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微机接口技术 ( 第八章）

微机接口技术 ( 第八章）. 第八章 人机交互设备接口. 本章内容 8.1 键盘接口 8.2 CRT 显示器接口 8.3 打印机接口 8.4 鼠标器接口. 双键锁定 : 后释放者有效 N 键轮回 : 所有键依顺序产生键码. 行扫描 : 逐行扫描 , 由列线状态识别 线反转 : 行列颠倒两次扫描识别. 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. 键盘接口的功能和原理. 1 ）接口功能.

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微机接口技术 ( 第八章）

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  1. 微机接口技术(第八章）

  2. 第八章 人机交互设备接口 • 本章内容 • 8.1 键盘接口 • 8.2 CRT显示器接口 • 8.3 打印机接口 • 8.4 鼠标器接口

  3. 双键锁定:后释放者有效 N键轮回:所有键依顺序产生键码 行扫描:逐行扫描,由列线状态识别 线反转:行列颠倒两次扫描识别 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 • 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 本章首页

  4. 例：48键盘,8255A作接口,PA作行扫描口,PB读取列值例：48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 本章首页

  5. DATA SEGMENT DW n ;延时常数(使延时时间约20ms) DB ? ;存储按键的键号 ENDS … ;8255A初始化 MOV DX，303H MOV AL，82H OUT DX，AL ;检测是否有键按下 MOV DX，300H MOV AL,0 OUT DX,AL ;令所有行线为低电平 MOV DX,301H IN AL,DX ;读取列线值 CMP AL,0FFH JZ WAIT ;所有列线为高,无键按下 ;有键按下,延时去抖动 MOV CX,NUM LOOP DLY ;按键识别 MOV AH,0FEH ;行扫描码初值 MOV BL,4 ;行数 MOV BH,8 ;列数 MOV CL,0FFH ;键号初值设为－1 NUM BUF MOV DX,300H MOV AL,AH OUT DX,AL ;输出行扫描码 MOV DX,301H IN AL,DX ;读取列值 CMP AL,0FFH JNZ F_KEY ;找到按键,转去计算键号 ROL AH,1 ;修改扫描码 ADD CL,BH ;按键,使键号取该行末列的键号值 DEC BL JNZ NEXT ;未扫完,进入下一行扫描 JMP SCAN INC CL RCR AL,1 JC F_KEY MOV BUF,CL ;根据键号查找键盘编码表,获取与键功能对应的键码 DATA NEXT: SCAN: WAIT: F_KEY: DLY: KEY: 部分程序清单： 本章首页

  6. 输入:扫描键盘、扫描传感器、选通输入方式 输出:8段LED显示器接口,8个或16个,左(右)入口 • 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 BD: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) • 面向CPU的信号(15) • 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(FIFO RAM) D0～7、CS、RD、WRA0: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 • 可编程键盘/LED接口芯片8279 1）外部特性(40脚) 本章首页

  7. I/O控制操作 • I/O控制及数据缓冲器 CS WR RD A0 操作 • 控制与定时寄存器及定时控制 0 0 1 0 写显示RAM 0 0 1 1 写命令字 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 0 1 0 0 读FIFO RAM或显示RAM • 扫描计数器 0 1 0 1 读状态字 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) 2）内部结构及各部分功能 本章首页

  8. 显示RAM及显示地址寄存器 • 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FIFO RAM 传感器输入方式,RL0～7的状态直接送入传感器RAM(即FIFO RAM) 选通输入方式,在CNTL/STB的上升沿将RL0～7状态送入FIFO RAM 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。 • FIFO/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(FIFO RAM);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 FIFO RAM的状态寄存器:键盘输入方式或选通输入方式,寄存FIFO RAM的工作状态,FIFO RAM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 输出端与显示单元中各位的对应关系： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 OUTA3 OUTA2 OUTA1 OUTA0 OUTB3 OUTB2 OUTB1 OUTB0 本章首页

  9. 最多88键盘,扩充后可达644键定义 键盘数据格式 CNTL SHIFT 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FIFO RAM,并产生IRQ(数据读出后撤除) • 传感器扫描:FIFO RAM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FIFO RAM • 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) • 设置分频系数 • 设置工作方式 00:键盘,双键锁定 01:键盘,N键轮回10:传感器扫描 11:选通输入 0:编码扫描 1:译码扫描 00:8字符,左入口 01:16字符,左入口10:8字符,右入口11:16字符,右入口 分频目的:得到100KHz的基本工作时钟 本章首页

  10. CD2=1或CA=1有效 • 设置读显示RAM的地址 • 设置读FIFO/传感器RAM的地址 0:读出后地址不变 1:每次读出地址自动加1 0:读出后地址不变 1:每次读出地址自动加1 键盘方式无效,写0 • 禁写显示RAM/消隐命令 • 设置写显示RAM的地址 0:写入后地址不变 1:每次写入地址自动加1 1:相应显示RAM禁止写入 • 清除命令 • 结束中断/设置错误方式 键盘N键轮回方式,发现多键同时按下,置状态位S/E,产生中断并阻止写入FIFO RAM 0:全部清0 10:置成20H 11:置成全1 置空FIFO RAM 并复位IRQ 清除FIFO RAM及显示RAM 本章首页

  11. 数据段各单元定义 DATA SEGMENT ;依次存储0～F及小数点的共阴极段码 DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH DB 07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH DB 79H,71H,80H ;显示字符存储区 DB 00H,03H,10H,01H,02H,10H,02H,05H DB ？ ENDS SEGTAB 反相 驱动器 DISPMEM KEY_DATA DATA 6）8279芯片应用举例 5）状态字(指示FIFO RAM中字符数及是否有错误) 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 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FIFO RAM写时置1 U:不足标志,从已空的FIFO RAM读时置1 N2N1N0:FIFO RAM中字符的个数 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 本章首页

  12. 程序段 ; 字形码送入显示RAM LEA SI,DISPMEM＋7;指向最右端字符 MOV BH,0 ;查表位移量高位清0 MOV CX,8 ;字符个数 MOV DX,0FFFAH MOV AL,00H OUT DX,AL ;显示方式:8字符,左入口 MOV AL,39H OUT DX,AL ;分频系数=25 MOV AL,90H OUT DX,AL ;写显示RAM首址0,自动递增 MOV DX,0FFF8H MOV BL,[SI] ;取字符值,作查表位移量 MOV AL,SEGTAB[BX];取显示字符的字形码 OUT DX,AL ;字形码写入显示RAM DEC SI ;修改地址指针 LOOP NEXT ;查询是否有键按下,若有,将键盘数据存入内存 MOV DX,0FFFAH IN AL,DX AND AL,07H ;读FIFO RAM的状态字 JZ WAIT ;无键按下,继续检测 MOV AL,40H OUT DX,AL ;有键按下,设置读FIFO RAM MOV DX,0FFF8H IN AL,DX ;读取键盘数据 MOV KEY_DATA,AL ;存储键盘数据 NEXT: WAIT: • 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 本章首页

  13. 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 本章首页

  14. 8.2 CRT显示器接口 按功能分 单色彩色 按显示色彩分 字符终端图形终端 • 概述 CRT(Cathode Ray Tube,阴极射线管)显示器 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 • 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 • 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 本章首页

  15. ASCII码 线选地址 5×7点阵 输出码 RS2 RS1 RS0 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 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 5×7字符点阵 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 0 字符以点阵形式显示 NOTE： • 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) 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 本章首页

  16. CRT控制器:CRT接口的核心部件 • 主要功能 提供读显示RAM的扫描地址和屏幕显示的扫描地址 提供时序控制信号 • 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 水平同步、垂直同步、消隐信号 锁存器的锁存信号 移位寄存器的串行移位信号(打点时钟) 8.2 CRT显示器接口（续） 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 本章首页

  17. 8.3 打印机接口 • 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 本章首页

  18. 8.3 打印机接口（续） 8根数据信号线、2根握手联络信号线STROBE、ACK和1根状态线BUSY • 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 本章首页

  19. 数据/控制/状态 并行打印机 主机系统 36脚插座 25脚插座 并行接口 地址(A0～A9) 读/写 2）接口逻辑结构 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 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 3）IBM-PC打印机接口与打印机的连接 本章首页

  20. 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) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0    INTE SLCTIN INIT AUTOFDXT STOBE 无效 1:允许中断 1:选择输入 0:初始化 1:自动 走纸 1:选通 控制字格式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 BUSY ACK PE SLCT ERROR    0:忙 0:应答 1:无纸 1:选中 0:出错 无效 状态字格式 • 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(参考第7章) 2）不可编程的并行打印机接口设计 • 查询方式 • 硬件中断——8259A的IR7 • 软件中断——BIOS INT 17H 接口的驱动程序 本章首页

  21. 8.4 鼠标器接口 机械式:在基座凹处安装橡皮包裹的金属球 光电式:基座上装有发光二极管和光敏接收管 光机式:靠发光二极管和光传感器工作,对前两种取长补短 按测量位移部件的不同分 串口/并口一般用串口 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 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 本章首页

  22. 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 本章首页

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