《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課件第10章 人機(jī)接口技術(shù)

第10章人機(jī)接口技術(shù)10.1概述10.2鍵盤與鍵盤接口10.3鼠標(biāo)及接口10.4顯示器與顯卡10.5打印機(jī)接口技術(shù)10.6磁盤存儲器10.7光存儲器10.8網(wǎng)卡與調(diào)制解調(diào)器習(xí)題1010.1.1人機(jī)交互設(shè)備分類

1．輸入設(shè)備

輸入設(shè)備是人向計(jì)算機(jī)輸入信息的設(shè)備，按輸入信息的形態(tài)可分為字符(包括漢字)輸入、圖形輸入、圖像輸入及語音輸入等設(shè)備。常見的輸入設(shè)備有：(1)鍵盤。這是人向計(jì)算機(jī)輸入信息的最基本的設(shè)備，人們可以通過按鍵向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)字、字母、特定字符和命令。

10.1概述(2)鼠標(biāo)。鼠標(biāo)器是一種光標(biāo)指點(diǎn)設(shè)備，通過移動光標(biāo)進(jìn)行操作選擇以實(shí)現(xiàn)操作控制，在操作鼠標(biāo)器時(shí)，光標(biāo)可在屏幕的畫面上隨意移動，從畫面上的菜單中選擇命令或其他操作，具有操作直觀、簡單的特點(diǎn)，是圖形用戶界面下必備的操作工具。

(3)掃描儀。掃描儀是繼鍵盤和鼠標(biāo)之后的第三代計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，它是將各種形式的圖像信息輸入計(jì)算機(jī)的重要工具。

2．輸出設(shè)備

輸出設(shè)備是直接向人們提供計(jì)算機(jī)運(yùn)行結(jié)果的設(shè)備。常見的輸出設(shè)備有：

(1)顯示器。顯示器是將電信號轉(zhuǎn)換成視覺信號的一種裝置，可以以字符、圖形、圖像等方式顯示計(jì)算機(jī)處理信息的結(jié)果，它與鍵盤一起構(gòu)成最基本的人機(jī)對話環(huán)境。鍵盤輸入的命令和數(shù)據(jù)能立即在顯示器上顯示出來，計(jì)算機(jī)工作時(shí)的狀態(tài)信息和處理結(jié)果也由顯示器及時(shí)顯示出來。

(2)打印機(jī)。打印機(jī)將計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果以字符或圖形的形式印刷到紙上，便于人們閱讀和保存，是計(jì)算機(jī)最基本的輸出設(shè)備。

除上述常用的人機(jī)交互設(shè)備外，高檔微機(jī)系統(tǒng)中還有語音輸入/輸出設(shè)備、手寫聯(lián)機(jī)輸入設(shè)備等新型人機(jī)交互設(shè)備，可改善人機(jī)交互界面，促進(jìn)計(jì)算機(jī)在各領(lǐng)域中的普及與應(yīng)用。10.1.2人機(jī)接口的功能

人機(jī)接口是計(jì)算機(jī)同人機(jī)交互設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)目刂齐娐?。主機(jī)和外設(shè)之間進(jìn)行信息交換為什么一定要通過接口呢？這是因?yàn)橹鳈C(jī)和外設(shè)在信息形式和工作速度上具有很大的差異，接口正是為了解決這些差異而設(shè)置的。如圖10.1為常見的主機(jī)、人機(jī)接口、外設(shè)的連接示意圖。圖10.1接口與主機(jī)、外設(shè)間的連接示意圖

10.2.1非編碼鍵盤

1.非編碼鍵盤基本工作原理

1)線性鍵盤

線性鍵盤是最簡單的鍵盤，如圖10.2所示，其中，每一個(gè)鍵對應(yīng)I/O端口的一位，無鍵閉合時(shí)各位均處于高電平。當(dāng)有一個(gè)鍵按下時(shí)就使對應(yīng)位接地而成為低電平，而其他位仍為高電平。這樣，CPU只要通過端口檢測端口中哪一位為“0”，便可判別出對應(yīng)鍵已經(jīng)按下。這種鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，只在僅有幾個(gè)鍵的小鍵盤中使用。當(dāng)鍵盤上的鍵較多時(shí)，用這種方法設(shè)計(jì)鍵盤，占用端口太多。10.2鍵盤與鍵盤接口圖10.2線性鍵盤示意圖2)矩陣式鍵盤

通常用的鍵盤是矩陣式結(jié)構(gòu)，如圖12.3所示。如果有一M?×?N個(gè)鍵的鍵盤，若采用簡單鍵盤設(shè)計(jì)方法，則需要M?×?N位端口，而采用矩陣式結(jié)構(gòu)以后，便只要M+N位端口。圖12.3為一個(gè)8?×?8鍵盤，有64個(gè)鍵。只要用兩個(gè)8位I/O端口即可。圖10.3矩陣式鍵盤示意圖矩陣式鍵盤工作時(shí)，就是按照行線和列線上的電平來識別閉合鍵的。如果K7號鍵按下，則第0行線和第7列線接通而形成通路，如果第0行線接為零電位，則由于鍵K7的閉合，會使第7列線也輸出零電位。

識別矩陣式鍵盤閉合鍵的方法有兩種：行掃描法與行反轉(zhuǎn)法。其中采用行掃描法識別閉合鍵時(shí)，要求矩陣式鍵盤的行線和列線分別接在輸出和輸入端口。注意，圖10.3中行線接輸出端口，列線接輸入端口。行掃描法識別閉合鍵的原理是：先通過行端口輸出數(shù)據(jù)，使第0行接低電平，其余行為高電平：然后從列端口讀入列線狀態(tài)，檢查是否有列線為低電平。如果有某條列線變?yōu)榈碗娖剑瑒t表示第0行和此列線相交的位置上的鍵被按下。如果沒有任何一條列線為低電平，則說明第0行上沒有鍵被按下。然后，向下一行端口輸出數(shù)據(jù)，使該行為低電平，檢測列線，如此往下逐行掃描，直到最后一行。在掃描過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一行有鍵閉合時(shí)，用此時(shí)從行端口輸出的值和從列端口讀入的值合成鍵號，根據(jù)鍵號再判斷出是哪個(gè)鍵被按下了。在實(shí)際應(yīng)用中，為提高CPU的工作效率，一般先快速檢查鍵盤中有無鍵按下，如有鍵按下，再具體識別是哪一個(gè)鍵?？焖贆z查的方法是：先向行端口送出全“0”，使所有行同時(shí)接低電平。再檢查是否有列線也處于低電平。如果有列線為0，則表明有鍵按下，再用行掃描法來確定具體位置。矩陣式鍵盤識別流程如圖10.4所示。圖10.4行掃描法軟件流程圖

【例10-1】根據(jù)圖10.3的8?×?8鍵盤的硬件連接，利用行掃描法把閉合鍵的鍵值放入AX。

假設(shè)行端口和列端口分別接在8255的A端口和B端口，8255的端口地址分別為PA、PB、PC、PCTRL。程序如下：

CODE SEGMENT

MAIN PROC FAR

ASSUMECS：CODE

START： PUSH DS

XOR AX，AX

PUSH AX

MOV AL，82H ；設(shè)置8255工作方式，端口A、B為

MOV DX，PCTRL ；工作方式0，端口A為輸出端口，

OUT DX，AL ；端口B為輸入端口

MOV DX，PA

MOV AL，00H

OUT DX，AL ；使所有行線為0

MOV DX，PB

IN AL，DX ；讀入列值

CMP AL，0FFH

JZ X3 ；無鍵按下，則退出

MOV CL，0FEH ；設(shè)置行號

X0：MOV DX，PA

MOV AL，CL

OUT DX，AL ；使行號對應(yīng)的行線為0

MOV DX，PB

IN AL，DX

CMP AL，0FFH ；有無列線為0

JNZ X2 ；有，則保存鍵值

X1： SHL CL，1 ；沒有則掃描下一行

JC X0 ；8行全部掃描完?沒有則繼續(xù)掃描

JMP X3

X2： MOV AH，CL；鍵值送入AX

X3： RET

MAIN ENDP

CODE ENDS

END START2.行反轉(zhuǎn)法識別閉合鍵的原理

采用行反轉(zhuǎn)法識別閉合鍵時(shí)，要求矩陣式鍵盤的行線和列線分別接在可編程輸入與輸出端口。例如圖10.3中行線接可編程并行接口8255的A端口，列線接B端口。識別鍵時(shí)，先使行端口工作在輸出方式，列端口工作在輸入方式。然后使行端口輸出全“0”，再從列端口讀入列線數(shù)據(jù)(列值)，如有列線位為“0”，則表明有鍵按下。然后再使行端口作為輸入端口，列端口作為輸出端口，把剛才讀入的列值從列端口輸出，再從行端口讀入行值，把該數(shù)據(jù)和剛才從列端口讀入的列值合成鍵號，根據(jù)鍵號再判斷是哪行哪列的鍵被按下了?！纠?0-2】根據(jù)圖10.3的8?×?8鍵盤的硬件連接，利用行反轉(zhuǎn)法識別閉合鍵的鍵值。行端口和列端口分別接在8255的A端口和B端口。

8255的端口地址分別為PA、PB、PC、PCTRL。程序如下：

CODE SEGMENT

MAIN PROC FAR

ASSUME CS：CODE

START： PUSH DS

XOR AX，AX

PUSH AX

；設(shè)置8255工作方式，端口A、B為工作方式0

；端口A為輸出端口，端口B為輸入端口

MOV AL，82H

MOV DX，PCTRL

OUT DX，AL

MOV DX，PB

IN AL，DX

MOV BL，AL ；讀入并保存列值

CMP AL，0FFH ；有無列線為0

JZ X1 ；沒有則跳轉(zhuǎn)到X1

CALL DELAY ；延時(shí)

；設(shè)置8255工作方式，端口A、B為兩工作方式0

；端口A為輸入端口，端口B為輸出端口

MOV AL，90H

MOV DX，PCTRL

OUT DX，AL

MOV DX，PB

MOV AL，BL

OUT DX，AL ；輸出讀入的列值

MOV DX，PA

IN AL，DX ；讀入行值

；鍵值送入AX，AH中為行值，AL中為列值

MOV AH，AL

MOV AL，BL

X1： RET

MAIN ENDP

CODE ENDS

END START

程序中CALLDELAY指令的作用是延時(shí)以消除鍵的抖動。由于鍵盤的結(jié)構(gòu)及操作員的操作，當(dāng)一個(gè)鍵被按下或釋放以后，鍵往往要閉合斷開幾次才能穩(wěn)定閉合或釋放，這段時(shí)間一般不大于10ms。對操作員來說極短，但對CPU來說很長，又可能引起識別出錯(cuò)。因此在識別鍵時(shí)必須去抖動?？梢杂糜布姆椒ㄈザ秳?，但軟件去抖動也非常容易，只要延時(shí)一段時(shí)間等抖動消失以后再讀入鍵碼，就可以消除抖動對識別鍵的影響。10.2.2編碼鍵盤接口

1.?微機(jī)鍵盤及接口技術(shù)

圖10.5為IBM-PC微機(jī)鍵盤及鍵盤與主機(jī)系統(tǒng)接口框圖。圖10.5IBM-PC微機(jī)鍵盤及鍵盤與主機(jī)系統(tǒng)接口框圖

圖10.5左側(cè)為IBM-PC編碼式鍵盤，它主要由單片微機(jī)和鍵盤矩陣構(gòu)成。單片計(jì)算機(jī)控制鍵盤的掃描和識別。鍵接通和斷開時(shí)，鍵盤單片微機(jī)根據(jù)鍵的位置發(fā)出兩個(gè)不同的掃描碼，掃描碼的最高位為“0”，表明鍵閉合；為“1”，表明鍵放開。在鍵被識別之后，鍵盤以串行通信方式把鍵的掃描碼而非ASCII碼送給微機(jī)系統(tǒng)。鍵盤緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)如下：

0040:001ABUFF_HEAD DW ? ；鍵盤緩沖區(qū)首地址

0040:001CBUFF_TAIL DW ? ；鍵盤緩沖區(qū)末地址

0040:001EKB_BUFFER DW 16 DUP(?) ；鍵盤緩沖區(qū)

0040:003EKB_BUFFR_END LABEL WORD2.鍵盤I/O程序設(shè)計(jì)

在IBM-PC機(jī)中，BIOS和DOS中斷提供了主機(jī)與鍵盤通訊的中斷功能調(diào)用。BIOS的INT16H提供了基本的鍵盤操作。DOS的INT21H也提供了鍵盤功能調(diào)用，它可以讀入單個(gè)字符，也可讀入字符串。BIOS和DOS提供的鍵盤功能調(diào)用見表10-1和表10-2。

表10-1BIOS鍵盤中斷調(diào)用(INT16H)表10-2DOS鍵盤中斷調(diào)用(INT21H)BIOSINT16H的02H功能能夠讀取狀態(tài)字節(jié)，狀態(tài)字節(jié)反映了Shift、Ctrl、Alt、NumLock、ScrollLock、CapsLock和Ins這些不具備ASCII碼的鍵的狀態(tài)。具體含義見圖10.6所示。圖10.6鍵盤狀態(tài)字節(jié)的格式

【例10-3】分別利用DOS和BIOS鍵盤中斷功能調(diào)用編程。要求：檢測功能鍵F1。如有F1鍵按下，則轉(zhuǎn)HELP執(zhí)行。

用BIOSINT16H中斷00號功能調(diào)用編程?；虿捎肈OS的INT21中斷07號功能調(diào)用編程。由于功能鍵沒有ASCII碼，在采用DOSINT21H鍵盤功能調(diào)用讀鍵盤輸入時(shí)，如果有功能鍵輸入，那么返回的字符碼都為00H。因此采用DOSINT21鍵盤功能調(diào)用讀功能鍵輸入時(shí)，必須進(jìn)行兩次DOS功能調(diào)用。第一次回送00，第二次回送掃描碼。

程序代碼如下：

X0： MOV AH，07

INT 21H ；等待鍵盤輸入

CMP AL,0 ；是否為功能鍵

JNE X0 ；不是，繼續(xù)等待

FKEY： MOV AH,07H

INT 21H

CMP AL,3BH ；是F1?

JNE X0 ；不是，繼續(xù)等待

HELP：

…10.3鼠標(biāo)及鼠標(biāo)接口

微型計(jì)算機(jī)上常使用兩鍵或三鍵鼠標(biāo)。按接口分類，鼠標(biāo)可分為MS串行鼠標(biāo)、PS/2鼠標(biāo)、總線鼠標(biāo)和USB鼠標(biāo)。1．MS串行鼠標(biāo)接口MS串行鼠標(biāo)是通過RS-232C與微型計(jì)算機(jī)相連的，一般將DB-9的9針接口連到微型計(jì)算機(jī)的COM1或COM2端口上。MS串行鼠標(biāo)不需要專門的電源線，直接使用RS-232C串行通信接口線路中的RTS作為驅(qū)動信號，SGND作為信號地，TxD發(fā)送數(shù)據(jù)，DTR作為主機(jī)的回答信號，如圖10.7所示。MS串行鼠標(biāo)的串行通信參數(shù)為：1位起始位，7位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗(yàn)位，以1200或2400bps的速率發(fā)送數(shù)據(jù)。圖10.7MS串行鼠標(biāo)器接口示意圖2．PS/2鼠標(biāo)接口PS/2鼠標(biāo)接口如圖10.8所示。在連接器中，只有4個(gè)有效的引腳：GND、+5V、data、clock。其中，+5V是由主機(jī)提供給外設(shè)的電源，data和clock都是具有集電極開路性質(zhì)的雙向信號線，每個(gè)信號線在外設(shè)及主機(jī)端都有一個(gè)上拉電阻。信號線的這種性質(zhì)使得外設(shè)、主機(jī)和數(shù)據(jù)線處于高電平狀態(tài)(+5v)，但它們可以很容易地被主機(jī)或外設(shè)拉成低電平(OV)。圖10.8PS/2鼠標(biāo)器接口示意圖MS串行鼠標(biāo)器采用RS-232C邏輯電平標(biāo)準(zhǔn)，即邏輯高電平“1”為-3～-15V，邏輯低電平“0”為+3～+15V。PS/2鼠標(biāo)器采用TTL標(biāo)準(zhǔn)，即邏輯高電平“1”為5V，邏輯低電平“0”為0V。

顯示器主要用來顯示輸出字符、圖形與圖像等，顯示設(shè)備由顯示器和顯卡組成。

1.?CRT顯示器

CRT顯示器就是陰極射線管。陰極射線管由陰極、柵極、加速極和聚焦極以及熒光屏組成。陰極用來發(fā)射電子，所以，陰極也叫電子槍。陰極發(fā)射的電子在柵極、加速極、聚焦極和第二陽極產(chǎn)生的電場的作用下，形成具有一定能量的電子束，射到熒光屏上熒光粉使其發(fā)光產(chǎn)生亮點(diǎn)，從而達(dá)到顯示的目的(目前已經(jīng)逐步淘汰）。

10.4顯示器與顯卡2.液晶顯示器

液晶的物理特性是：通電時(shí)導(dǎo)通，排列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時(shí)排列混亂，阻止光線通過。依此原理，可制成液晶顯示器（LCD,liquidcrystaldisplay）。按照物理結(jié)構(gòu)，LCD可分為雙掃描無源陣列顯示器和薄膜晶體管有源陣列顯示器。

雙掃描無源陣列（DSTN）是液晶的一種。雖然這種液晶體所構(gòu)成的液晶顯示器對比度和亮度較差，可視角度小，色彩欠豐富，但是它結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉。

薄膜晶體管（TFT）顯示器是指液晶顯示器上的每個(gè)液晶像素點(diǎn)都由集成在其后的薄膜晶體管來驅(qū)動。

與DSTNLCD相比，TFTLCD具有屏幕反應(yīng)速度快、對比度和亮度高、可視角度大、色彩豐富等特點(diǎn)，克服了DSTNLCD固有的許多缺點(diǎn)，是當(dāng)前的主流顯示設(shè)備。液晶顯示器的主要參數(shù)如下：(1)可視角度

可視角度大。視角度可達(dá)左右80°。(2)亮度TFTLCD的可接受亮度為150cd/m2以上。目前，國內(nèi)能見到的TFTLCD亮度都在200cd/m2以上。

(3)響應(yīng)時(shí)間

響應(yīng)時(shí)間越短越好。響應(yīng)時(shí)間短，則使用者在看運(yùn)動畫面時(shí)，不會出現(xiàn)尾影拖曳的感覺。(4)顯示色數(shù)

幾乎所有15英寸LCD都只能顯示高彩（218種顏色），因此許多廠商使用了所謂的FRC（frameratecontrol）技術(shù)，利用仿真的方式來表現(xiàn)全彩的畫面。2．顯卡

顯卡的全稱是顯示接口卡(videocard或graphicscard)，又稱為顯示適配器(videoadapter)，是計(jì)算機(jī)最基本組成部分之一。顯卡的作用是將計(jì)算機(jī)所需要的顯示信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換驅(qū)動，并向顯示器提供行掃描信號，控制顯示器的正確顯示。顯卡是連接顯示器和計(jì)算機(jī)主板的重要部件。(1)顯卡的結(jié)構(gòu)

顯卡由圖形處理器（GPU，graphicprocessingunit）、顯存、顯卡BIOS和隨機(jī)讀／寫存儲模數(shù)轉(zhuǎn)換器（RAMDAC）4部分組成。①圖形處理器(GPU)GPU是顯卡的核心部件，使顯卡減少了對CPU的依賴。②顯存

顯存是顯示內(nèi)存的簡稱，是顯卡的重要組成部分，其主要功能是用來存儲要處理圖形的數(shù)據(jù)信息。減少CUP對內(nèi)存讀取的次數(shù)。③隨機(jī)讀/寫存儲數(shù)模轉(zhuǎn)換器(RAMDAC)RAMDAC的作用就是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，使顯示器能夠顯示圖像。RAMDAC兩個(gè)指標(biāo)：顯卡的刷新頻率和轉(zhuǎn)換速率以MHz表示，它決定工作速度和高分辨率時(shí)的畫面質(zhì)量越好。④顯卡BIOS

顯卡BIOS主要用于存放顯示芯片與驅(qū)動程序之間的控制程序，通過顯示BIOS內(nèi)的一段控制程序，將這些信息反饋到屏幕上。(2)顯卡的工作原理數(shù)據(jù)從CPU到達(dá)顯示屏，需要經(jīng)過以下4個(gè)步驟。①從數(shù)據(jù)總線傳送至微機(jī)北橋電路，再傳送至圖形處理器GPU，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。②將處理完的數(shù)據(jù)傳送至顯卡芯片組(videochipset)，進(jìn)入顯存。③從顯存讀取數(shù)據(jù)送至RAMDAC，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（數(shù)字信號轉(zhuǎn)成模擬信號）。④將RAMDAC轉(zhuǎn)換后的模擬信號送至顯示器，在顯示屏上顯示。(3)顯卡的分類

顯卡有集成顯卡和獨(dú)立顯卡兩類。①集成顯卡

集成顯卡是將顯示芯片、顯存及其相關(guān)電路都集成在主板上，與主板融為一體。其優(yōu)點(diǎn)是功耗低、發(fā)熱量小，不用花費(fèi)額外的資金購買顯卡。缺點(diǎn)是不能單獨(dú)更換，只能與主板、CPU一同更換。②獨(dú)立顯卡

獨(dú)立顯卡是指將顯示芯片、顯存及其相關(guān)電路單獨(dú)做在一塊電路板上，自成一體而作為一塊獨(dú)立的板卡存在，它需要占用主板的擴(kuò)展插槽(ISA、PCI、AGP或PCI-E)。其優(yōu)點(diǎn)是不占用系統(tǒng)內(nèi)存，在技術(shù)上也較集成顯卡先進(jìn)得多，能夠得到更好的顯示效果和性能，容易進(jìn)行顯卡的硬件升級。缺點(diǎn)是系統(tǒng)功耗加大，發(fā)熱量也較大，需要額外花費(fèi)購買顯卡的資金。(4)顯卡接口

顯卡接口是指顯卡與主板連接所采用的接口類型。顯卡的接口決定著顯卡與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲髱挘簿褪撬查g所能傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量。不同的接口性能不同。

目前，各種3D游戲和軟件對顯卡的要求越來越高，主板和顯卡之間需要交換的數(shù)據(jù)量也越來越大。顯卡發(fā)展至今，主要出現(xiàn)過ISA、PCI、AGP、PCIExpress等幾種接口，所能提供的數(shù)據(jù)帶寬逐漸增大。其中．2004年推出的PCIExpress接口已經(jīng)成為主流，它解決了顯卡與系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，而ISA、PCI接口的顯卡已經(jīng)基本被淘汰。3.LED數(shù)字顯示技術(shù)

1.?LED的工作原理

發(fā)光二極管簡稱為LED(LightEmittingDiode)，它是一種應(yīng)用很普遍的顯示器件，LED數(shù)碼管是由七段發(fā)光二極管組成的，如圖10.9(a)所示，這七段發(fā)光管分別稱為a、b、c、d、e、f、g，有的產(chǎn)品還附帶有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)DP。通過7個(gè)發(fā)光段的不同組合，可以顯示0～9和A～F共16個(gè)字母數(shù)字及其他特殊字符。如當(dāng)a、b、c段亮，則顯示7；當(dāng)a、b、c、d、e、g段亮，顯示d。

LED可以分為共陽極和共陰極兩種結(jié)構(gòu)，如圖10.9(b)、(c)所示。

圖10.9(b)為共陽極結(jié)構(gòu)，數(shù)碼顯示端輸入低電平有效，當(dāng)某一段得到低電平時(shí)，便發(fā)光，例如，當(dāng)a、b、g、e、d為低電平，而其他段為高電平時(shí)，則顯示數(shù)字“2”。

圖10.9(c)為共陰極結(jié)構(gòu)，數(shù)碼顯示端輸入高電平有效，當(dāng)某段處于高電平時(shí)便發(fā)光。圖10.9七段發(fā)光數(shù)碼管2.?LED顯示器接口

圖10.10是采用并行接口8255A的LED顯示器接口電路。CPU通過8255A的I/O端口向LED顯示器傳輸七段碼。圖10.10采用8255并行接口的LED接口示意圖

為了在LED上顯示數(shù)據(jù)，首先必須把顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為LED的7位顯示代碼，要實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換可以采用兩種方法：一是采用專用芯片，即采用專用的帶驅(qū)動器的LED段譯碼器，比如CD4511，可以實(shí)現(xiàn)對BCD碼的譯碼，但不能對大于9的二進(jìn)制數(shù)譯碼。CD4511有4位顯示數(shù)據(jù)輸入，7位顯示段輸出，3位控制信號輸入。使用時(shí)，只要將CD4511的輸入端與主機(jī)系統(tǒng)輸出端口的某4個(gè)數(shù)據(jù)位相連，而CD4511的7位的輸出直接與LED的a～g相接，便可實(shí)現(xiàn)對1位BCD碼的顯示。具體電路如圖10.11所示。圖10.11采用CD4511的LED顯示電路

另一種常用的辦法是軟件譯碼法。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)硬件在數(shù)據(jù)段定義0～F共16個(gè)數(shù)字(也可以為0～9或其他符號)的顯示代碼表，在程序中利用XLAT指令進(jìn)行軟件譯碼。假設(shè)用一位共陽極LED來顯示數(shù)據(jù)，顯示數(shù)字‘0’時(shí)，a、b、c、d、e、f六段發(fā)光，故連接a、b、c、d、e、f段的信號應(yīng)為低電平，而其他段不發(fā)光，即為高電平。如果a、b、c、d、e、f、g分別與D0，…，D6數(shù)據(jù)信號線相連，那么數(shù)字‘0’的顯示代碼為11000000B。依此類推，可以得出其他數(shù)字或符號的顯示代碼。0～F的顯示代碼表就可以按0～F的順序定義如下：

DISPCODE DB 0COH，0F9H，…06H，0EH；

利用8086的換碼指令XLAT，可方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)字到顯示代碼的譯碼。

假設(shè)要顯示的數(shù)據(jù)存放在BL的低四位中，利用下面幾條指令就可實(shí)現(xiàn)軟件譯碼。

MOV AL，BL ；把要顯示的數(shù)據(jù)送入AL

AND AL，0FH ；屏蔽無用位

LEA BX，DISPCODE ；顯示代碼表的首地址送BX

XLAT ；換碼，相應(yīng)的顯示代碼即被存入AL多位LED系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)實(shí)例：多位LED系統(tǒng)的硬件連接如圖10.12所示。LED軟件控制流程如圖10.13所示，程序設(shè)計(jì)如下。圖10.12多位LED顯示系統(tǒng)硬件連接圖

圖10.13多位LED顯示流程圖

假設(shè)8255的端口地址為PA、PB、PC、PCTRL，程序如下：

DATA SEGMENT

DISP DB 0C0H，0P9H，0A6H，0B0H

DB 99H，92H，82H，0F8H，0FPH，90H

DB 0BFH

DATA DB 9，9，10，8，10，2，0

DATA ENDS

STACK SEGMENT

STK DB 256 DUP(?)

STACK ENDS

CODE SEGMENT

MAIN PROC FAR

ASSUMECS:CODE,DS:DATA,SS:STACK

START： PUSH DS

XOR AX，AX

PUSH AX

MOV AX，DATA

MOV DS，AX

MOV AX，STACK

MOV SS，AX

MOV DX，PCTRL；設(shè)置8255工作方式

；PA、PB端口工作方式為0，輸出

MOV AL，80H

OUT DX，AL

MOV DX，PB

MOV AL，00 ；關(guān)顯示

OUT DX，ALX0： LEA SI，DATA

MOV CH，08

MOV CL，01H

LEA BX，DISP

X1： MOV AL，[SI]

XLAT

MOV DX，PA ；取顯示數(shù)據(jù)，換碼，送顯示碼

OUT DX，AL

MOV AL，CL ；點(diǎn)亮LED

MOV DX，PB

OUT DX，AL

CALL DELAY0 ；延時(shí)

MOV AL，00 ；關(guān)LED

OUT DX，AL

CALL DELAY1 ；延時(shí)

SHL CL，1 ；指向下一位LED

INC SI ；指向下一個(gè)顯示數(shù)據(jù)

DEC CH ；8位LED都顯示完?

JNZ X1 ；顯示下一位LED

JMP X0 ；重新從第一位LED開始顯示

RET

MAIN ENDP

CODE ENDS

END START

10.5打印機(jī)及接口技術(shù)10.5.1打印機(jī)的基本工作原理

1.擊打式打印機(jī)基本工作原理

擊打式點(diǎn)陣式打印機(jī)通過打印頭中的若干根打印針打印出字符。一個(gè)打印頭通常有7、9、16或24根打印針。這些打印針在垂直方向上排成一排或兩排，當(dāng)載有打印頭的小車從左往右運(yùn)動時(shí)，由線圈和銜鐵組成的驅(qū)動電路根據(jù)打印信息驅(qū)動打印針撞擊打印色帶和打印紙，從而打出一行字符。

2.非擊打式打印機(jī)基本工作原理

非擊打式打印機(jī)包括激光打印機(jī)、噴墨打印機(jī)、熱敏打印機(jī)、熱升華打印機(jī)等。常用的是激光打印機(jī)和噴墨打印機(jī)。

激光打印機(jī)采用電子印刷技術(shù)，利用激光根據(jù)打印信息在光導(dǎo)鼓上產(chǎn)生由靜電荷形成的潛像，光導(dǎo)鼓經(jīng)過放有與潛像極性相反的墨粉盒時(shí)，墨粉就會被形成潛像的靜電荷區(qū)吸引，形成墨粉可見像。然后靠靜電吸引力或機(jī)械壓力轉(zhuǎn)印到普通紙上。噴墨打印機(jī)根據(jù)其墨水滴形成、控制墨水滴偏轉(zhuǎn)的方式不同，有多種形式打印。下面以電荷控制式噴墨打印機(jī)說明其工作原理。噴墨打印機(jī)在打印時(shí)，被充電極充電的墨水在墨水泵的高壓作用下進(jìn)入噴嘴，通過噴嘴形成一束極細(xì)的高速射流，射流通過高頻振蕩器斷裂成連續(xù)均勻的墨水滴流，經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電極產(chǎn)生的磁場時(shí)墨水滴流產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，然后落在紙上，形成一點(diǎn)。墨水滴在紙上的位置(上下)與墨水滴所帶電荷有關(guān)。10.5.2打印機(jī)適配器

IBM-PC/XT系統(tǒng)可以配置兩種打印機(jī)適配板驅(qū)動點(diǎn)陣式打印機(jī)。一種是獨(dú)立的并行打印機(jī)適配板，用這種適配板時(shí)，主機(jī)通過端口378H～37AH和打印機(jī)進(jìn)行通信；另一種是和單色顯示器適配電路組合在一起的單色顯示器/并行打印機(jī)適配器，用這種適配器時(shí)，主機(jī)和打印機(jī)的通信端口地址為3BCH～3BEH。這兩種適配器有關(guān)打印機(jī)的適配電路以及和打印機(jī)的連線都是相同的，兩者的差別僅在于端口地址不同。下面針對前一種打印機(jī)適配器進(jìn)行說明。

打印機(jī)適配器的邏輯結(jié)構(gòu)比較簡單，如圖10.14所示。命令譯碼器根據(jù)CPU送來的信號在適配器內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號。數(shù)據(jù)鎖存器用來暫存CPU送來的打印數(shù)據(jù)，并送往打印機(jī)打印，同時(shí)又把打印數(shù)據(jù)回送到總線緩沖器1，供CPU在必要時(shí)讀取?？刂奇i存器用來鎖存控制命令，而控制驅(qū)動器則根據(jù)控制命令的內(nèi)容產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動信號送到打印機(jī)，同時(shí)也送到總線緩沖器2，供CPU讀取。狀態(tài)寄存器用來暫存來自打印機(jī)的狀態(tài)信息。圖10.14打印機(jī)適配器的邏輯框圖 10.6磁盤存儲器

10.6.1磁盤記錄原理

1.磁表面存儲的基本原理

任何一個(gè)磁記錄過程都可以看成是一個(gè)電磁轉(zhuǎn)換的過程，這個(gè)過程是通過磁頭和與其作相對運(yùn)動的磁記錄介質(zhì)(或稱為媒體)的相互作用來實(shí)現(xiàn)的。如圖10.15所示。圖10.15磁記錄原理示意圖

其中，磁頭是由鐵芯和鐵芯上的線圈等組成。鐵芯的下方，靠近記錄介質(zhì)的地方開有很窄的一條縫隙，稱為前隙。磁性記錄介質(zhì)涂敷在非磁性襯底上。當(dāng)磁頭線圈中通以電流時(shí)，就在鐵芯及前隙附近空氣中產(chǎn)生磁場，使磁頭下方的磁性記錄介質(zhì)被磁化。磁化狀態(tài)隨電流的變化而變化。這樣，電流所代表的信息(可以是聲音、圖像，數(shù)碼等)，就通過磁性介質(zhì)永久地保存下來。當(dāng)需要將這些信息再現(xiàn)時(shí)，介質(zhì)上已記錄信息的磁化單元在磁頭下運(yùn)動，使通過磁頭線圈中的磁通發(fā)生變化。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，它可使線圈中感應(yīng)出電動勢并轉(zhuǎn)化成電流。再經(jīng)一系列變換，則可還原為原來輸入的信息(如聲音、圖像、數(shù)碼等)。

根據(jù)記錄信號的不同，磁記錄可分為模擬磁記錄和數(shù)字磁記錄兩種。

(1)模擬磁記錄：被記錄的信號是連續(xù)的模擬信號，記錄介質(zhì)上留下的是連續(xù)的正弦波磁化分布。

(2)數(shù)字磁記錄：被記錄的信號是脈沖信號，記錄介質(zhì)上留下的是一連串等距或不等距的飽和磁化翻轉(zhuǎn)。這種磁記錄主要要求磁化翻轉(zhuǎn)快、讀出可靠、重寫性好等，多用于計(jì)算機(jī)外存儲設(shè)備中的數(shù)字信號記錄。

2.數(shù)字磁記錄編碼方式

在進(jìn)行數(shù)字磁記錄時(shí)，信息的寫入是一個(gè)電磁轉(zhuǎn)換過程。它將二進(jìn)制數(shù)據(jù)按特定規(guī)律轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的磁化反轉(zhuǎn)，這種規(guī)律稱為記錄編碼。記錄編碼對外存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)記錄密度、讀出可靠性和存儲速度有較大的影響。

主要的記錄編碼方式有：遇1就翻轉(zhuǎn)的不歸零制(NRZ1)、調(diào)頻制(FM)與改進(jìn)調(diào)頻制(MFM)和三單元調(diào)制碼等。有關(guān)編碼方式的具體內(nèi)容，本書不做詳細(xì)討論。10.6.2硬磁盤及接口技術(shù)

1.硬磁盤概述

硬磁盤是微機(jī)(PC)系統(tǒng)配置中必不可少的外存，其存儲容量大且存取速度高。傳統(tǒng)的軟盤驅(qū)動器中，讀寫磁頭與盤片接觸在一起，以便讀寫數(shù)據(jù)。在硬盤驅(qū)動器中，磁頭和盤片是非接觸式的。主軸驅(qū)動系統(tǒng)使盤片高速旋轉(zhuǎn)，通常達(dá)3600～10000r/min，從而在盤片表面產(chǎn)生一層氣墊，磁頭便浮在這層氣墊上。磁頭與盤片間具有pm級的空隙。值得注意的是，硬盤在各項(xiàng)指標(biāo)上都高于軟盤，其技術(shù)發(fā)展也更加迅速。

通常硬盤適配器提供兩種最常用的接口總線標(biāo)準(zhǔn)：一種是IDE集成驅(qū)動器電子接口；另一種是SCSI小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口。這兩種標(biāo)準(zhǔn)總線接口在不斷地升級，以適應(yīng)發(fā)展的需要。硬磁盤驅(qū)動器同樣也配有上述總線接口。這樣在電纜連接上就十分方便。驅(qū)動器同樣由三大功能系統(tǒng)組成，只是在性能上比軟盤驅(qū)動器要高得多。

磁盤存儲技術(shù)發(fā)展非常迅速。讀者可以看到，配有160~250GB硬磁盤的PC機(jī)，其價(jià)格還是很便宜的，而在幾年前還是很昂貴的。目前微機(jī)標(biāo)配的硬盤容量都基本在1TB以上。

2.硬磁盤驅(qū)動器的組成結(jié)構(gòu)及工作原理

圖10.16為硬磁盤驅(qū)動器(以下簡稱HDD)的組成結(jié)構(gòu)示意圖。它主要由磁頭定位系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、控制及讀寫電路組成。圖10.16硬盤驅(qū)動器邏輯結(jié)構(gòu)框圖

3.硬盤控制器

與軟盤控制器相同，硬盤控制器是HDD與CPU之間的接口。隨著磁記錄技術(shù)和集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，目前的HDD已部分包括了以前的硬盤控制器的功能。因此硬盤控制器與HDD的劃分方法很多。

無論何種分法，作為硬盤控制器，通常應(yīng)該具備以下主要功能：

(1)接收主機(jī)CPU的命令，并對命令進(jìn)行譯碼，以產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，控制I-IDD完成相應(yīng)的操作。

(2)向CPU提供命令執(zhí)行結(jié)果及各種狀態(tài)信息。

(3)完成主機(jī)與HDD間的DMA數(shù)據(jù)傳輸。

1)硬盤控制器與CPU的接口

硬盤控制器中的I/O接口控制邏輯，實(shí)現(xiàn)硬盤控制器與CPU的連接及信息的傳遞，除地址線及數(shù)據(jù)線以外，接口中還用到了其他一些控制及狀態(tài)信號線，這里不一一列出。

2)硬盤控制器與HDD的接口

在早期的HDD產(chǎn)品中，硬盤控制器與HDD的接口標(biāo)準(zhǔn)采用的是ST506/412，而后又采用了ESDI、IDE、SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)。采用ST506/412標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品已淘汰，而ESDI用得很少。目前普遍采用的是SCSI和IDE標(biāo)準(zhǔn)。

SCSI標(biāo)準(zhǔn)是一種系統(tǒng)級的標(biāo)準(zhǔn)通用接口標(biāo)準(zhǔn)。但它主要用于磁盤與主機(jī)的信息交換，同時(shí)也用于CD-ROM、SCANNER、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體系統(tǒng)等。

目前硬盤控制器與HDD的接口標(biāo)準(zhǔn)大多采用IDE標(biāo)準(zhǔn)。IDE接口采用16位數(shù)據(jù)并行傳輸，工作速度快。以前的IDE接口標(biāo)準(zhǔn)只適用于容量在528MB以下的HDD。為克服這個(gè)限制，又提出了ATA-2、ATA-3.X及ATA-4.0等標(biāo)準(zhǔn)，即E-IDE(EnhancedIDE)標(biāo)準(zhǔn)。這些新標(biāo)準(zhǔn)不僅可以使IDE接口適應(yīng)大容量硬盤，而且進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。10.6.3磁盤輸入/輸出程序設(shè)計(jì)

磁盤操作系統(tǒng)中通過系統(tǒng)調(diào)用，提供了一組磁盤存取功能，利用這組功能，我們可以方便地進(jìn)行磁盤I/O程序設(shè)計(jì)。在DOS功能調(diào)用中，中斷25H和26H提供了按磁盤扇區(qū)號來絕對尋址的方法。在BIOS的功能調(diào)用中，中斷13H也提供按扇區(qū)號和磁道號來進(jìn)行讀寫操作的功能。

10.7光存儲器

1.光盤存儲器的類型

(1)?CD-ROM光盤。CD-ROM(CompactDiscReadOnlyMemory)，即只讀型光盤，又稱固定型光盤。它由生產(chǎn)廠家預(yù)先寫入數(shù)據(jù)和程序，使用時(shí)用戶只能讀出，不能修改或?qū)懭胄聝?nèi)容。

(2)?CD-R光盤。CD-R光盤采用WORM(WriteOnlyReadMany)標(biāo)準(zhǔn)，光盤(WORM)只能寫入一次數(shù)據(jù)，然后任意多次讀取數(shù)據(jù)，主要用于檔案存儲。

(3)?CD-RW光盤。CD-RW光盤也稱可擦寫光盤(E或R/W，亦即Erasable或Rewritable)，或稱可重寫光盤，像硬盤一樣可任意讀寫數(shù)據(jù)，主要用于開發(fā)系統(tǒng)及大型信息系統(tǒng)中。

(4)?DVD-ROM光盤。DVD代表通用數(shù)字光盤(DigitalVersatileDisc)，簡稱高容量CD。事實(shí)上，任何DVD-ROM光驅(qū)都是CD-ROM光驅(qū)，即這類光驅(qū)既能讀取CD光盤，也能讀取DVD光盤。DVD除了密度較高以外，其他技術(shù)與CD-ROM完全相同。

2.光盤存儲器的組成

光盤存儲器由光盤控制器和光盤驅(qū)動器及接口組成。

光盤控制器主要包括數(shù)據(jù)輸入緩沖器、記錄格式器、編碼器、讀出格式器、數(shù)據(jù)輸出緩沖器等部分。

光盤驅(qū)動器主要包括主軸電機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、光頭裝置及電路等。其中光頭裝置部分最復(fù)雜，是驅(qū)動器的關(guān)鍵部分。

3.?CD-R光盤的讀寫原理

CD-R光盤的寫入是利用聚焦成1

m左右的激光束的熱能，使記錄介質(zhì)表面的形狀發(fā)生永久性變化而完成的，所以只能寫入一次，不能擦除和改寫。

計(jì)算機(jī)送來的數(shù)據(jù)，先在光盤控制器內(nèi)調(diào)制成記錄序列，然后變成相應(yīng)的記錄脈沖信號。該脈沖信號在電流驅(qū)動電路內(nèi)變成電流，送到激光器。激光器以20mW左右的功率發(fā)光，并聚焦成1

m左右的微小光點(diǎn)，落在記錄介質(zhì)表面上，CD-R光盤上有一個(gè)有機(jī)染料刻錄層，激光可以對該層的一個(gè)微小的區(qū)域加熱，燒透染料層使其不透明，即打出一個(gè)微米級的凹坑。有凹坑代表寫入“1”，無凹坑代表寫入“0”。

讀出時(shí)，用比寫入功率低的激光束(約幾毫瓦)，連續(xù)照射在光盤上。由于有凹坑處的反射光弱，無凹坑處的反射光強(qiáng)，根據(jù)這一原理，當(dāng)激光照射到光盤后，由光檢測器將介質(zhì)表面反射率的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?jīng)過數(shù)據(jù)檢測、譯碼后送入到計(jì)算機(jī)中，即可讀出光盤上記錄的信息。由于讀出光束的功率僅是寫入光束功率的1/10，因此不會融出新的凹坑。

CD-R的盤片有金碟、綠碟、藍(lán)碟3種，它們主要因記錄層和反射層采用的材料不同而呈現(xiàn)出不同的顏色。

4.?CD-RW光盤的讀寫原理

CD-RW光盤是利用激光照射引起記錄介質(zhì)的可逆性物理變化來進(jìn)行讀寫的，光盤上有一個(gè)相位變化刻錄層，所以CD-RW光盤又稱為相變光盤。

相變光盤的讀寫原理是利用存儲介質(zhì)的晶態(tài)、非晶態(tài)可逆轉(zhuǎn)換，引起對入射激光束不同強(qiáng)度的反射(或折射)，形成信息一一對應(yīng)的關(guān)系。

寫入時(shí)，利用高功率的激光聚焦于記錄介質(zhì)表面的一個(gè)微小區(qū)域內(nèi)，使晶態(tài)在吸熱后至熔點(diǎn)，并在激光束離開瞬間驟冷轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)，信息即被寫入。

讀出時(shí)，由于晶態(tài)和非晶態(tài)對入射激光束存在不同的反射和折射率，利用已記錄信息區(qū)域的反射與周圍未發(fā)生晶態(tài)改變區(qū)域的反射之間存在著明顯反差的效應(yīng)，將所記錄的信息讀出。

擦除時(shí)，利用適當(dāng)波長和功率的激光作用于記錄信息點(diǎn)，使該點(diǎn)溫度介于材料的熔點(diǎn)和非晶態(tài)轉(zhuǎn)變溫度之間，使之產(chǎn)生重結(jié)晶而恢復(fù)到晶態(tài)，完成擦除功能。

5.主要技術(shù)指標(biāo)

從多媒體計(jì)算機(jī)來講，配置可以讀出激光唱盤和激光視盤的CD-ROM驅(qū)動器是首當(dāng)其沖的任務(wù)。針對光盤及其驅(qū)動器的選擇，這里給出它們的主要技術(shù)指標(biāo)。

(1)尺寸。標(biāo)準(zhǔn)的CD-ROM和CD-DA盤片的直徑均為120mm，中心裝卡孔為15mm，厚度為1.2mm。對于其他光盤而言，大到800cm小到30cm的都有。(2)存儲容量。不同存儲格式的CD-ROM光盤的容量略有不同，有580MB和680MB兩種，可以存放一個(gè)多小時(shí)的數(shù)字音樂或動態(tài)壓縮圖像。但也有很大的。例如，采用SD(超密度)技術(shù)的光盤，一張盤上的容量有數(shù)吉字節(jié)之多。

(3)數(shù)據(jù)傳輸速率。早期的CD-ROM驅(qū)動器的傳輸速率為150KB/s。很快出現(xiàn)了雙倍速的光盤驅(qū)動器，傳輸速率為150KB/s的兩倍，即300KB/s。經(jīng)過多年升級，光盤驅(qū)動器產(chǎn)品達(dá)到了紅色激光的極限速度56倍速。(4)緩沖器的大小。為了提高光盤驅(qū)動器的效率，光驅(qū)都配有緩沖區(qū)。緩沖區(qū)就是光盤驅(qū)動器中的RAM區(qū)。數(shù)據(jù)由光盤讀出后暫存于緩沖區(qū)中。緩沖區(qū)的大小直接影響到光驅(qū)的性能。原則上講，緩沖區(qū)的容量愈大愈好。一般有64KB、128KB、256KB，也有1MB或更大的緩沖區(qū)容量。

(5)平均存取時(shí)間。單速150KB/s光驅(qū)存取信息所需要的平均時(shí)間為350ms。四倍速光驅(qū)的平均存取時(shí)間大約在100～160ms。顯然，平均存取時(shí)間的減少意味光驅(qū)從CD-ROM光盤讀取的速度更快。因此，平均存取時(shí)間也是光驅(qū)的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。