第 11章 人机交互接口
11.1 键盘及其接口
12.2 LED数码管及其接口
12.3 打印机及其接口
12.4 鼠标接口
12.5 显示器与显示卡
11.1 键盘及其接口
11.1.1 键盘的工作原理
11.1.2 微机键盘及键盘接口返 回
11.1.1 键盘的工作原理
1,键盘的类型
2,键盘的功能
3,键盘的工作原理返 回
（ 1）编码键盘。
键盘内部能自动检测被按下的键，并提供与被按键功能对应的键码（如 ASCII码），以并行或串行方式送给
CPU。
（ 2）非编码键盘。
只简单地提供按键的行列位置（位置码或扫描码），
而按键的识别和键码的确定与输入等功能均由软件完成。
1．键盘的类型返 回
2．键盘的功能
（ 1）识别键盘矩阵中的被按键；
（ 2）清除按键时产生的抖动干扰；
（ 3）防止按键操作的串键错误；
（ 4）产生被按键相应的键码。
返 回
3．键盘的工作原理
逐行扫描法
由程序对键盘进行逐行扫描，通过检测到的列输出状态来确定闭合键。
需要设置输入口、输出口各一个。
行列扫描法
通过行列颠倒扫描来识别闭合键。在扫描每一行时，
读列线；然后依次向列线扫描输出，读行线。
需要提供两个可编程的双向输入 /输出端口。
返 回例 11-1
CPU 8255A
PA0
PA1
PA2
PB0
PB1
PB2
PB3
列 0 列 1 列 2 列 3
行 1
行 0
行 2
图 11-1 非编码键盘接口硬件框图
L1,OUT 40H,AL
ROL AL
MOV AH,AL
IN AL,41H
AND AL,CL
CMP AL,CL
JNZ L2
ADD CH,BH
MOV AL,AH
DEC BL
JNZ L1
JMP BEGIN
L2,INC CH
RCR AL
JC L2
MOV AL,CH
JMP KEYTABLE
假定有一个 3× 4的矩阵键盘通过并行接口芯片 8255A与微机相连。 8255A的 A口定义为输出口，
与键盘行线相连； B口定义为输入口，与键盘列线相连。设 8255A A口地址为 40H,B口地址为
41H，控制寄存器地址为 43H。
MOV AL,82H
OUT 43H,AL
BEGIN,MOV AL,0
OUT 40H,AL
WAIT,IN AL,41H
AND AL,0FH
CMP AL,0FH
JZ WAIT
MOV CX,7FFH
L0,LOOP L0
ST,MOV BL,3
MOV BH,4
MOV AL,0FEH
MOV CL,0FH
MOV CH,0FFH
返 回
11.1.2 微机键盘及键盘接口
1,PC微机键盘的特点
2,键盘控制电路
3,键盘接口电路
4,PC机键盘接口标准返 回
1,PC微机键盘的特点
（ 1） 键盘由单片机,译码器和 16行 × 8列的键开关矩阵三大部分组成 。
（ 2） 按键采用电容开关,即按键时的上下动作使电容量发生变化,从而实现开关接通或断开的目的 。
（ 3） 它是一种由单片机扫描,编码的智能化键盘 。
（ 4） 键盘通常通过设在主板上的键盘接口连到主机上,人们通过键盘输入的数据是在主机的 BIOS程序的控制下,传送到主机的
CPU中进行处理的 。
返 回
2．键盘控制电路
IRQ1
检测器行译码时钟发生器移位寄存器列译码键盘矩阵
16行 × 8列中断请求
C D
PCLK
CLOCK CLK
DATA D1
图 11-2 PC/XT键盘与接口框图输出T
1
8048
返 回
3．键盘接口电路
（ 1） 将串行接收键盘送来的接通扫描码和断开扫描码,转换成并行数据并暂存
（ 2） 收到一个完整的扫描码后,立即向主机发中断请求
（ 3） 主机中断响应后读取扫描码,并转换成相应的 ASCII码存入键盘缓冲区
（ 4） 接收主机发来的命令,传送给键盘,并等候键盘的响应,
自检时用以判断键盘的正确性返 回
4,PC机键盘接口标准
5芯接口（即俗称大口）
PS/2接口（即俗称小口）
USB接口返 回
11.2 LED数码管及其接口
7段 LED(Light emitting diode)数码管以其结构简单、控制方便、显示醒目等优点，在以微处理器为核心的智能化仪器中，得到了广泛的应用，
但是由于它只有 7个笔画和一个圆点，所以只能显示数字和一些简单字符，而不能显示复杂的字符。
11.2.1 数码管工作原理
图 11-3a是 7段 LED数码管的器件外部形状图，它由名称为 gfedcba的 7个笔画段和一个圆点 h组成，这 7个笔画段在点亮时，可以显示数字和一些简单的西文字符。图 11-3b是
7段 LED数码管的原理图，它由 8个发光二极管组成，这 8个发光二极管的负极连接在一起，
称为公共端 (Com)，而发光二极管的正极则分别由引脚引出，便于控制哪一个发光二极管点亮。在图 11-3b所示的 7段数码管中，如果在 Com端接低电平，而在其他引出线上施加不同的电平，则对应施加高电平的发光二图 11-3 7段 LED数码管的外形和工作原理
11.2.2 多位数码管显示电路图 11-4 多位数码管显示接口示意图
12.3 打印机接口
1．并行打印机接口标准
（ 1） 信号线的定义
（ 2） 数据传送时序
2．并行接口逻辑及编程应用返 回
（ 1）信号线的定义信号 名称 方向 功能说明
DATA0～ DATA7 数据 入 8位并行数据,高电平表示 1,低电平表示 0
STROBE 选通脉冲 入 低电平时将数据送入打印机接口,脉冲宽度大于 0.5μs
SLCT IN 选择输入 入 低电平有效,表示数据可输入打印机
AUTO REED XT 自动走纸 入 低电平有效,打印完一行后自动走纸
INIT 初始化命令 入 低电平有效,初始化打印机控制器和数据缓冲区
ACKNLG 应答 出 低电平有效,表示打印机已收到数据高电平有效,表示打印机不能接收新的数据 。 当打印机
BUSY 忙碌 出 处于打印状态,或者数据缓冲区满,或者脱机,或者有故障时,发 BUSY信号
PE 纸用完 出 高电平有效,表示无打印纸
SLCT 选择状态 出 高电平表示联机状态,低电平表示脱机状态
ERROR 出错 出 当打印机处于出错,脱机或缺纸状态时,该信号变为低电平表 11-1 Centronics标准接口信号说明
GND 地 出 返 回
（ 2）数据传送时序
DATA0～ DATA7
STOBE
BUSY
ACK
有效接口打印机图 11-5 并行打印机接口数据传送时序返 回
2．并行接口逻辑及编程应用图 12-14 并行接口逻辑框图
D7～ D0
A7～ A0
AEN
IOR
IOW IRQ
INTE
状态寄存器控制寄存器数据寄存器
25脚
D型插座命令译码器数据缓冲器
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
IRQEN SLCTIN INIT AUTOLF STOBE
含义同表 11-1的同名信号
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
BUSY ACK PE SLCT ERROR
含义同表 11-1的同名信号例 11-2
设 3个端口的地址分别为数据口 378H，状态口 379H，控制口 37AH。
试对 3个端口编程，实现将 AL的字符送打印机输出。
MOV DX,0378H
OUT DX,AL ；将打印字符送数据口
INC DX
WAIT,IN AL,DX ；读状态
TEST AL,80H ；检测 BUSY位
JNZ N-OUT ；不忙则输出选通
JMP WAIT ； 忙则等待
N-OUT,MOV AL,0DH
INC DX
OUT DX,AL
MOV AL,0CH
OUT DX,AL ；在控制口写入，使选通有效
11.4 鼠标接口
11.4.1 鼠标器的工作原理
11.4.2 鼠标器接口返 回
11.4.1 鼠标器的工作原理
1．机械式鼠标
由鼠标底部的胶质小球带动 X方向滚轴和 Y方向滚轴，在滚轴的末端有译码轮，译码轮附有金属导电片与电刷直接接触。
2．光电式鼠标
光电式鼠标是利用发光二极管（ LED）发出来的光投射到鼠标板上，其反射光经过光学透镜聚焦投射到光敏管上。
3．光机式鼠标
光机鼠标在机械鼠标的基础上，将磨损最厉害的接触式电刷和译码轮改进成为非接触式的 LED对射光路元件。 返 回
11.4.2 鼠标器接口
1．串行接口
2．专用主板鼠标器端口（ PS/2）
3,USB接口返 回
11.5 显示器与显示卡
11.5.1 CRT显示器的工作原理
11.5.2 CRT显示器接口
11.5.1 CRT显示器的工作原理图 11-6 彩色显示器的基本结构框图显示适配卡信号处理视频放大驱动电路
14
1
2
3
R
G
B
荧光屏电子束荫罩板高压电路行扫描电路水平同步信号垂直同步信号 帧扫描电路偏转线圈
5
13
全帧开始全帧结束水平扫描正程 （ 显示 ）
水平扫描逆程 （ 消隐 ）
第 1行第 2行第 3行第 4行第 n-1行第 n行
n，
1
-
1
，
2，
3，
4，
n-1，
垂直逆程 （ 消隐 ）
图 11-7 光栅扫描示意图图 11-8 5× 7字符点阵
11.5.2 CRT显示器接口
1,字符发生器
2,显示存储器 RAM
3,CRT控制器
4,移位寄存器和视频信号合成器显示
RAM
锁存器
CRT
视频
AB
图 11-9 CRT接口电路原理图地址多路转换器控制器移位寄存器字符发生器视频信号合成器 信号
CB
DB
系统总线行地址字符地址消隐线选地址垂直同步打点时钟水平同步锁存控制
3
1．字符发生器
例 11-3 字符,B”的 ASCII码是
42H,它的 5× 7点阵与输入 /
输出的关系如图 12-8所示 。
线选地址为 000H时,没有数码的点阵被选中,5位输出都为 0,可作为字符行之间的间隔提供空格 。
输出缓冲器
A9
A8
A3
O4
O3
O2
O1
O0
字符选择译码选择译码
RS2
RS1
RS0
1
A2
A1
A0
1
线代码
1
128× 5× 7
字符 ROM
相当于 ROM
的低位地址
0
1
127
0
1
7
ASCII码图 11-11 字符发生器内部结构图线选地址相当于
ROM的高位地址
1
ASCII码
42H
线选地址
RS2 RS1 RS0
0 0 1
0 1 0
输 出 码
O4 O3 O2 O1 O0
1 1 1 1 0
1 0 0 0 1
1 0 0 0 1
1 1 1 1 0
1 0 0 0 1
1 0 0 0 1
1 1 1 1 0
0 0 0 0 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0 0 0
5× 7点阵图 11-10 字符发生器中,B”与输入 /输出的关系
49H
42H
4DH
44H
4EH
45H
0
1
2
1919
1918
1917
显示 RAM
80 81 158 159
1760 1839
1840 1919
0 1 78 79
0
1
22
23
行列
0 1 78 79 0
23
0 79
IBM
END
显示屏图 11-12 屏幕上字符位置分配 图 11-13 显示 RAM和显示屏的映像关系
2．显示存储器 RAM
3,CRT控制器
（ 1）提供读显示 RAM的扫描地址和屏幕显示的扫描地址
（ 2）提供时序控制信号
水平同步、垂直同步及消隐信号
锁存器的锁存信号
移位寄存器的串行移位信号
4．移位寄存器和视频信号合成器
移位寄存器
在打点时钟控制下，把从字符发生器并行输出的线代码变成串行形式送往视频输出电路。
视频信号合成器
将字符图形信息与水平同步、垂直同步、消隐三种信号合成为一种复合信息流，即视频信号。
11.1 键盘及其接口
12.2 LED数码管及其接口
12.3 打印机及其接口
12.4 鼠标接口
12.5 显示器与显示卡
11.1 键盘及其接口
11.1.1 键盘的工作原理
11.1.2 微机键盘及键盘接口返 回
11.1.1 键盘的工作原理
1,键盘的类型
2,键盘的功能
3,键盘的工作原理返 回
（ 1）编码键盘。
键盘内部能自动检测被按下的键，并提供与被按键功能对应的键码（如 ASCII码），以并行或串行方式送给
CPU。
（ 2）非编码键盘。
只简单地提供按键的行列位置（位置码或扫描码），
而按键的识别和键码的确定与输入等功能均由软件完成。
1．键盘的类型返 回
2．键盘的功能
（ 1）识别键盘矩阵中的被按键；
（ 2）清除按键时产生的抖动干扰；
（ 3）防止按键操作的串键错误；
（ 4）产生被按键相应的键码。
返 回
3．键盘的工作原理
逐行扫描法
由程序对键盘进行逐行扫描，通过检测到的列输出状态来确定闭合键。
需要设置输入口、输出口各一个。
行列扫描法
通过行列颠倒扫描来识别闭合键。在扫描每一行时，
读列线；然后依次向列线扫描输出，读行线。
需要提供两个可编程的双向输入 /输出端口。
返 回例 11-1
CPU 8255A
PA0
PA1
PA2
PB0
PB1
PB2
PB3
列 0 列 1 列 2 列 3
行 1
行 0
行 2
图 11-1 非编码键盘接口硬件框图
L1,OUT 40H,AL
ROL AL
MOV AH,AL
IN AL,41H
AND AL,CL
CMP AL,CL
JNZ L2
ADD CH,BH
MOV AL,AH
DEC BL
JNZ L1
JMP BEGIN
L2,INC CH
RCR AL
JC L2
MOV AL,CH
JMP KEYTABLE
假定有一个 3× 4的矩阵键盘通过并行接口芯片 8255A与微机相连。 8255A的 A口定义为输出口，
与键盘行线相连； B口定义为输入口，与键盘列线相连。设 8255A A口地址为 40H,B口地址为
41H，控制寄存器地址为 43H。
MOV AL,82H
OUT 43H,AL
BEGIN,MOV AL,0
OUT 40H,AL
WAIT,IN AL,41H
AND AL,0FH
CMP AL,0FH
JZ WAIT
MOV CX,7FFH
L0,LOOP L0
ST,MOV BL,3
MOV BH,4
MOV AL,0FEH
MOV CL,0FH
MOV CH,0FFH
返 回
11.1.2 微机键盘及键盘接口
1,PC微机键盘的特点
2,键盘控制电路
3,键盘接口电路
4,PC机键盘接口标准返 回
1,PC微机键盘的特点
（ 1） 键盘由单片机,译码器和 16行 × 8列的键开关矩阵三大部分组成 。
（ 2） 按键采用电容开关,即按键时的上下动作使电容量发生变化,从而实现开关接通或断开的目的 。
（ 3） 它是一种由单片机扫描,编码的智能化键盘 。
（ 4） 键盘通常通过设在主板上的键盘接口连到主机上,人们通过键盘输入的数据是在主机的 BIOS程序的控制下,传送到主机的
CPU中进行处理的 。
返 回
2．键盘控制电路
IRQ1
检测器行译码时钟发生器移位寄存器列译码键盘矩阵
16行 × 8列中断请求
C D
PCLK
CLOCK CLK
DATA D1
图 11-2 PC/XT键盘与接口框图输出T
1
8048
返 回
3．键盘接口电路
（ 1） 将串行接收键盘送来的接通扫描码和断开扫描码,转换成并行数据并暂存
（ 2） 收到一个完整的扫描码后,立即向主机发中断请求
（ 3） 主机中断响应后读取扫描码,并转换成相应的 ASCII码存入键盘缓冲区
（ 4） 接收主机发来的命令,传送给键盘,并等候键盘的响应,
自检时用以判断键盘的正确性返 回
4,PC机键盘接口标准
5芯接口（即俗称大口）
PS/2接口（即俗称小口）
USB接口返 回
11.2 LED数码管及其接口
7段 LED(Light emitting diode)数码管以其结构简单、控制方便、显示醒目等优点，在以微处理器为核心的智能化仪器中，得到了广泛的应用，
但是由于它只有 7个笔画和一个圆点，所以只能显示数字和一些简单字符，而不能显示复杂的字符。
11.2.1 数码管工作原理
图 11-3a是 7段 LED数码管的器件外部形状图，它由名称为 gfedcba的 7个笔画段和一个圆点 h组成，这 7个笔画段在点亮时，可以显示数字和一些简单的西文字符。图 11-3b是
7段 LED数码管的原理图，它由 8个发光二极管组成，这 8个发光二极管的负极连接在一起，
称为公共端 (Com)，而发光二极管的正极则分别由引脚引出，便于控制哪一个发光二极管点亮。在图 11-3b所示的 7段数码管中，如果在 Com端接低电平，而在其他引出线上施加不同的电平，则对应施加高电平的发光二图 11-3 7段 LED数码管的外形和工作原理
11.2.2 多位数码管显示电路图 11-4 多位数码管显示接口示意图
12.3 打印机接口
1．并行打印机接口标准
（ 1） 信号线的定义
（ 2） 数据传送时序
2．并行接口逻辑及编程应用返 回
（ 1）信号线的定义信号 名称 方向 功能说明
DATA0～ DATA7 数据 入 8位并行数据,高电平表示 1,低电平表示 0
STROBE 选通脉冲 入 低电平时将数据送入打印机接口,脉冲宽度大于 0.5μs
SLCT IN 选择输入 入 低电平有效,表示数据可输入打印机
AUTO REED XT 自动走纸 入 低电平有效,打印完一行后自动走纸
INIT 初始化命令 入 低电平有效,初始化打印机控制器和数据缓冲区
ACKNLG 应答 出 低电平有效,表示打印机已收到数据高电平有效,表示打印机不能接收新的数据 。 当打印机
BUSY 忙碌 出 处于打印状态,或者数据缓冲区满,或者脱机,或者有故障时,发 BUSY信号
PE 纸用完 出 高电平有效,表示无打印纸
SLCT 选择状态 出 高电平表示联机状态,低电平表示脱机状态
ERROR 出错 出 当打印机处于出错,脱机或缺纸状态时,该信号变为低电平表 11-1 Centronics标准接口信号说明
GND 地 出 返 回
（ 2）数据传送时序
DATA0～ DATA7
STOBE
BUSY
ACK
有效接口打印机图 11-5 并行打印机接口数据传送时序返 回
2．并行接口逻辑及编程应用图 12-14 并行接口逻辑框图
D7～ D0
A7～ A0
AEN
IOR
IOW IRQ
INTE
状态寄存器控制寄存器数据寄存器
25脚
D型插座命令译码器数据缓冲器
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
IRQEN SLCTIN INIT AUTOLF STOBE
含义同表 11-1的同名信号
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
BUSY ACK PE SLCT ERROR
含义同表 11-1的同名信号例 11-2
设 3个端口的地址分别为数据口 378H，状态口 379H，控制口 37AH。
试对 3个端口编程，实现将 AL的字符送打印机输出。
MOV DX,0378H
OUT DX,AL ；将打印字符送数据口
INC DX
WAIT,IN AL,DX ；读状态
TEST AL,80H ；检测 BUSY位
JNZ N-OUT ；不忙则输出选通
JMP WAIT ； 忙则等待
N-OUT,MOV AL,0DH
INC DX
OUT DX,AL
MOV AL,0CH
OUT DX,AL ；在控制口写入，使选通有效
11.4 鼠标接口
11.4.1 鼠标器的工作原理
11.4.2 鼠标器接口返 回
11.4.1 鼠标器的工作原理
1．机械式鼠标
由鼠标底部的胶质小球带动 X方向滚轴和 Y方向滚轴，在滚轴的末端有译码轮，译码轮附有金属导电片与电刷直接接触。
2．光电式鼠标
光电式鼠标是利用发光二极管（ LED）发出来的光投射到鼠标板上，其反射光经过光学透镜聚焦投射到光敏管上。
3．光机式鼠标
光机鼠标在机械鼠标的基础上，将磨损最厉害的接触式电刷和译码轮改进成为非接触式的 LED对射光路元件。 返 回
11.4.2 鼠标器接口
1．串行接口
2．专用主板鼠标器端口（ PS/2）
3,USB接口返 回
11.5 显示器与显示卡
11.5.1 CRT显示器的工作原理
11.5.2 CRT显示器接口
11.5.1 CRT显示器的工作原理图 11-6 彩色显示器的基本结构框图显示适配卡信号处理视频放大驱动电路
14
1
2
3
R
G
B
荧光屏电子束荫罩板高压电路行扫描电路水平同步信号垂直同步信号 帧扫描电路偏转线圈
5
13
全帧开始全帧结束水平扫描正程 （ 显示 ）
水平扫描逆程 （ 消隐 ）
第 1行第 2行第 3行第 4行第 n-1行第 n行
n，
1
-
1
，
2，
3，
4，
n-1，
垂直逆程 （ 消隐 ）
图 11-7 光栅扫描示意图图 11-8 5× 7字符点阵
11.5.2 CRT显示器接口
1,字符发生器
2,显示存储器 RAM
3,CRT控制器
4,移位寄存器和视频信号合成器显示
RAM
锁存器
CRT
视频
AB
图 11-9 CRT接口电路原理图地址多路转换器控制器移位寄存器字符发生器视频信号合成器 信号
CB
DB
系统总线行地址字符地址消隐线选地址垂直同步打点时钟水平同步锁存控制
3
1．字符发生器
例 11-3 字符,B”的 ASCII码是
42H,它的 5× 7点阵与输入 /
输出的关系如图 12-8所示 。
线选地址为 000H时,没有数码的点阵被选中,5位输出都为 0,可作为字符行之间的间隔提供空格 。
输出缓冲器
A9
A8
A3
O4
O3
O2
O1
O0
字符选择译码选择译码
RS2
RS1
RS0
1
A2
A1
A0
1
线代码
1
128× 5× 7
字符 ROM
相当于 ROM
的低位地址
0
1
127
0
1
7
ASCII码图 11-11 字符发生器内部结构图线选地址相当于
ROM的高位地址
1
ASCII码
42H
线选地址
RS2 RS1 RS0
0 0 1
0 1 0
输 出 码
O4 O3 O2 O1 O0
1 1 1 1 0
1 0 0 0 1
1 0 0 0 1
1 1 1 1 0
1 0 0 0 1
1 0 0 0 1
1 1 1 1 0
0 0 0 0 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0 0 0
5× 7点阵图 11-10 字符发生器中,B”与输入 /输出的关系
49H
42H
4DH
44H
4EH
45H
0
1
2
1919
1918
1917
显示 RAM
80 81 158 159
1760 1839
1840 1919
0 1 78 79
0
1
22
23
行列
0 1 78 79 0
23
0 79
IBM
END
显示屏图 11-12 屏幕上字符位置分配 图 11-13 显示 RAM和显示屏的映像关系
2．显示存储器 RAM
3,CRT控制器
（ 1）提供读显示 RAM的扫描地址和屏幕显示的扫描地址
（ 2）提供时序控制信号
水平同步、垂直同步及消隐信号
锁存器的锁存信号
移位寄存器的串行移位信号
4．移位寄存器和视频信号合成器
移位寄存器
在打点时钟控制下，把从字符发生器并行输出的线代码变成串行形式送往视频输出电路。
视频信号合成器
将字符图形信息与水平同步、垂直同步、消隐三种信号合成为一种复合信息流，即视频信号。
