机构的组成及各部分功能
打印机的数据传送时序
用8255A作为打印机接口的硬、软件设计
鼠标器的主要功能及工作原理
鼠标器的种类、分辨率
升级会员 