本章主要教学内容
键盘与鼠标的工作原理,与主机连接以及编程方法
视频显示接口的基本工作原理及编程方法
打印机的基本结构,工作原理以及编程方法
扫描仪,数码相机和触摸屏的工作原理及应用第 11章 人机交互接口技术连接在计算机上的人机交互设备主要有键盘、鼠标器、显示器（ LCD显示器和 CRT显示器等）打印机等。
这些设备的输入输出是以计算机为中心，信息以二进制、十六进制码或 ASCII码的形式进行传送。随着计算机多媒体技术的发展，人机交互设备种类也越来越多，如增加了图形数字化仪、图像扫描仪、声音输入
/输出设备、数码相机、触摸屏等。这些设备使计算机系统以更接近人类感知外部世界的方式输入或输出信息，使计算机更加人性化。
11.1 键盘与鼠标接口
11.1.1 键盘及接口电路微型计算机的键盘是从英文打字机演变而来的,它是微型计算机不可缺少的标准输入设备 。 一个标准的通用键盘由排列成矩阵形式的按键,按键架,编码器和接口电路等主要部件组成,其基本功能就是将人击键的机械动作转换成计算机能够理解的编码,键盘输入的信息包括文本,数据等文字信息和程序,指令等控制信息 。 键盘按键的数目从最早的 83
键发展到后来的 101,102,104键,随着 Windows版本的不断升级,市场上还推出增加了键盘关机等一些特殊功能的 108
键 Windows键盘 。
1,键盘的分类及其特点
（ 1） 键盘的分类根据按键本身的结构方式可以分为机械触点式和电容式两类：
按照控制形态可 分为编码键盘和非编码键盘 两类：
按照 键盘的用途 还可 分为通用键盘和专用键盘 两类：
（ 2） 键盘的特点对于通用 PC系列微机采用的键盘来讲，它具有两个基本特点：
一是按键开关为无触点的电容开关，通过按键的动作，使电容量发生变化，来检测按键的断开与接通；二是键盘属于非编码键盘，由单片机扫描程序并识别按键的当前位置，然后再向键盘接口输出该键的扫描码。
2,键的识别在键盘中通常用硬件或软硬件结合的方法来识别键盘中的闭合键,常用的按键识别方法有：行扫描法,行反转法和行,
列扫描法 。
（ 1） 行扫描法我们把 PC系列键盘视为二维矩阵的行列结构,键盘的识别采用行扫描法,如图 11-2所示,为 16行 × 8列的矩阵结构 。 键盘扫描程序周期性地对行列结构的按键进行扫描,然后根据回收的信息来确定当前的行,列位置码 。
行扫描法的工作原理为,7位计数器处于定时工作方式,计数器输出分别送至两个译码器 （ 行译码和列译码 ）,高 4位译码形成 Y0～ Y15共 16行扫描驱动线；低 3位译码形成 X0～ X7
共 8列扫描驱动线 。 由于计数器的特点,列扫描驱动线随着时钟而步进 1列,行扫描驱动线经过 8个时钟而步进 1行 。
Y
15
检测器
4 / 16
译码器
Y
1
Y
0
X
7
3 / 8
译码器
X
0
计数器键已按
图 11-2 行扫描法识别按键
（ 2） 行反转法行反转法是利用可编程并行接口 （ 如 8255A） 来实现的,
在硬件上要求键盘的行,列线分别连接到两个双向并行接口
,如图 11-3所示 。
行反转法的工作原理为：将行线接一个并行口,先工作在输出方式,将列线接到另一个并行口,先工作在输入方式 。 经初始化编程使 CPU通过输出端口往各行线全部送低电平,然后读入列线的值 。 如果有某个键被按下,则必有一条列线为低电平 。 然后进行线反转,通过编程对两个并行端口进行方式设置,使连接行线的端口工作在输入方式,并将刚才读到的列线值通过所连接的并行口再输出到列线,然后读取行线的值,那么闭合键所对应的行线必为低电平,这样当一个键被按下时,就可以读到一对唯一的列值和行值 。
PB 0
PB 1
PB 2
PB 3
PA 0
PA 1
PA 2
PA 3
8255 A
+ 5 V
+ 5 V
0 1 2 3
4 5 6 7
8 9 A B
C D E F
PB 0
PB 1
PB 2
PB 3
PA 0
PA 1
PA 2
PA 3
8255 A
+ 5 V
+ 5 V
0 1 2 3
4 5 6 7
8 9 A B
C D E F
（ a） 行线输出 （ b） 列线输出图 11-3 行反转法识别按键在键盘设计时除了对键码的识别外，还需要解决抖动和重键问题。
按键开关在开闭过程中不可避免地会出现瞬态抖动，其时间长短约为 5～ 10ms。在抖动时检测键盘状态是不可靠的，
因此要进行去抖动处理，去抖动可用硬件或软件实现。硬件去抖动电路通常由一个 R-S触发器或单稳态电路构成。软件去抖动的方法是在检测到有键按下时，先延迟 10ms再检测键是否仍保持闭合状态。
重键是指在同一时刻有两个或多个键同时按下的情况，
此时存在着是否给予识别或识别哪一个键的问题。对重键的处理，一般可以不予理睬，认为重键是一次错误的按键。通常情况下则是只承认先识别出来的键，对同时按下的其它键不作识别，直到所有键都释放以后，才读入下一个键。这种方法称为,连锁法,。此外，还可采用,巡回法,,其基本思想是等被识别的键释放以后，才对其它闭合键作识别，该方法比较适合于快速键入操作。
3,PC机键盘接口目前 PC机常用的键盘接口有 3种：
（ 1） 标准接口：一般用于早期的 AT主板上,所以也叫做 AT接口 。 标准接口为圆形,比 PS/2接口要大,习惯上称之为大口 。
（ 2） PS/2接口,PS/2接口为具有 6针的圆形插座,目前 PC机上一般都具有连接键盘的 PS/2接口 。
（ 3） USB接口：由于 USB设备具有即插即用,支持热插拔等优点,很多设备都采用了 USB接口,键盘也不例外 。 选择 USB接口的键盘先要考虑主机上是否具有空余的 USB接口 。
端相当于 D/A转换器,而在接收端则相当于 A/D转换器 。
键盘接口的功能主要有：接收键盘送来的扫描码；
输出缓冲区满,产生键盘中断；接收并执行系统命令,对键盘进行初始化,测试,复位等操作 。
4,键盘中断调用
IBM-PC机主板上的键盘接口收到一个字节数据后，通过机内
8259的 IRQ1向 CPU请求中断,CPU在中断允许的条件下（即
IF=1），响应类型码为 09H的键盘中断，从而转入 BIOS的键盘中断服务程序，主要处理的功能如下：
（ 1）从键盘接口读取键盘扫描码，判断是否合法；为非法时结束中断，不予处理；
（ 2）如果是 8个特殊键，将状态存入 BIOS数据区的键盘标志单元；
（ 3）将扫描码转换成 ASCII码或扩展码，判断转换后的 ASCII
码是否合法；
（ 4）判断 RAM中的键盘缓冲区是否已满，如果已经存满，则中断结束，调用 BEEP程序使扬声器鸣响一秒钟，然后返回。键盘缓冲区未满时，将键的 ASCII码存入键盘缓冲区，并修改它的指针，结束中断，正常返回；
（ 5）对于系统复位组合键、中止组合键、暂停、打印屏幕等则直接执行，完成其对应的操作功能。
11.1.2 鼠标及接口电路鼠标是一种快速定位器,其功能与键盘的光标键相似 。 鼠标能方便地将光标准确定位在要指定的屏幕位置,很方便地完成各种操作 。 因此,在 Windows操作系统中鼠标是计算机图形界面人机交互必不可少的输入设备 。
1,鼠标的结构和工作原理
（ 1） 鼠标的结构鼠标按照按键数目可分为两类：两键鼠标 （ MS MOUSE） 和三键鼠标 （ PC MOUSE） 。 三键鼠标常用中键来控制翻页操作 。 对鼠标的操作可分为左击,右击,双击及拖动,这 4种不同的操作可以实现不同的功能 。
光电机械式是目前最为常见的鼠标 。 鼠标内置了 3个滚轴,X方向滚轴和 Y方向滚轴,另 1个是空轴 。 这 3个滚轴都与一个可以滚动的橡胶球接触,并随着橡胶球滚动一起转动 。 X,Y滚轴上装有带孔的译码轮,它的转动会阻断或导通 LED发出的光线,在光敏晶体管上产生表示位移的脉冲 。
光电鼠标用发光二极管向底部发射光线，光敏三极管接收经反射的光线，将位移信号转换为电脉冲。由于没有橡胶滚球，日常维护方便。
（ 2）鼠标的工作原理利用鼠标可方便地定位光标在显示屏幕上的位置 。
鼠标器通常通过微机中的串行口与主机连接 。 当在平面上移动鼠标器时,把鼠标器移动的距离和方向转换成两个脉冲信号传送给计算机,计算机鼠标驱动程序将脉冲个数转换为鼠标器的水平方向,垂直方向的位移量,从而达到移动鼠标箭头的目的 。 当鼠标在平面上移动时,
随着移动方向和快慢的变化,会产生两个在高低电平之间不断变化的脉冲信号,CPU接收这两个脉冲信号并对其计数 。 根据接收到的两个脉冲信号的个数,CPU控制屏幕上的鼠标指针在横 （ X） 轴,纵 （ Y） 轴两个方向上移动距离的大小 。 脉冲信号是由鼠标内的半导体光敏器件产生的 。
2,鼠标器的种类根据结构和鼠标测量位移部件的类型的不同,鼠标一般分为以下 3类：
（ 1） 机械式鼠标这是目前大家使用最多的鼠标,其最大特点是构造简单,成本低廉,易于维修 。 将此类鼠标翻过来看时,
都会发现其底部有一个橡胶球 。 紧靠着橡胶球有两个相互垂直的转轴,在转轴上装有旋转编码器和相应的电路 。
（ 2） 光电式鼠标光电式鼠标是利用发光二极管 （ LED） 与光敏三极管的组合来测量位移的,二者之间的夹角使 LED发出的光照到光电板后,正好反射给光敏三极管,鼠标中的电路将检测到的光的强弱转变成表示位移的脉冲,因此,光电式鼠标的底部没有橡胶球 。
此外,从连线的角度来看,鼠标也可以分为有线式鼠标与无线式鼠标：
有 线 式鼠 标,常 见的 鼠标 都有 一条 长 长的,尾巴,── 数据线,数据线的另一端通过鼠标器接口插在主机上,进行数据通讯 。
无线式鼠标：它摆脱了,尾巴,的束缚,使用上更加方便和自由 。 无线式鼠标又有红外线型和无线电型两类 。
2,鼠标接口鼠标接口主要有串行通信口,PS/2和新型的 USB鼠标接口
3种类型 。 下面分别加以介绍 。
（ 1） 串行通信鼠标接口串口鼠标使用 9针的 D型接口，采用 RS-232C标准进行通信。这种鼠标不需要专门的电源线，而是由 RS-232C串行通信接口线路中的 RTS提供驱动,GND作为地线，使用 TXD发送数据,DTR
作为联络信号线。大多数鼠标采用 7位数据位,1位停止位，
无奇偶校验方式、以 1200～ 2400 b/s的速率发送数据。在串行通信鼠标控制板上配置有微处理器，其作用是判断鼠标是否启动工作，工作时组织输出 X,Y方向串行位移数据。
（ 2） PS/2接口鼠标
PS/2鼠标最早由于用在 IBM PS/2系列微机上而得名 。 它使用专用的鼠标接插座 （ 6芯的 D型 ）,安装灵活方便,不占用串口资源 。 现在的 PC机主板都有支持 PS/2鼠标接口的插座 。
（ 3） USB接口鼠标由于 USB设备具有即插即用,支持热插拔等优点,鼠标也采用了 USB接口 。 选择 USB接口的鼠标要注意主机上是否具有空余的 USB接口位置 。
PS/2接口和 USB接口如图 11-7所示 。
图 11-7鼠标接口
3,鼠标的技术参数
（ 1） 分辨率所谓分辨率,是指鼠标每移动一英寸能检测出的点数,分辨率越高,鼠标移动的精度也就越高,最早鼠标的分辨率通常为
100dpi,现在使用的鼠标多为 400dpi以上
,也有某些高档产品的分辨率可以达到
500dpi甚至更高 。
（ 2） 采样率鼠标采样速率可以视为 Windows操作系统确认鼠标位置的速率,一般情况下采用
USB接口的鼠标固定为 120次 /秒,而 PS/2
接口的鼠标默认接口采样率比较低,只有
60次 /秒 。
（ 3） 扫描次数扫描次数是光学鼠标特有的指标,它是指每秒钟鼠标的光学接收器将接收到的光反射信号转换为电信号的次数,次数越高,鼠标在高速移动的时候屏幕指针就不会由于无法判别光反射信号而,乱飘,。
4,鼠标的编程应用
Microsoft为鼠标提供了一个软件中断指令
INT 33H,只要加载了支持该标准的鼠标驱动程序
,在应用程序中可直接调用鼠标器进行操作 。
INT33H有多种功能,可通过在 AX中设置功能号来选择 。
11.2 视频显示接口显示是一项重要的人机交互方式。计算机系统通过显示设备以多种方式向外部输出各种信息，如字符、图形和表格等计算机数据处理的结果。一般的计算机系统主要采用 CRT（ Cathode Ray Tube阴极射线管）显示器。但在一些简单或专用的微机系统中，往往只要显示数字，该情况下一般使用简单的数码管来构成系统的显示设备。
CRT显示终端是 20世纪 70年代发展起来的技术。
CRT显示器是计算机系统的标准输出设备，它与键盘合称为计算机终端，是人机交互必备的外设。显示器的结构及原理与电视机相似，由阴极射线管、视频放大电路和同步控制电路组成。彩色显示器通常是由红、绿、蓝三枪扫描叠加而成的。
随着大规模集成电路技术的发展,CRT接口采用了单片机的智能控制，并且有了大容量屏幕缓冲存储器。近年来的显示器在亮度、对比度、行场中心调整等方面均由原来模拟量控制方法改为数字量控制方法，使得彩色显示器性能有了很大提高。大部分台式微型机都使用 CRT显示器，而便携式微型机则使用 LCD显示器。在单板机或单片机上，一般都使用
LED七段数码管或 LCD液晶数码管显示数据，本节主要介绍 CRT,LCD和 LED的工作原理。
11.2.1 CRT显示器
1,显示器的分类显示器是用来显示字符,图形和图像的设备 。 它既可作为计算机内部信息的输出设备,又可与键盘配合作为输入设备 。 常用的显示器有阴极射线管显示器 （ CRT） 和液晶显示器 （ LCD） 两种 。
CRT显示器在电子枪与荧光屏间有一个布满栅孔的金属荫罩板,因此也称为荫罩式显示器 。 这种显示器分辨率高,图像质量好,价格便宜,使用寿命较长,但体积大,
能耗大 。
LCD显示器采用的技术主要有有源矩阵和无源矩阵 2种：
（ 1）有源矩阵：又称为薄膜晶体管液晶显示器（ TFT），其每一个像素点都用一个薄膜晶体管来控制液晶的透光率。它的优点是色彩鲜艳，视角宽，图像质量高，响应速度快。但其成品率低，导致价格昂贵。
（ 2）无源矩阵：无源矩阵用电阻代替有源晶体管，成本低，制造较为容易。其缺点是色彩饱和度差，图像不够清晰，对比度也较低，视角窄，响应速度慢。
CRT显示器可以依显像管的颜色来分,如单色和彩色,彩色可以显示彩色,也可以显示单色 。 但是,在实际使用中,人们习惯于以显示器所连接主机的显示卡来分 。 如 MDA单色显示器,
CGA彩色显示器,EGA彩色显示器,VGA彩色显示器,TVGA彩色显示器等 。
2,CRT显示器性能指标
CRT显示器是目前台式机中最常用的显示设备，其性能指标主要有以下几方面：
（ 1） 尺寸：显示器的尺寸是指显示器屏幕的对角线的长度 。
（ 2）显像管的形状：主要有球面、平面直角、柱面和纯平 4种。
（ 3） 像素和分辨率：像素是指组成图像的最小单位 。 分辨率是指整个屏幕每行每列的像素数,它与具体的显示模式有关 。
（ 4） 垂直 /水平扫描频率：垂直扫描频率是指显示器在某一显示方式下所能完成的每秒从上到下刷新的次数；水平扫描频率是指电子束每秒在屏幕上水平扫描的次数 。
（ 5） 逐行 /隔行扫描：受扫描频率的限制,隔行扫描显示器在低分辨率下逐行扫描,在高分辨率下改为隔行扫描 。
（ 6） 点距：点距是指显示器荧光屏上两个相邻的相同颜色磷光点之间的对角线距离 。
（ 7） 刷新频率：刷新频率就是每秒屏幕刷新的次数 。
（ 8） 带宽：带宽是指每秒钟电子枪扫描过的图像点的个数 。
3,CRT显示器的基本结构
CRT显示器主要由阴极射线管 （ 电子枪 ）,视频放大驱动电路和同步扫描电路等 3部分组成 。 彩色 CRT显示器的组成如图 11-8所示 。
九针插头行扫帧扫亮度控制电源
3
4
5
6
9
8
放大放大放大
V SYN C （ 垂直同步信号 ）
H SYN C （ 水平同步信号 ）
R （ 红 ）
G （ 绿 ）
B （ 蓝 ）
偏转线圈荧光屏
（ 视频放大驱动电路 ）
（ 同步扫描电路 ）
（ 电子枪 ）
VDY （ 垂直扫描电流 ）
HDY （ 水平扫描电流 ）
I （ 加亮 ）
图 11–8 彩色 CRT组成结构图
4,视频显示原理
CRT显示器主要部分是阴极射线管。阴极射线管由阴极、
栅极、加速极和聚焦极以及荧光屏组成。阴极发射的电子在栅极、加速极、高压极和聚焦极产生的电磁场作用下，形成具有一定能量的电子束，射到荧光屏上使荧光粉发光产生亮点，从而达到显示的目的。
由于电子束从左到右、从上到下有规律地周期运动，在屏幕上会留下一条条扫描线，这些扫描线形成了光栅，这就是光栅扫描。如果电子枪根据显示的内容产生电子束，就可以在荧光屏上显示出相应的图形或字符。
5,显示接口卡的种类和性能视频显示器接口就是彩色图形显示器的适配器，简称显卡。
常见的显卡有以下几种：
（ 1） MDA标准：是单色字符显示接口。
（ 2） CGA标准：是彩色图形适配器。
（ 3） EGA标准：为增强型图形适配器。
（ 4） VGA标准：是视频图形阵列彩色显示接口。
（ 5） SVGA标准：是超级 VGA。
（ 6） TVGA标准：是全功能视频图形阵列显示接口。
随着计算机技术的高速发展,特别是 GUI（ 用户图形接口 ）
方式操作系统的普及,对视频显示系统的要求也越来越高 。
显示适配器从早期的文本显示方式,到现在第四代 3D图形加速卡,在功能,显示速度等方面都有着极大的提高 。
显示卡性能主要有以下几个方面：
（ 1） 显示分辨率
（ 2） 刷新速度
（ 3） 颜色和灰度视频显示标准反映了各种视频显示图形卡的性能,或显示工作方式,屏幕显示规格,分辨率及显示色彩的种类 。 从 IBM公司最早推出的视频显示标准
MDA开始,陆续形成了一系列新的标准 CGA,EGA、
VGA和 TVGA等,反映了显示技术的不断发展和人们对显示效果的要求不断提高 。 显然,在同样尺寸的显示器上,字符显示的列,行数愈多,图形显示的分辨率愈高,可显示的色彩种类愈多,即表明相应的视频显示接口 —图形显示卡的性能愈好 。
11.2.2 CRT显示器端口编程方法图 11-9 为模拟显示原理图 。 其中视频 DAC把表示颜色的数字信号转换为模拟信号后向模拟显示器输出 。
CPU
显示处理器显示存储器视频 DAC
模拟显示器图 11 –9 模拟显示原理图
1,单色显示适配器 I/O端口
IBM-PC分配给单色显示适配器的输入 /输出口地址为 3B8H、
3BAH,3B4H和 3B5H。 对相应端口的操作可设定显示器工作方式以及工作参数 。
（ 1） CRT控制寄存器：该寄存器用于控制显示器的工作方式,
其端口地址为 3B8H。
（ 2） CRT状态寄存器：该寄存器用来保存显示器的工作状态信息,其端口地址为 3BAH,CPU可以用输入指令读取 CRT状态字 。
2,彩色图形适配器
（ 1） 工作方式控制：彩色显示适配器中对工作方式的控制是采用工作方式选择寄存器来实现的 。 在 IBM-PC机中,其端口地址为 3D8H。 在彩色图形适配器支持下,彩色图形显示器有字符,
图形两种工作方式 。
（ 2） 显示缓冲区：彩色图形适配器的显示缓冲区为 16KB，
在 IBM-PC机中,其起始地址为内存中的 B8000H。 在彩色字符方式下,其显示缓冲区结构与单色显示缓冲区类似,
字符的 ASCII码保存于偶数地址单元,彩色属性字节保存于奇数地址单元 。
（ 3） 彩色选择：在彩色显示适配器中由彩色选择寄存器确定彩色图形显示器的色彩选择,在 IBM-PC机中,其端口地址为 3D9H。
（ 4）色彩编码器：彩色选择寄存器的值和显示缓冲器内的彩色属性码送到色彩编码器，在色彩编码器内合成后，输出 R,G,B,I控制信号，其中 R,G,B信号控制彩色 CRT的 3 个控制栅极； I信号控制 CRT的亮度 。
3,彩色图形适配器的 I/O
彩色图形适配器包括 5个 I/O寄存器,它们分别是索引寄存器,数据寄存器,工作方式选择寄存器,彩色选择寄存器和状态寄存器 。 CPU通过输入 /输出指令访问这些寄存器,以实现对彩色图形显示器的控制 。
PC系列机的 ROM BIOS中有一组驱动 MDA和 CGA的显示 I/O功能程序,显示器中断调用号为 10H,共有 17个功能,方便用户编写有关显示器的接口程序,可参见附录中给出的 BIOS功能调用 。
11.2.3 LED显示与 LCD显示
1,LED显示器在微机检测和控制系统的接口电路中,发光二极管 LED常常作为重要的显示手段,它可以显示系统的状态,数字和字符 。
LED显示器的驱动电路简单,价格低廉,因此,由 LED组成的显示屏被广泛应用于各种场合 。
LED是一种由半导体 PN结构成的固态发光器件,在正向导电时能发出可见光,常用的 LED有红色,绿色,黄色和蓝色 。 LED的发光颜色与发光效率取决于制造材料与工艺,发光强度与其工作电流有关 。 它的发光时间常数约为 10～
200μs,其工作寿命可长达十万小时以上,工作可靠性高 。
它具有类似于普通半导体二极管的伏 -安特性,在正向导电时端电压近于恒定,通常约为 1.6～ 2.4V,工作电流一般约为
10～ 200mA。 它适合于与低电压的数字集成电路器件匹配工作 。
（ 1） LED显示器的结构与工作原理
LED显示器常用的是七段 LED显示器和点阵 LED显示器。七段
LED显示器由七条发光线组成，按,日,字形排列，每一段都是一个发光二极管，这七段发光管称为 a,b,c,d,e,f,g，
有的还带有小数点，通过 7个发光组的不同组合，可以显示 0～
9和 A～ F等 16个字母数字。
各个 LED可按共阴极和共阳极连接，共阴极 LED的发光二极管阴极共地，当某个二极管的阳极为高电平时，该发光二极管点亮；共阳极 LED的发光二极管阳极并接。由于共阴极一般比共阳极亮，所以大多数场合使用共阴极方式。
（ 2） LED的显示方式
LED显示器有静态显示和动态显示两种方式。
a
bf
g
e
d
c
h
a
b
c
d
e
f
h
g
a
b
c
d
e
f
h
g
阳极阴极
+5V
图 11-14 LED显示块示意图
2,LCD显示器
LCD（ 液晶显示器 ） 有低眩目的全平面屏幕 。 有源阵列的 LCD
面板的色彩质量实际上超过了大多数 CRT显示器 。 LCD显示器提供比同尺寸 CRT显示器更大的可视图像,有 4种基本的 LCD选择：
无源阵列单色,无源阵列彩色,有源阵列模拟彩色和最新的有源阵列数字彩色 。
与 CRT显示器相比,液晶显示器的特点是体积小,外形薄,
重量轻,功耗小,低发热,工作电压低,无污染,无辐射,无静电感应,显示信息量大,无闪烁,并能直接与 CMOS集成电路相匹配,同时,它是真正的,平板式,显示设备,但价格高,
分辨率稍低,产品的寿命受背灯影响 。 液晶显示器 LCD,特别是点阵式液晶,已经成为现代仪器仪表用户界面的主要发展方向 。
LCD显示器的结构如图 11-17所示 。 由于液晶的四壁效应,
在定向膜的作用下,液晶分子在正,背玻璃电极上呈水平排列,
但排列方向为正交,而玻璃问的分子呈连续扭转过度,这样的构造能使液晶对光产生旋光作用,使光偏振方向旋转 90。
液晶显示器的工作原理：当外部光线通过上偏振片后形成偏振光,偏振方向成垂直排列 。 当此偏振光通过液晶材料之后,
被旋转 90°,偏振方向成水平方向,此方向与下偏振片的偏振方向一致,因此光线能完全穿过下偏振片而达到反射极,经反射后沿原路返回,从而呈现出透明状态 。 当液晶盒的上,下电极加上一定的电压后,电极部分的液晶分子转成垂直排列,从而失去旋光性 。 因此,从上振片入射的偏振光不被旋转,当此偏转光到达下偏振片时,因其偏振方向与下偏转片的偏振方向垂直,因而被下偏振片吸收,无法到达反射板形成反射,所以呈现出黑色 。 根据需要,将电极做成各种文字,数字或点阵,
就可获得所需的各种显示 。
上偏振片上电极基板（正）
封接剂电极基板（负）
下偏振片反射板液晶材料电极图 11-17 液晶显示器结构图
11.3.1 常用打印机及工作原理打印机是计算机中重要的输出设备,其主要功能是将计算机的运行结果及中间信息等打印在纸上,以便于长期保存 。
1,打印机的分类及技术指标
（ 1） 打印机的分类打印机的种类比较多,按照与微机接口的方式分类有并行输出和串行输出打印机；按照打印机印字技术分类有击打式和非击打式打印机；按照印字方式分类有行式和页式打印机等 。
常见的打印机主要有针式打印机,激光打印机,喷墨打印机 。
（ 2） 打印机的主要技术指标对于采用不同打印技术的打印机之间性能有很大差别,一般而言,衡量打印机性能优劣的指标主要包括分辨率,打印速度,
行宽,颜色数目 。 此外,打印机的耗材及维护费用也要考虑 。
2,打印机的工作原理
（ 1） 针式打印机的结构和工作原理针式打印机的主要工作是接收外部送来的数据或控制命令，
然后根据控制命令的格式要求，将要打印的数据变为打印头的动作，把数据记录在打印纸上，打印机还接收控制面板上的操作命令，根据面板上的操作命令完成相应的操作。
针式打印机结构框图如图 11-18所示。
图中的电源单元将交流电压转换成需要的直流电压；主控逻辑电路以微处理器为主，包括 CPU、用来存储待打印汉字或字符的点阵数据的行缓存 RAM、用于存储 CPU的监控程序和固化点阵字库数据的 ROM、打印头驱动电路等；机械机构包括字车驱动、走纸、色带移动、用于纸尽检测和初始位置检测的检测器等；操作面板包括电源接通或断开、
联机或脱机、自检、报警和走纸控制等。
色带电机字车电机走纸电机电磁铁检测器打印头电机相序输出驱动维持电压控制数据输入状态输出
CPU
打印头数据形成打印头数据驱动
DIP 开关
RAM
监控
ROM
字库
ROM
操作面板接口板电源
ROM
主控逻辑电路打印机机械结构驱动电源逻辑电源交流电源图 11-18 打印机功能结构图
（ 2）
激光打印机是通过激光技术和电子照相技术完成印字功能的，
它是一种高精度、高速度、低噪声的非击打式打印机。其工作原理如图 11-19 所示，它主要由激光扫描系统、电子照相系统和控制系统三部分组成。
激光器调制激光束 偏转装置有静电潜像感光鼓电子照相红外线热幅射定影调制与驱动电路纸输入纸输出图 11-19 激光打印机工作原理
11.3.2 主机与打印机的接口
1,主机与并行打印机的接口图 11-21 给出了并行打印机接口逻辑图。当主机要向打印机写数据时，由命令译码器产生的控制信号将数据送至输出数据寄存器，等待写入打印机；主机向打印机发送命令时，欲写入的控制信号送至控制寄存器；反之，主机欲读取状态寄存器时，
可以将状态寄存器的内容传送至主机。
图 11-21 并行打印机接口逻辑框图数据接收发送器
DB
命令计码器输入数据缓冲器读数据写数据控制寄存器写控制
A E N
A
9
～ A
0
I O R
I O W
读控制状态寄存器读状态输出数据寄存器
DB
打印机命令状态
2,主机与 串 行打印机的接口主机采用串行接口连接的打印机是串行打印机,串行打印机是由并行打印机再加上输入缓冲器和串行接口组成的,如图
11-23所示 。 主机
T X D
D S R 串行接口并行打印机串行接口
R X D
D TR
输入缓冲器数据选通响应忙图 11-23 主机与串行打印机连接示意图
11.3.3 打印机的中断调用
IBM PC系列微机的 ROM BIOS中有一组打印机 I/O功能中断调用程序,显示器中断调用指令为 INT 17H,共有 3种不同的打印机操作 。 用户可利用中断调用方便地编写显示器的接口程序 。
INT 17H的 01H功能用来初始化打印机,并回送打印机状态到
AH寄存器 。 如果把打印机开关关上然后又打开,打印机各部分就复位到初始值,此功能和打开打印机时的作用是一样的 。
11.4 扫描仪原理及应用扫描仪是计算机输入图片使用的主要设备,它内部有一套光电转换系统,可以把各种图片信息转换成计算机图像数据,并传送给计算机,再由计算机进行图像处理,编辑,
存储,打印输出或传送给其他设备 。 如果按色彩来分,扫描仪可分成单色和彩色两种；如果按操作方式来分,可以分为手持式和台式扫描仪；如果按感光器件来分类可以有电荷耦合器 （ CCD） 和接触式 （ CIS） 扫描仪 。 不同类型的扫描仪,其结构也不同,但工作原理大同小异,下面我们以应用最多的平台式 CCD扫描仪为例进行分析 。
11.4.1 扫描仪的结构和 基本工作原理平台式 CCD扫描仪由顶盖,玻璃平台和底座等基本部件构成 。
透过扫描仪的玻璃平台,能看到安装在底座上的机械传动机构,扫描头及电路系统 。 机械传动机构的功能是带动扫描头沿扫描仪纵向移动；扫描头的功能是将光信号转换为电信号；
电路系统的功能是处理和传输图像 。
扫描仪的基本原理是通过传动装置驱动扫描组件,将各类文档,相片,幻灯片,底片等稿件经过一系列的光 /电转换,
最终形成计算机能识别的数字信号,再由控制扫描仪操作的扫描软件读出这些数据,并重新组成数字化的图像文件,供计算机存储,显示,修改,完善,以满足人们各种形式的需要 。 图 11-24给出了图像扫描的过程示意图 。
扫描光源 待扫材料 CCD转换 传输接口 图像文件扫描仪控制 计算机控制图 11-24 扫描仪扫描过程示意图
11.4.2 扫描仪主要技术指标及其应用衡量扫描仪性能好坏的指标主要有以下几种：
（ 1） 分辨率：是指每英寸上所能容纳的颜色点数量 。
（ 2） 色彩深度：主要是用来表现色彩的位数量,它决定了图像的细腻程度,层次和色彩动态范围 。
（ 3） 灰度级：它是指图像在无色彩的情况下以通过不同的亮度表现出来的层次 。
（ 4） 扫描幅面：常见扫描仪的扫描幅面有 A4,A4加长,A3等不同规格 。
（ 5） 扫描噪声：扫描仪在工作过程中会产生一些噪音,这也是衡量扫描仪机械结构的一个重要参数,它还会直接关系到扫描图像的品质
11.5 数码相机原理与应用
11.5.1 数码相机的基本结构和工作原理数码相机基本结构如图 11-25所示。
数码相机主要由以下几部分组成：
（ 1）镜头：是数码相机的核心部件，它决定着相机的质量。
目前数码相机的感光部件主要有 CCD和 CMOS两种。
（ 2） 光圈：是一个用来控制光线透过镜头进入机身内感光面的光量的装置 。
（ 3） 焦距：在数码相机上焦距就是镜头中心点到图像传感器之间的距离 。
（ 4） 快门及快门速度：快门是数码相机的重要部件,快门用来控制相机的成像时间,通过调节快门的速度可以控制照片的曝光程度 。 快门速度是数码相机的一个重要参数 。
（ 5） LCD显示屏：数码相机通常有两个取景器，除了与传统相机一样的光学取景器外，还有一块可供取景用的 LCD
显示屏（一般为 1.8英寸或 2.0英寸）显示镜头内的景像，
使用 LCD显示屏取景时，不需要把眼睛紧贴在相机上，使得一些原本困难的取景工作变得十分轻松。
（ 6）存储介质：在数码相机中，存储介质相当于普通相机中的胶卷。
镜头
CCD
阵列
A/ D
转换
I / O
接口存储系统图 11-25 数码相机的基本结构
11.5.2 数码相机主要技术指标及应用
（ 1） CCD像素
（ 2） 最大分辨率
（ 3） 光学变焦和数码变焦
（ 4） 存储媒介
（ 5） 镜头
（ 6） 快门
（ 7） 彩色液晶显示屏图像
（ 8） 输出接口
（ 9） 电池由于数码相机可将图像数字化,操作简便,特别是能与计算机直接连接,而且在计算机上利用丰富且强大的图像处理软件对图像做各种平面处理,得到更好的艺术效果,因此数码相机被广泛应用于各个领域 。 由于数码相机具有高速数据传输,
大容量存储,和快捷方便等特点,近几年,在新闻摄影,网页制作,电子出版,广告设计等领域得到了广泛的应用 。
11.6 触摸屏原理与应用
11.6.1 触摸屏的工作特点和分类触摸屏是一种通过触摸屏幕来进行人机交互的定位输入装置 。 在计算机显示屏幕上安装 —层或多层透明感应薄膜,
或在屏幕外框四周安装感应元件,再加上接口控制电路和软件之后,就可以利用手指或笔等工具,通过触摸屏幕直接向计算机输入指令或图文消息,使信息的输入变得非常方便 。
触摸屏可分为接触式和非接触式两大类 。 触摸屏根据采用的技术还可分为红外线式,电磁感应式,电阻式,电容式及声控式等 5种类别 。 它们的基本原理都是作为一种定位装置,将触摸点的坐标输入给计算机 。
11.6.2 触摸屏的结构和应用触摸屏由触摸检测装置,接口控制逻辑及控制软件等部分组成 。 接口控制器有的放在 CRT内部,有的在 CRT外部或插在主机箱内,通过 RS-232串口与主机通信 。
触摸屏具有界面直观,操作简单,伸手即得等特点,
大大改善了人与计算机的交互方式,特别是给非计算机专业人员带来极大的方便 。 触摸屏在信息查询,自动售货,
电子游戏,医疗仪器,教育训练,自动控制,自动化航空等领域都有着广泛地应用 。
本章小结在计算机中,键盘,鼠标,CRT显示器和打印机是必备的人机交互设备,它们能够完成各种常规信息的输入和输出 。
键盘工作时要完成键开关状态的可靠输入,键的识别和将键值送给计算机等 3项任务 。 鼠标是一种快速定位器,它可以方便地将光标准确定位在要指定的屏幕位置 。 显示器是计算机中用来显示各类信息以及图形和图像的输出设备,
常用的有 CRT显示器和 LCD液晶显示器 。
打印机也是常用的输出设备,它将计算机中的各类信息打印到纸上,可以长期保存 。 目前常见的打印机有针式打印机,喷墨打印机和激光打印机 3类,其中激光打印机的打印速度可达每分钟 2000行,是目前打印机中速度最快的一种 。
扫描仪是采用光,机,电一体化的计算机外设产品,
是除鼠标和键盘之外计算机使用最广泛的输入设备,它不仅能迅速实观大量的文字录入,而且能实时录入和处理各种图像信息,目前应用最多的平台式 CCD扫描仪 。 数码相机的特点是不需要胶卷,在拍摄时图像被聚焦到 CCD元件上,然后通过 CCD将图像转换成许多像素,以数字方式存储于相机的存储器中,将存储器与电脑连接后可在显示器上显示所拍摄的图像,并进行加工处理或打印输出 。 在计算机图形功能增强,Windows软件大量采用图标的情况下,利用触摸屏可以更加直观和方便地进行信息查询和输入 。
本章小结第 11章内容到此结束谢谢各位 !
键盘与鼠标的工作原理,与主机连接以及编程方法
视频显示接口的基本工作原理及编程方法
打印机的基本结构,工作原理以及编程方法
扫描仪,数码相机和触摸屏的工作原理及应用第 11章 人机交互接口技术连接在计算机上的人机交互设备主要有键盘、鼠标器、显示器（ LCD显示器和 CRT显示器等）打印机等。
这些设备的输入输出是以计算机为中心，信息以二进制、十六进制码或 ASCII码的形式进行传送。随着计算机多媒体技术的发展，人机交互设备种类也越来越多，如增加了图形数字化仪、图像扫描仪、声音输入
/输出设备、数码相机、触摸屏等。这些设备使计算机系统以更接近人类感知外部世界的方式输入或输出信息，使计算机更加人性化。
11.1 键盘与鼠标接口
11.1.1 键盘及接口电路微型计算机的键盘是从英文打字机演变而来的,它是微型计算机不可缺少的标准输入设备 。 一个标准的通用键盘由排列成矩阵形式的按键,按键架,编码器和接口电路等主要部件组成,其基本功能就是将人击键的机械动作转换成计算机能够理解的编码,键盘输入的信息包括文本,数据等文字信息和程序,指令等控制信息 。 键盘按键的数目从最早的 83
键发展到后来的 101,102,104键,随着 Windows版本的不断升级,市场上还推出增加了键盘关机等一些特殊功能的 108
键 Windows键盘 。
1,键盘的分类及其特点
（ 1） 键盘的分类根据按键本身的结构方式可以分为机械触点式和电容式两类：
按照控制形态可 分为编码键盘和非编码键盘 两类：
按照 键盘的用途 还可 分为通用键盘和专用键盘 两类：
（ 2） 键盘的特点对于通用 PC系列微机采用的键盘来讲，它具有两个基本特点：
一是按键开关为无触点的电容开关，通过按键的动作，使电容量发生变化，来检测按键的断开与接通；二是键盘属于非编码键盘，由单片机扫描程序并识别按键的当前位置，然后再向键盘接口输出该键的扫描码。
2,键的识别在键盘中通常用硬件或软硬件结合的方法来识别键盘中的闭合键,常用的按键识别方法有：行扫描法,行反转法和行,
列扫描法 。
（ 1） 行扫描法我们把 PC系列键盘视为二维矩阵的行列结构,键盘的识别采用行扫描法,如图 11-2所示,为 16行 × 8列的矩阵结构 。 键盘扫描程序周期性地对行列结构的按键进行扫描,然后根据回收的信息来确定当前的行,列位置码 。
行扫描法的工作原理为,7位计数器处于定时工作方式,计数器输出分别送至两个译码器 （ 行译码和列译码 ）,高 4位译码形成 Y0～ Y15共 16行扫描驱动线；低 3位译码形成 X0～ X7
共 8列扫描驱动线 。 由于计数器的特点,列扫描驱动线随着时钟而步进 1列,行扫描驱动线经过 8个时钟而步进 1行 。
Y
15
检测器
4 / 16
译码器
Y
1
Y
0
X
7
3 / 8
译码器
X
0
计数器键已按
图 11-2 行扫描法识别按键
（ 2） 行反转法行反转法是利用可编程并行接口 （ 如 8255A） 来实现的,
在硬件上要求键盘的行,列线分别连接到两个双向并行接口
,如图 11-3所示 。
行反转法的工作原理为：将行线接一个并行口,先工作在输出方式,将列线接到另一个并行口,先工作在输入方式 。 经初始化编程使 CPU通过输出端口往各行线全部送低电平,然后读入列线的值 。 如果有某个键被按下,则必有一条列线为低电平 。 然后进行线反转,通过编程对两个并行端口进行方式设置,使连接行线的端口工作在输入方式,并将刚才读到的列线值通过所连接的并行口再输出到列线,然后读取行线的值,那么闭合键所对应的行线必为低电平,这样当一个键被按下时,就可以读到一对唯一的列值和行值 。
PB 0
PB 1
PB 2
PB 3
PA 0
PA 1
PA 2
PA 3
8255 A
+ 5 V
+ 5 V
0 1 2 3
4 5 6 7
8 9 A B
C D E F
PB 0
PB 1
PB 2
PB 3
PA 0
PA 1
PA 2
PA 3
8255 A
+ 5 V
+ 5 V
0 1 2 3
4 5 6 7
8 9 A B
C D E F
（ a） 行线输出 （ b） 列线输出图 11-3 行反转法识别按键在键盘设计时除了对键码的识别外，还需要解决抖动和重键问题。
按键开关在开闭过程中不可避免地会出现瞬态抖动，其时间长短约为 5～ 10ms。在抖动时检测键盘状态是不可靠的，
因此要进行去抖动处理，去抖动可用硬件或软件实现。硬件去抖动电路通常由一个 R-S触发器或单稳态电路构成。软件去抖动的方法是在检测到有键按下时，先延迟 10ms再检测键是否仍保持闭合状态。
重键是指在同一时刻有两个或多个键同时按下的情况，
此时存在着是否给予识别或识别哪一个键的问题。对重键的处理，一般可以不予理睬，认为重键是一次错误的按键。通常情况下则是只承认先识别出来的键，对同时按下的其它键不作识别，直到所有键都释放以后，才读入下一个键。这种方法称为,连锁法,。此外，还可采用,巡回法,,其基本思想是等被识别的键释放以后，才对其它闭合键作识别，该方法比较适合于快速键入操作。
3,PC机键盘接口目前 PC机常用的键盘接口有 3种：
（ 1） 标准接口：一般用于早期的 AT主板上,所以也叫做 AT接口 。 标准接口为圆形,比 PS/2接口要大,习惯上称之为大口 。
（ 2） PS/2接口,PS/2接口为具有 6针的圆形插座,目前 PC机上一般都具有连接键盘的 PS/2接口 。
（ 3） USB接口：由于 USB设备具有即插即用,支持热插拔等优点,很多设备都采用了 USB接口,键盘也不例外 。 选择 USB接口的键盘先要考虑主机上是否具有空余的 USB接口 。
端相当于 D/A转换器,而在接收端则相当于 A/D转换器 。
键盘接口的功能主要有：接收键盘送来的扫描码；
输出缓冲区满,产生键盘中断；接收并执行系统命令,对键盘进行初始化,测试,复位等操作 。
4,键盘中断调用
IBM-PC机主板上的键盘接口收到一个字节数据后，通过机内
8259的 IRQ1向 CPU请求中断,CPU在中断允许的条件下（即
IF=1），响应类型码为 09H的键盘中断，从而转入 BIOS的键盘中断服务程序，主要处理的功能如下：
（ 1）从键盘接口读取键盘扫描码，判断是否合法；为非法时结束中断，不予处理；
（ 2）如果是 8个特殊键，将状态存入 BIOS数据区的键盘标志单元；
（ 3）将扫描码转换成 ASCII码或扩展码，判断转换后的 ASCII
码是否合法；
（ 4）判断 RAM中的键盘缓冲区是否已满，如果已经存满，则中断结束，调用 BEEP程序使扬声器鸣响一秒钟，然后返回。键盘缓冲区未满时，将键的 ASCII码存入键盘缓冲区，并修改它的指针，结束中断，正常返回；
（ 5）对于系统复位组合键、中止组合键、暂停、打印屏幕等则直接执行，完成其对应的操作功能。
11.1.2 鼠标及接口电路鼠标是一种快速定位器,其功能与键盘的光标键相似 。 鼠标能方便地将光标准确定位在要指定的屏幕位置,很方便地完成各种操作 。 因此,在 Windows操作系统中鼠标是计算机图形界面人机交互必不可少的输入设备 。
1,鼠标的结构和工作原理
（ 1） 鼠标的结构鼠标按照按键数目可分为两类：两键鼠标 （ MS MOUSE） 和三键鼠标 （ PC MOUSE） 。 三键鼠标常用中键来控制翻页操作 。 对鼠标的操作可分为左击,右击,双击及拖动,这 4种不同的操作可以实现不同的功能 。
光电机械式是目前最为常见的鼠标 。 鼠标内置了 3个滚轴,X方向滚轴和 Y方向滚轴,另 1个是空轴 。 这 3个滚轴都与一个可以滚动的橡胶球接触,并随着橡胶球滚动一起转动 。 X,Y滚轴上装有带孔的译码轮,它的转动会阻断或导通 LED发出的光线,在光敏晶体管上产生表示位移的脉冲 。
光电鼠标用发光二极管向底部发射光线，光敏三极管接收经反射的光线，将位移信号转换为电脉冲。由于没有橡胶滚球，日常维护方便。
（ 2）鼠标的工作原理利用鼠标可方便地定位光标在显示屏幕上的位置 。
鼠标器通常通过微机中的串行口与主机连接 。 当在平面上移动鼠标器时,把鼠标器移动的距离和方向转换成两个脉冲信号传送给计算机,计算机鼠标驱动程序将脉冲个数转换为鼠标器的水平方向,垂直方向的位移量,从而达到移动鼠标箭头的目的 。 当鼠标在平面上移动时,
随着移动方向和快慢的变化,会产生两个在高低电平之间不断变化的脉冲信号,CPU接收这两个脉冲信号并对其计数 。 根据接收到的两个脉冲信号的个数,CPU控制屏幕上的鼠标指针在横 （ X） 轴,纵 （ Y） 轴两个方向上移动距离的大小 。 脉冲信号是由鼠标内的半导体光敏器件产生的 。
2,鼠标器的种类根据结构和鼠标测量位移部件的类型的不同,鼠标一般分为以下 3类：
（ 1） 机械式鼠标这是目前大家使用最多的鼠标,其最大特点是构造简单,成本低廉,易于维修 。 将此类鼠标翻过来看时,
都会发现其底部有一个橡胶球 。 紧靠着橡胶球有两个相互垂直的转轴,在转轴上装有旋转编码器和相应的电路 。
（ 2） 光电式鼠标光电式鼠标是利用发光二极管 （ LED） 与光敏三极管的组合来测量位移的,二者之间的夹角使 LED发出的光照到光电板后,正好反射给光敏三极管,鼠标中的电路将检测到的光的强弱转变成表示位移的脉冲,因此,光电式鼠标的底部没有橡胶球 。
此外,从连线的角度来看,鼠标也可以分为有线式鼠标与无线式鼠标：
有 线 式鼠 标,常 见的 鼠标 都有 一条 长 长的,尾巴,── 数据线,数据线的另一端通过鼠标器接口插在主机上,进行数据通讯 。
无线式鼠标：它摆脱了,尾巴,的束缚,使用上更加方便和自由 。 无线式鼠标又有红外线型和无线电型两类 。
2,鼠标接口鼠标接口主要有串行通信口,PS/2和新型的 USB鼠标接口
3种类型 。 下面分别加以介绍 。
（ 1） 串行通信鼠标接口串口鼠标使用 9针的 D型接口，采用 RS-232C标准进行通信。这种鼠标不需要专门的电源线，而是由 RS-232C串行通信接口线路中的 RTS提供驱动,GND作为地线，使用 TXD发送数据,DTR
作为联络信号线。大多数鼠标采用 7位数据位,1位停止位，
无奇偶校验方式、以 1200～ 2400 b/s的速率发送数据。在串行通信鼠标控制板上配置有微处理器，其作用是判断鼠标是否启动工作，工作时组织输出 X,Y方向串行位移数据。
（ 2） PS/2接口鼠标
PS/2鼠标最早由于用在 IBM PS/2系列微机上而得名 。 它使用专用的鼠标接插座 （ 6芯的 D型 ）,安装灵活方便,不占用串口资源 。 现在的 PC机主板都有支持 PS/2鼠标接口的插座 。
（ 3） USB接口鼠标由于 USB设备具有即插即用,支持热插拔等优点,鼠标也采用了 USB接口 。 选择 USB接口的鼠标要注意主机上是否具有空余的 USB接口位置 。
PS/2接口和 USB接口如图 11-7所示 。
图 11-7鼠标接口
3,鼠标的技术参数
（ 1） 分辨率所谓分辨率,是指鼠标每移动一英寸能检测出的点数,分辨率越高,鼠标移动的精度也就越高,最早鼠标的分辨率通常为
100dpi,现在使用的鼠标多为 400dpi以上
,也有某些高档产品的分辨率可以达到
500dpi甚至更高 。
（ 2） 采样率鼠标采样速率可以视为 Windows操作系统确认鼠标位置的速率,一般情况下采用
USB接口的鼠标固定为 120次 /秒,而 PS/2
接口的鼠标默认接口采样率比较低,只有
60次 /秒 。
（ 3） 扫描次数扫描次数是光学鼠标特有的指标,它是指每秒钟鼠标的光学接收器将接收到的光反射信号转换为电信号的次数,次数越高,鼠标在高速移动的时候屏幕指针就不会由于无法判别光反射信号而,乱飘,。
4,鼠标的编程应用
Microsoft为鼠标提供了一个软件中断指令
INT 33H,只要加载了支持该标准的鼠标驱动程序
,在应用程序中可直接调用鼠标器进行操作 。
INT33H有多种功能,可通过在 AX中设置功能号来选择 。
11.2 视频显示接口显示是一项重要的人机交互方式。计算机系统通过显示设备以多种方式向外部输出各种信息，如字符、图形和表格等计算机数据处理的结果。一般的计算机系统主要采用 CRT（ Cathode Ray Tube阴极射线管）显示器。但在一些简单或专用的微机系统中，往往只要显示数字，该情况下一般使用简单的数码管来构成系统的显示设备。
CRT显示终端是 20世纪 70年代发展起来的技术。
CRT显示器是计算机系统的标准输出设备，它与键盘合称为计算机终端，是人机交互必备的外设。显示器的结构及原理与电视机相似，由阴极射线管、视频放大电路和同步控制电路组成。彩色显示器通常是由红、绿、蓝三枪扫描叠加而成的。
随着大规模集成电路技术的发展,CRT接口采用了单片机的智能控制，并且有了大容量屏幕缓冲存储器。近年来的显示器在亮度、对比度、行场中心调整等方面均由原来模拟量控制方法改为数字量控制方法，使得彩色显示器性能有了很大提高。大部分台式微型机都使用 CRT显示器，而便携式微型机则使用 LCD显示器。在单板机或单片机上，一般都使用
LED七段数码管或 LCD液晶数码管显示数据，本节主要介绍 CRT,LCD和 LED的工作原理。
11.2.1 CRT显示器
1,显示器的分类显示器是用来显示字符,图形和图像的设备 。 它既可作为计算机内部信息的输出设备,又可与键盘配合作为输入设备 。 常用的显示器有阴极射线管显示器 （ CRT） 和液晶显示器 （ LCD） 两种 。
CRT显示器在电子枪与荧光屏间有一个布满栅孔的金属荫罩板,因此也称为荫罩式显示器 。 这种显示器分辨率高,图像质量好,价格便宜,使用寿命较长,但体积大,
能耗大 。
LCD显示器采用的技术主要有有源矩阵和无源矩阵 2种：
（ 1）有源矩阵：又称为薄膜晶体管液晶显示器（ TFT），其每一个像素点都用一个薄膜晶体管来控制液晶的透光率。它的优点是色彩鲜艳，视角宽，图像质量高，响应速度快。但其成品率低，导致价格昂贵。
（ 2）无源矩阵：无源矩阵用电阻代替有源晶体管，成本低，制造较为容易。其缺点是色彩饱和度差，图像不够清晰，对比度也较低，视角窄，响应速度慢。
CRT显示器可以依显像管的颜色来分,如单色和彩色,彩色可以显示彩色,也可以显示单色 。 但是,在实际使用中,人们习惯于以显示器所连接主机的显示卡来分 。 如 MDA单色显示器,
CGA彩色显示器,EGA彩色显示器,VGA彩色显示器,TVGA彩色显示器等 。
2,CRT显示器性能指标
CRT显示器是目前台式机中最常用的显示设备，其性能指标主要有以下几方面：
（ 1） 尺寸：显示器的尺寸是指显示器屏幕的对角线的长度 。
（ 2）显像管的形状：主要有球面、平面直角、柱面和纯平 4种。
（ 3） 像素和分辨率：像素是指组成图像的最小单位 。 分辨率是指整个屏幕每行每列的像素数,它与具体的显示模式有关 。
（ 4） 垂直 /水平扫描频率：垂直扫描频率是指显示器在某一显示方式下所能完成的每秒从上到下刷新的次数；水平扫描频率是指电子束每秒在屏幕上水平扫描的次数 。
（ 5） 逐行 /隔行扫描：受扫描频率的限制,隔行扫描显示器在低分辨率下逐行扫描,在高分辨率下改为隔行扫描 。
（ 6） 点距：点距是指显示器荧光屏上两个相邻的相同颜色磷光点之间的对角线距离 。
（ 7） 刷新频率：刷新频率就是每秒屏幕刷新的次数 。
（ 8） 带宽：带宽是指每秒钟电子枪扫描过的图像点的个数 。
3,CRT显示器的基本结构
CRT显示器主要由阴极射线管 （ 电子枪 ）,视频放大驱动电路和同步扫描电路等 3部分组成 。 彩色 CRT显示器的组成如图 11-8所示 。
九针插头行扫帧扫亮度控制电源
3
4
5
6
9
8
放大放大放大
V SYN C （ 垂直同步信号 ）
H SYN C （ 水平同步信号 ）
R （ 红 ）
G （ 绿 ）
B （ 蓝 ）
偏转线圈荧光屏
（ 视频放大驱动电路 ）
（ 同步扫描电路 ）
（ 电子枪 ）
VDY （ 垂直扫描电流 ）
HDY （ 水平扫描电流 ）
I （ 加亮 ）
图 11–8 彩色 CRT组成结构图
4,视频显示原理
CRT显示器主要部分是阴极射线管。阴极射线管由阴极、
栅极、加速极和聚焦极以及荧光屏组成。阴极发射的电子在栅极、加速极、高压极和聚焦极产生的电磁场作用下，形成具有一定能量的电子束，射到荧光屏上使荧光粉发光产生亮点，从而达到显示的目的。
由于电子束从左到右、从上到下有规律地周期运动，在屏幕上会留下一条条扫描线，这些扫描线形成了光栅，这就是光栅扫描。如果电子枪根据显示的内容产生电子束，就可以在荧光屏上显示出相应的图形或字符。
5,显示接口卡的种类和性能视频显示器接口就是彩色图形显示器的适配器，简称显卡。
常见的显卡有以下几种：
（ 1） MDA标准：是单色字符显示接口。
（ 2） CGA标准：是彩色图形适配器。
（ 3） EGA标准：为增强型图形适配器。
（ 4） VGA标准：是视频图形阵列彩色显示接口。
（ 5） SVGA标准：是超级 VGA。
（ 6） TVGA标准：是全功能视频图形阵列显示接口。
随着计算机技术的高速发展,特别是 GUI（ 用户图形接口 ）
方式操作系统的普及,对视频显示系统的要求也越来越高 。
显示适配器从早期的文本显示方式,到现在第四代 3D图形加速卡,在功能,显示速度等方面都有着极大的提高 。
显示卡性能主要有以下几个方面：
（ 1） 显示分辨率
（ 2） 刷新速度
（ 3） 颜色和灰度视频显示标准反映了各种视频显示图形卡的性能,或显示工作方式,屏幕显示规格,分辨率及显示色彩的种类 。 从 IBM公司最早推出的视频显示标准
MDA开始,陆续形成了一系列新的标准 CGA,EGA、
VGA和 TVGA等,反映了显示技术的不断发展和人们对显示效果的要求不断提高 。 显然,在同样尺寸的显示器上,字符显示的列,行数愈多,图形显示的分辨率愈高,可显示的色彩种类愈多,即表明相应的视频显示接口 —图形显示卡的性能愈好 。
11.2.2 CRT显示器端口编程方法图 11-9 为模拟显示原理图 。 其中视频 DAC把表示颜色的数字信号转换为模拟信号后向模拟显示器输出 。
CPU
显示处理器显示存储器视频 DAC
模拟显示器图 11 –9 模拟显示原理图
1,单色显示适配器 I/O端口
IBM-PC分配给单色显示适配器的输入 /输出口地址为 3B8H、
3BAH,3B4H和 3B5H。 对相应端口的操作可设定显示器工作方式以及工作参数 。
（ 1） CRT控制寄存器：该寄存器用于控制显示器的工作方式,
其端口地址为 3B8H。
（ 2） CRT状态寄存器：该寄存器用来保存显示器的工作状态信息,其端口地址为 3BAH,CPU可以用输入指令读取 CRT状态字 。
2,彩色图形适配器
（ 1） 工作方式控制：彩色显示适配器中对工作方式的控制是采用工作方式选择寄存器来实现的 。 在 IBM-PC机中,其端口地址为 3D8H。 在彩色图形适配器支持下,彩色图形显示器有字符,
图形两种工作方式 。
（ 2） 显示缓冲区：彩色图形适配器的显示缓冲区为 16KB，
在 IBM-PC机中,其起始地址为内存中的 B8000H。 在彩色字符方式下,其显示缓冲区结构与单色显示缓冲区类似,
字符的 ASCII码保存于偶数地址单元,彩色属性字节保存于奇数地址单元 。
（ 3） 彩色选择：在彩色显示适配器中由彩色选择寄存器确定彩色图形显示器的色彩选择,在 IBM-PC机中,其端口地址为 3D9H。
（ 4）色彩编码器：彩色选择寄存器的值和显示缓冲器内的彩色属性码送到色彩编码器，在色彩编码器内合成后，输出 R,G,B,I控制信号，其中 R,G,B信号控制彩色 CRT的 3 个控制栅极； I信号控制 CRT的亮度 。
3,彩色图形适配器的 I/O
彩色图形适配器包括 5个 I/O寄存器,它们分别是索引寄存器,数据寄存器,工作方式选择寄存器,彩色选择寄存器和状态寄存器 。 CPU通过输入 /输出指令访问这些寄存器,以实现对彩色图形显示器的控制 。
PC系列机的 ROM BIOS中有一组驱动 MDA和 CGA的显示 I/O功能程序,显示器中断调用号为 10H,共有 17个功能,方便用户编写有关显示器的接口程序,可参见附录中给出的 BIOS功能调用 。
11.2.3 LED显示与 LCD显示
1,LED显示器在微机检测和控制系统的接口电路中,发光二极管 LED常常作为重要的显示手段,它可以显示系统的状态,数字和字符 。
LED显示器的驱动电路简单,价格低廉,因此,由 LED组成的显示屏被广泛应用于各种场合 。
LED是一种由半导体 PN结构成的固态发光器件,在正向导电时能发出可见光,常用的 LED有红色,绿色,黄色和蓝色 。 LED的发光颜色与发光效率取决于制造材料与工艺,发光强度与其工作电流有关 。 它的发光时间常数约为 10～
200μs,其工作寿命可长达十万小时以上,工作可靠性高 。
它具有类似于普通半导体二极管的伏 -安特性,在正向导电时端电压近于恒定,通常约为 1.6～ 2.4V,工作电流一般约为
10～ 200mA。 它适合于与低电压的数字集成电路器件匹配工作 。
（ 1） LED显示器的结构与工作原理
LED显示器常用的是七段 LED显示器和点阵 LED显示器。七段
LED显示器由七条发光线组成，按,日,字形排列，每一段都是一个发光二极管，这七段发光管称为 a,b,c,d,e,f,g，
有的还带有小数点，通过 7个发光组的不同组合，可以显示 0～
9和 A～ F等 16个字母数字。
各个 LED可按共阴极和共阳极连接，共阴极 LED的发光二极管阴极共地，当某个二极管的阳极为高电平时，该发光二极管点亮；共阳极 LED的发光二极管阳极并接。由于共阴极一般比共阳极亮，所以大多数场合使用共阴极方式。
（ 2） LED的显示方式
LED显示器有静态显示和动态显示两种方式。
a
bf
g
e
d
c
h
a
b
c
d
e
f
h
g
a
b
c
d
e
f
h
g
阳极阴极
+5V
图 11-14 LED显示块示意图
2,LCD显示器
LCD（ 液晶显示器 ） 有低眩目的全平面屏幕 。 有源阵列的 LCD
面板的色彩质量实际上超过了大多数 CRT显示器 。 LCD显示器提供比同尺寸 CRT显示器更大的可视图像,有 4种基本的 LCD选择：
无源阵列单色,无源阵列彩色,有源阵列模拟彩色和最新的有源阵列数字彩色 。
与 CRT显示器相比,液晶显示器的特点是体积小,外形薄,
重量轻,功耗小,低发热,工作电压低,无污染,无辐射,无静电感应,显示信息量大,无闪烁,并能直接与 CMOS集成电路相匹配,同时,它是真正的,平板式,显示设备,但价格高,
分辨率稍低,产品的寿命受背灯影响 。 液晶显示器 LCD,特别是点阵式液晶,已经成为现代仪器仪表用户界面的主要发展方向 。
LCD显示器的结构如图 11-17所示 。 由于液晶的四壁效应,
在定向膜的作用下,液晶分子在正,背玻璃电极上呈水平排列,
但排列方向为正交,而玻璃问的分子呈连续扭转过度,这样的构造能使液晶对光产生旋光作用,使光偏振方向旋转 90。
液晶显示器的工作原理：当外部光线通过上偏振片后形成偏振光,偏振方向成垂直排列 。 当此偏振光通过液晶材料之后,
被旋转 90°,偏振方向成水平方向,此方向与下偏振片的偏振方向一致,因此光线能完全穿过下偏振片而达到反射极,经反射后沿原路返回,从而呈现出透明状态 。 当液晶盒的上,下电极加上一定的电压后,电极部分的液晶分子转成垂直排列,从而失去旋光性 。 因此,从上振片入射的偏振光不被旋转,当此偏转光到达下偏振片时,因其偏振方向与下偏转片的偏振方向垂直,因而被下偏振片吸收,无法到达反射板形成反射,所以呈现出黑色 。 根据需要,将电极做成各种文字,数字或点阵,
就可获得所需的各种显示 。
上偏振片上电极基板（正）
封接剂电极基板（负）
下偏振片反射板液晶材料电极图 11-17 液晶显示器结构图
11.3.1 常用打印机及工作原理打印机是计算机中重要的输出设备,其主要功能是将计算机的运行结果及中间信息等打印在纸上,以便于长期保存 。
1,打印机的分类及技术指标
（ 1） 打印机的分类打印机的种类比较多,按照与微机接口的方式分类有并行输出和串行输出打印机；按照打印机印字技术分类有击打式和非击打式打印机；按照印字方式分类有行式和页式打印机等 。
常见的打印机主要有针式打印机,激光打印机,喷墨打印机 。
（ 2） 打印机的主要技术指标对于采用不同打印技术的打印机之间性能有很大差别,一般而言,衡量打印机性能优劣的指标主要包括分辨率,打印速度,
行宽,颜色数目 。 此外,打印机的耗材及维护费用也要考虑 。
2,打印机的工作原理
（ 1） 针式打印机的结构和工作原理针式打印机的主要工作是接收外部送来的数据或控制命令，
然后根据控制命令的格式要求，将要打印的数据变为打印头的动作，把数据记录在打印纸上，打印机还接收控制面板上的操作命令，根据面板上的操作命令完成相应的操作。
针式打印机结构框图如图 11-18所示。
图中的电源单元将交流电压转换成需要的直流电压；主控逻辑电路以微处理器为主，包括 CPU、用来存储待打印汉字或字符的点阵数据的行缓存 RAM、用于存储 CPU的监控程序和固化点阵字库数据的 ROM、打印头驱动电路等；机械机构包括字车驱动、走纸、色带移动、用于纸尽检测和初始位置检测的检测器等；操作面板包括电源接通或断开、
联机或脱机、自检、报警和走纸控制等。
色带电机字车电机走纸电机电磁铁检测器打印头电机相序输出驱动维持电压控制数据输入状态输出
CPU
打印头数据形成打印头数据驱动
DIP 开关
RAM
监控
ROM
字库
ROM
操作面板接口板电源
ROM
主控逻辑电路打印机机械结构驱动电源逻辑电源交流电源图 11-18 打印机功能结构图
（ 2）
激光打印机是通过激光技术和电子照相技术完成印字功能的，
它是一种高精度、高速度、低噪声的非击打式打印机。其工作原理如图 11-19 所示，它主要由激光扫描系统、电子照相系统和控制系统三部分组成。
激光器调制激光束 偏转装置有静电潜像感光鼓电子照相红外线热幅射定影调制与驱动电路纸输入纸输出图 11-19 激光打印机工作原理
11.3.2 主机与打印机的接口
1,主机与并行打印机的接口图 11-21 给出了并行打印机接口逻辑图。当主机要向打印机写数据时，由命令译码器产生的控制信号将数据送至输出数据寄存器，等待写入打印机；主机向打印机发送命令时，欲写入的控制信号送至控制寄存器；反之，主机欲读取状态寄存器时，
可以将状态寄存器的内容传送至主机。
图 11-21 并行打印机接口逻辑框图数据接收发送器
DB
命令计码器输入数据缓冲器读数据写数据控制寄存器写控制
A E N
A
9
～ A
0
I O R
I O W
读控制状态寄存器读状态输出数据寄存器
DB
打印机命令状态
2,主机与 串 行打印机的接口主机采用串行接口连接的打印机是串行打印机,串行打印机是由并行打印机再加上输入缓冲器和串行接口组成的,如图
11-23所示 。 主机
T X D
D S R 串行接口并行打印机串行接口
R X D
D TR
输入缓冲器数据选通响应忙图 11-23 主机与串行打印机连接示意图
11.3.3 打印机的中断调用
IBM PC系列微机的 ROM BIOS中有一组打印机 I/O功能中断调用程序,显示器中断调用指令为 INT 17H,共有 3种不同的打印机操作 。 用户可利用中断调用方便地编写显示器的接口程序 。
INT 17H的 01H功能用来初始化打印机,并回送打印机状态到
AH寄存器 。 如果把打印机开关关上然后又打开,打印机各部分就复位到初始值,此功能和打开打印机时的作用是一样的 。
11.4 扫描仪原理及应用扫描仪是计算机输入图片使用的主要设备,它内部有一套光电转换系统,可以把各种图片信息转换成计算机图像数据,并传送给计算机,再由计算机进行图像处理,编辑,
存储,打印输出或传送给其他设备 。 如果按色彩来分,扫描仪可分成单色和彩色两种；如果按操作方式来分,可以分为手持式和台式扫描仪；如果按感光器件来分类可以有电荷耦合器 （ CCD） 和接触式 （ CIS） 扫描仪 。 不同类型的扫描仪,其结构也不同,但工作原理大同小异,下面我们以应用最多的平台式 CCD扫描仪为例进行分析 。
11.4.1 扫描仪的结构和 基本工作原理平台式 CCD扫描仪由顶盖,玻璃平台和底座等基本部件构成 。
透过扫描仪的玻璃平台,能看到安装在底座上的机械传动机构,扫描头及电路系统 。 机械传动机构的功能是带动扫描头沿扫描仪纵向移动；扫描头的功能是将光信号转换为电信号；
电路系统的功能是处理和传输图像 。
扫描仪的基本原理是通过传动装置驱动扫描组件,将各类文档,相片,幻灯片,底片等稿件经过一系列的光 /电转换,
最终形成计算机能识别的数字信号,再由控制扫描仪操作的扫描软件读出这些数据,并重新组成数字化的图像文件,供计算机存储,显示,修改,完善,以满足人们各种形式的需要 。 图 11-24给出了图像扫描的过程示意图 。
扫描光源 待扫材料 CCD转换 传输接口 图像文件扫描仪控制 计算机控制图 11-24 扫描仪扫描过程示意图
11.4.2 扫描仪主要技术指标及其应用衡量扫描仪性能好坏的指标主要有以下几种：
（ 1） 分辨率：是指每英寸上所能容纳的颜色点数量 。
（ 2） 色彩深度：主要是用来表现色彩的位数量,它决定了图像的细腻程度,层次和色彩动态范围 。
（ 3） 灰度级：它是指图像在无色彩的情况下以通过不同的亮度表现出来的层次 。
（ 4） 扫描幅面：常见扫描仪的扫描幅面有 A4,A4加长,A3等不同规格 。
（ 5） 扫描噪声：扫描仪在工作过程中会产生一些噪音,这也是衡量扫描仪机械结构的一个重要参数,它还会直接关系到扫描图像的品质
11.5 数码相机原理与应用
11.5.1 数码相机的基本结构和工作原理数码相机基本结构如图 11-25所示。
数码相机主要由以下几部分组成：
（ 1）镜头：是数码相机的核心部件，它决定着相机的质量。
目前数码相机的感光部件主要有 CCD和 CMOS两种。
（ 2） 光圈：是一个用来控制光线透过镜头进入机身内感光面的光量的装置 。
（ 3） 焦距：在数码相机上焦距就是镜头中心点到图像传感器之间的距离 。
（ 4） 快门及快门速度：快门是数码相机的重要部件,快门用来控制相机的成像时间,通过调节快门的速度可以控制照片的曝光程度 。 快门速度是数码相机的一个重要参数 。
（ 5） LCD显示屏：数码相机通常有两个取景器，除了与传统相机一样的光学取景器外，还有一块可供取景用的 LCD
显示屏（一般为 1.8英寸或 2.0英寸）显示镜头内的景像，
使用 LCD显示屏取景时，不需要把眼睛紧贴在相机上，使得一些原本困难的取景工作变得十分轻松。
（ 6）存储介质：在数码相机中，存储介质相当于普通相机中的胶卷。
镜头
CCD
阵列
A/ D
转换
I / O
接口存储系统图 11-25 数码相机的基本结构
11.5.2 数码相机主要技术指标及应用
（ 1） CCD像素
（ 2） 最大分辨率
（ 3） 光学变焦和数码变焦
（ 4） 存储媒介
（ 5） 镜头
（ 6） 快门
（ 7） 彩色液晶显示屏图像
（ 8） 输出接口
（ 9） 电池由于数码相机可将图像数字化,操作简便,特别是能与计算机直接连接,而且在计算机上利用丰富且强大的图像处理软件对图像做各种平面处理,得到更好的艺术效果,因此数码相机被广泛应用于各个领域 。 由于数码相机具有高速数据传输,
大容量存储,和快捷方便等特点,近几年,在新闻摄影,网页制作,电子出版,广告设计等领域得到了广泛的应用 。
11.6 触摸屏原理与应用
11.6.1 触摸屏的工作特点和分类触摸屏是一种通过触摸屏幕来进行人机交互的定位输入装置 。 在计算机显示屏幕上安装 —层或多层透明感应薄膜,
或在屏幕外框四周安装感应元件,再加上接口控制电路和软件之后,就可以利用手指或笔等工具,通过触摸屏幕直接向计算机输入指令或图文消息,使信息的输入变得非常方便 。
触摸屏可分为接触式和非接触式两大类 。 触摸屏根据采用的技术还可分为红外线式,电磁感应式,电阻式,电容式及声控式等 5种类别 。 它们的基本原理都是作为一种定位装置,将触摸点的坐标输入给计算机 。
11.6.2 触摸屏的结构和应用触摸屏由触摸检测装置,接口控制逻辑及控制软件等部分组成 。 接口控制器有的放在 CRT内部,有的在 CRT外部或插在主机箱内,通过 RS-232串口与主机通信 。
触摸屏具有界面直观,操作简单,伸手即得等特点,
大大改善了人与计算机的交互方式,特别是给非计算机专业人员带来极大的方便 。 触摸屏在信息查询,自动售货,
电子游戏,医疗仪器,教育训练,自动控制,自动化航空等领域都有着广泛地应用 。
本章小结在计算机中,键盘,鼠标,CRT显示器和打印机是必备的人机交互设备,它们能够完成各种常规信息的输入和输出 。
键盘工作时要完成键开关状态的可靠输入,键的识别和将键值送给计算机等 3项任务 。 鼠标是一种快速定位器,它可以方便地将光标准确定位在要指定的屏幕位置 。 显示器是计算机中用来显示各类信息以及图形和图像的输出设备,
常用的有 CRT显示器和 LCD液晶显示器 。
打印机也是常用的输出设备,它将计算机中的各类信息打印到纸上,可以长期保存 。 目前常见的打印机有针式打印机,喷墨打印机和激光打印机 3类,其中激光打印机的打印速度可达每分钟 2000行,是目前打印机中速度最快的一种 。
扫描仪是采用光,机,电一体化的计算机外设产品,
是除鼠标和键盘之外计算机使用最广泛的输入设备,它不仅能迅速实观大量的文字录入,而且能实时录入和处理各种图像信息,目前应用最多的平台式 CCD扫描仪 。 数码相机的特点是不需要胶卷,在拍摄时图像被聚焦到 CCD元件上,然后通过 CCD将图像转换成许多像素,以数字方式存储于相机的存储器中,将存储器与电脑连接后可在显示器上显示所拍摄的图像,并进行加工处理或打印输出 。 在计算机图形功能增强,Windows软件大量采用图标的情况下,利用触摸屏可以更加直观和方便地进行信息查询和输入 。
本章小结第 11章内容到此结束谢谢各位 !
