《计算机接口技术》课件第3章 (3).ppt

1、第3章 人机交互接口技术1 1第3章 人机交互接口技术3.1人机接口概述3.2键盘与键盘接口3.3其它输入设备及接口3.4显示设备及接口3.5打印机及接口第3章 人机交互接口技术2 23.1人机接口概述1.人机交互设备人机交互设备是计算机系统中最基本的设备之一，是人和计算机之间建立联系、交换信息的外部设备。常见的人机交互设备可分为输入设备和输出设备两类。(1)输入设备：使用者向计算机输入信息的设备。(2)输出设备：向使用者提供计算机运行结果的设备。第3章 人机交互接口技术3 32.人机接口的功能 人机接口是计算机与人机交互设备之间实现信息传输的控制电路。第3章 人机交互接口技术4 43.2键盘

2、与键盘接口3.2.1按键抖动及其消除方法 目前的按键绝大部分利用了机械触点的合、断作用。机械触点由于机械弹性作用的影响，在闭合和断开瞬间均有抖动过程，从而使电压信号出现抖动，如图3-1所示。抖动时间的长短与按键开关的机械特性有关，一般为510 ms。第3章 人机交互接口技术5 5图3-1按键抖动波形第3章 人机交互接口技术6 61硬件消抖硬件消抖是指采用硬件电路的方法对按键的按下抖动及释放抖动进行消抖，经过消抖电路后使按键的电平信号只有两种稳定的状态。常用的消抖电路有触发器消抖电路和滤波消抖电路两种。硬件消抖电路见图3-2。第3章 人机交互接口技术7 7图3-2硬件消抖电路 第3章 人机交互接

3、口技术8 82软件消抖当系统中需要按键数量比较多时，可采用软件消抖方法。第3章 人机交互接口技术9 93.2.2键开关与键盘类型 键盘上的每个按键都起着一个开关的作用，故又被称为键开关。键开关分为接触式和非接触式两大类。第3章 人机交互接口技术10 10图3-3独立式键盘工作原理 第3章 人机交互接口技术11 11图3-4矩阵式键盘工作原理 第3章 人机交互接口技术12 123.2.3键识别方法采用非编码键盘，CPU必须对所有按键进行监视，一旦发现按键按下，CPU应通过程序加以识别，并转入相应键的处理程序，实现该键功能。第3章 人机交互接口技术13 131扫描法 设图3-4中的行线H1H4连接

4、到51单片机P1口的P1.0P1.3，列线L1L4连接到P1口的P1.4P1.7上，可通过如下程序判断哪一个键被按下：第3章 人机交互接口技术14 14第3章 人机交互接口技术15 152 线反转法 扫描法采用逐行(列)扫描的方法获得按键的位置，当被按下的键在最后一行时需要扫描N次(N为行数)，当N比较大时键盘工作速度较慢。而线反转法则不论键盘有多少行和多少列，只需经过两步即可获得按键的位置。第3章 人机交互接口技术16 16第3章 人机交互接口技术17 173.2.4键盘工作方式 1扫描方式 键盘的扫描方式又可分为编程扫描和定时扫描。2 中断方式 中断方式是指：当无键按下时，CPU处理其他工

5、作而不必进行键的扫描；当有键被按下时，通过硬件电路向CPU申请键盘中断，在键盘中断服务程序中完成键盘处理。该种方法可提高CPU的工作效率。第3章 人机交互接口技术18 18例3.1参见图3-5，试编制中断方式键盘扫描程序，将键盘序号存入RAM 30H。解程序如下：第3章 人机交互接口技术19 19图3-5工作于中断方式的矩阵式键盘接口电路 第3章 人机交互接口技术2020第3章 人机交互接口技术21 21第3章 人机交互接口技术2222第3章 人机交互接口技术2323第3章 人机交互接口技术24243.3其它输入设备及接口1.鼠标鼠标是控制显示器光标移动的输入设备，它能在屏幕上实现快速精确的光

6、标定位，可用于编辑、菜单选择和作图。2.扫描仪扫描仪是一种光机电一体化的高科技产品，它是将各种形式的图像信息输入计算机的重要工具，是继键盘和鼠标之后的第三代计算机输入设备，也是功能极强的一种输入设备。第3章 人机交互接口技术25253.4显示设备及接口3.4.1CRT显示器及接口 CRT(Cathode Ray Tube，阴极射线管)显示器由显示适配器(显示卡)和显示器(监视器)两部分组成，显示卡通常插在PC机的总线插槽上，也有的计算机主板上集成有显示卡电路。显示卡与显示器通过显示专用接口连接。第3章 人机交互接口技术26263.4.2LCD显示器LCD(Liquid Crystal Disp

7、lay)液晶显示器有4种类型：无源阵列单色LCD、无源阵列彩色LCD、有源阵列模拟彩色LCD和最新的有源阵列数字彩色LCD。LCD的技术指标包括：(1)速度。(2)亮度。(3)对比度。(4)视角。第3章 人机交互接口技术27273.4.3字母数字显示器1 LED显示器LED显示器是由发光二极管按照一定的排列规律组成的显示器件，有共阳极和共阴极两种形式。常用的七段LED显示器的内部结构和外引脚排列见图3-6。第3章 人机交互接口技术2828图3-6LED结构及引脚排列图 第3章 人机交互接口技术2929第3章 人机交互接口技术30301)LED显示器的显示方式(1)静态显示方式。如图3-7所示，

8、所有的位选线com连接到一起接低电平(共阴极)或接高电平(共阳极)，每一位LED的段选线连接到一个8位显示输出口上，这样N位显示器共需要8N根显示输出线，显示时位与位之间是相互独立的。第3章 人机交互接口技术31 31图3-7N位LED静态显示原理图 第3章 人机交互接口技术3232(2)动态显示方式(见图3-8)。动态显示与静态显示相比需要的I/O口线少，功耗小，但控制程序较复杂，显示亮度低。第3章 人机交互接口技术3333图3-8N位LED动态显示原理图 第3章 人机交互接口技术34342)LED显示器接口电路 LED显示器的接口电路分静态显示接口电路和动态显示接口电路两类，每一类又可分为

9、软件译码和硬件译码两种控制方式。(1)软件译码动态显示电路如图3-9所示。第3章 人机交互接口技术3535图3-9软件译码动态显示电路 第3章 人机交互接口技术3636PA、PB口均设定为输出工作方式，其控制字为10000000B。控制程序如下：第3章 人机交互接口技术3737第3章 人机交互接口技术3838(2)硬件译码电路。硬件译码是指采用硬件译码电路来完成显示字符到显示七段码的转换。硬件集成译码电路类型较多，有BCD七段译码器、BCD七段译码驱动器、BCD七段锁存译码驱动器、十六进制七段锁存译码驱动器等。表3-2给出了常用的硬件译码集成电路及其性能。第3章 人机交互接口技术3939第3章

10、 人机交互接口技术4040图3-10硬件译码驱动器与单片机及显示器的连接 第3章 人机交互接口技术41 413)LED驱动电路 LED的驱动是一个非常重要的问题。如果驱动器驱动能力差，显示亮度就会降低，而且动态和静态显示方式对驱动电路的要求是不一样的。如果是静态显示，不需要考虑LED驱动，一般情况下只要将单片机I/O口与数码管的段代码连接即可。第3章 人机交互接口技术4242图3-11三极管放大驱动电路 第3章 人机交互接口技术43432 LCD显示器1)LCD显示器基本原理液晶是介于固体和液体之间的一种有机化合物，可流动，又具有晶体的某些光学性质，即在不同方向上它的光电效应不同。液晶显示器为

11、被动显示器，本身不发光，它通过电压控制环境光在显示部位的反射或透射来实现显示。第3章 人机交互接口技术4444图3-12LCD显示器基本结构 第3章 人机交互接口技术45452)特点 LCD显示器的特点有：(1)功耗小，为每平方厘米1 W以下，是LED显示器的几百分之一。(2)可在明亮环境下正常使用，清晰度不受环境光影响。(3)外形薄，约为LED的1/3。(4)显示内容多。(5)响应时间和余辉时间长，响应速度为ms级。(6)通常需辅助光源。(7)使用寿命较长(50 000 h以上)。(8)工作温度范围窄(5+50)。第3章 人机交互接口技术46463)参数(1)响应时间：从加脉冲电压算起，到透

12、光率达饱和值90%所需的时间。(2)余辉：从去掉脉冲电压算起，到透光率达饱和值10%所需的时间。(3)阈值电压Uth：当脉冲电压大于Uth时液晶显示，否则不显示。(4)对比度：在0 V时光透过率与在工作电压下透过率的比值。第3章 人机交互接口技术4747(5)刷新率：每秒刷新次数。(6)分辨率：屏幕上水平和垂直方向所能够显示的点数。(7)视角：可视角度，目前最好的LCD已达160，接近纯平CRT的180。第3章 人机交互接口技术48484)背光源由于液晶显示器是靠反射光线进行显示的器件，因此在环境光线较弱时，需要有光源来使显示变得清晰，这就是液晶显示的采光技术。目前背光源的类型一般分为LED型

13、(DC 5 VDC 24 V)、EL型(场致发光灯,AC 100 V,400 Hz)、CCFL型(冷阴极荧光灯，AC 1000 V)。第3章 人机交互接口技术49495)LCD的驱动方式(1)静态驱动方式：静态驱动回路及波形如图3-13所示，图中LCD表示某个液晶显示段。(2)时分割驱动电压平均化：当显示字段增多时，为减少引出线和驱动回路数，需要采用时分割驱动法。时分割驱动方式通常采用电压平均化方法，其占空比有1/2、1/8、1/11、1/16、1/32、1/64等，偏比有1/2、1/3、1/4、1/5、1/7、1/9等。第3章 人机交互接口技术5050图3-13静态驱动回路及波形 第3章 人

14、机交互接口技术51 516)LCD接口实例图3-14为6位液晶静态显示电路。第3章 人机交互接口技术5252第3章 人机交互接口技术53533.5打印机及接口1 打印机概述按照打印的工作原理的不同，可分为击打式打印机和非击打式打印机；按照输出工作方式的不同，可分为串行打印机、行式打印机和页式打印机；按印字机构的不同，可分为固定字模(活字)式打印机和点阵式打印机。打印机通常有两种工作模式，即文本模式(字符模式)和图形模式。第3章 人机交互接口技术54542 打印机的主要性能指标(1)分辨率(DPI)。打印机的打印质量是指打印出的字符的清晰度和美观程度，用分辨率表示，单位为每英寸打印的点数(DPI

15、)。(2)打印速度。针式打印机打印速度常用“字/秒”或“行/秒”来表示，喷墨激光打印机打印速度则用“页/分”(ppm)来表示。(3)打印幅面。打印机的打印幅面有许多种，如A3、A4等。第3章 人机交互接口技术5555(4)接口方式。打印机的接口大多数为标准配置并行接口。(5)缓冲区。打印机的缓冲区相当于计算机的内存，单位为KB或MB。第3章 人机交互接口技术56563.针式打印机工作原理 针式打印机是由若干根打印针印出mn个点阵组成的字符或汉字、图形。这里m表示打印的列数，n表示打印的行数。点阵越密，印字的质量就越高。需要注意的是，一个字符由mn个点阵组成，并不意味着打印头就装有mn根打印针。

16、串行针式打印机的打印头上一般只装有一列n根打印针。第3章 人机交互接口技术57574.喷墨打印机工作原理喷墨打印机的喷墨方式有两种：连续式和随机式。连续式喷墨打印机是指连续不断地喷射墨水；随机式喷墨打印机的墨滴只在需要打印时才从喷嘴中喷出(又称按需式喷墨打印机)。第3章 人机交互接口技术58585.激光打印机工作原理激光打印机是一种光机电一体、高度自动化的计算机输出设备，其成像原理与静电复印机相似，结构比针式打印机和喷墨打印机都复杂得多。激光打印机主要由激光器、激光扫描系统、以碳粉与感光鼓为主的碳粉盒、字型发生器、电子照相转印机构和电路部分组成。第3章 人机交互接口技术59596.TPP-40

17、A/16A打印机接口实例 TPP-40A与TPP-16A打印机的接口与时序要求完全相同。TPP-40A每行打印40个字符，TPP-16A每行打印16个字符。第3章 人机交互接口技术6060图3-15插脚安排(从打印机背视)第3章 人机交互接口技术61 61图3-16接口信号时序 第3章 人机交互接口技术62621)字符代码TPP-40A/16A中全部字符代码为10HFFH，字符串的结束代码或称回车换行代码为0DH。但是，当输入代码满40/16个时，打印机自动回车。第3章 人机交互接口技术6363TPP-40A打印命令代码及功能见表3-3，字符代码串实例如下。(1)打印字符串“3265.37”，

18、输送的代码串为24，33，32，36，35，2E，33，37，0D。(2)打印“This is Micro-Printer”，输送的代码串为54，68，69，73，20，69，73，20，4D，69，63，72，6F，2D，70，72，69，6E，74，65，72，2E，0D。(3)打印“32.8cm2”，输送的代码为33，32，2E，38，63，6D，9D，0D。第3章 人机交互接口技术6464第3章 人机交互接口技术65652)命令代码TPP-40A的控制打印命令由一个命令字和若干个参数字节组成，其格式如下：CCXX0XXn第3章 人机交互接口技术66663)错误代码当主机向TPP-40A

19、输入非法命令时，打印机即打印出错代码，用以提示用户。出错代码信息打印格式如图3-17所示。第3章 人机交互接口技术6767图3-17出错代码信息 第3章 人机交互接口技术68684)TPP-40A/16A与MCS-51单片机接口TPP-40A/16A没有读写信号线，只有一对握手线和一条BUSY线，接口如图3-18所示。图3-19是通过单片机应用系统中的扩展I/O口连接的打印机接口电路。图3-18、图3-19中打印机的口地址由地址线P2口线决定，使用时，口地址设为7FFFH。第3章 人机交互接口技术6969图3-18TPP-40A/16A与8031数据总线接口电路图 第3章 人机交互接口技术7070图3-19TPP-40A/16A与8031扩展I/O口连接的接口电路图 第3章 人机交互接口技术71 715)打印程序实例下面以图3-19作为打印机接口，介绍一种使用TPP-16A打印机打印1616点阵汉字“作业”的程序。程序清单如下：第3章 人机交互接口技术7272第3章 人机交互接口技术7373第3章 人机交互接口技术7474第3章 人机交互接口技术7575