第8章 输入输出设备

第8章 输入输出设备（时间：（时间：4学时）学时）n8.1.1 外围设备分类外围设备分类 n8.1.2 信息交换与代码与传送格式信息交换与代码与传送格式 n8.1.3 调用外围设备的层次调用外围设备的层次 1.输入设备输入设备2.输出设备输出设备3.外存储器外存储器4.终端设备终端设备5.其他广义外围设备其他广义外围设备2.设备驱动程序设备驱动程序 在操作系统中，包含若干个对常用外围设备的驱在操作系统中，包含若干个对常用外围设备的驱动程序。每个驱动程序又包含若干功能子程序，动程序。每个驱动程序又包含若干功能子程序，提供对该设备的操作功能，供用户选择。当用户提供对该设备的操作功能，供用户选择。当用户在编程中以软中断方式调用某个外围设备时，可在编程中以软中断方式调用某个外围设备时，可根据系统的技术手册，以中断号调用某个驱动程根据系统的技术手册，以中断号调用某个驱动程序，以功能编号指定所需的操作类型。由于机器序，以功能编号指定所需的操作类型。由于机器指令系统只能提供通用的基本操作功能，所以驱指令系统只能提供通用的基本操作功能，所以驱动程序往往以送出命令字或命令块动程序往往以送出命令字或命令块(多字节多字节)方式方式，向接口送出针对该设备的具体控制信息，并以，向接口送出针对该设备的具体控制信息，并以取回状态字的形式，判别操作结果与设备运行状取回状态字的形式，判别操作结果与设备运行状态。态。图图8-1 硬件扫描式键盘原理硬件扫描式键盘原理 通常有两种扫描方法，即逐行扫描法和行列扫描通常有两种扫描方法，即逐行扫描法和行列扫描法。下面分别介绍。法。下面分别介绍。1.逐行扫描法逐行扫描法 图图8-2是一种在单板机中广泛采用的键盘矩阵示意是一种在单板机中广泛采用的键盘矩阵示意。16个字键连接成个字键连接成4行行4列，列，4条列线分别通过条列线分别通过上拉电阻接上拉电阻接+5V电源，若没有行线的影响，则列电源，若没有行线的影响，则列线输出高电平。在执行键盘扫描程序时，线输出高电平。在执行键盘扫描程序时，CPU数数据输出送往行线，并将列线输出取回，判别按键据输出送往行线，并将列线输出取回，判别按键位置。位置。当有键按下时，键盘产生中断请求信号，当有键按下时，键盘产生中断请求信号，CPU响响应后执行键盘扫描子程序。在单板机监控程序中应后执行键盘扫描子程序。在单板机监控程序中，一般含有扫描子程序，其流程如图，一般含有扫描子程序，其流程如图8-3所示。所示。图图8-2 简易扫描键盘矩阵简易扫描键盘矩阵 图图8-3 逐行扫描法程序流程逐行扫描法程序流程 CPU通过数据线输出代码，送往行线。从第通过数据线输出代码，送往行线。从第0行行开始逐行为开始逐行为0，其余各行为，其余各行为1。将列线输出取回至。将列线输出取回至CPU，判别其中是否有一位为，判别其中是否有一位为0，是哪一位为，是哪一位为0。假定按下的键将第假定按下的键将第1行第行第1列接通，则当第列接通，则当第1行行行行线为线为0时，第时，第1列列线也为列列线也为0，其余各列线为，其余各列线为1。由。由此可知按键位置，得到位置码此可知按键位置，得到位置码(扫描码扫描码)，再查表，再查表转换为对应的转换为对应的ASCII码。在程序中可插入延时程码。在程序中可插入延时程序，以避开闭合初期的抖动阶段。该程序也可由序，以避开闭合初期的抖动阶段。该程序也可由专门的单片机负责执行。专门的单片机负责执行。2.行列扫描法行列扫描法下面以常用的下面以常用的IPM-PC键盘为例，说明一种通用键盘键盘为例，说明一种通用键盘结构、键盘接口及行列扫描法原理。结构、键盘接口及行列扫描法原理。IBM-PC的通用键盘采用电容式无触点式键，共的通用键盘采用电容式无触点式键，共83110键，连接为键，连接为16行行8列。采用单片机列。采用单片机Intel 8048进行控制，以行列扫描法获得按键扫描码。键进行控制，以行列扫描法获得按键扫描码。键盘通过电缆与主机板上的键盘接口相连。以串行方式盘通过电缆与主机板上的键盘接口相连。以串行方式将扫描码送往接口，由移位寄存器组装，然后向将扫描码送往接口，由移位寄存器组装，然后向CPU请求中断。请求中断。CPU以并行方式从接口中读取按键以并行方式从接口中读取按键扫描码，如图扫描码，如图8-4所示。图中，虚线左边是键盘逻辑所示。图中，虚线左边是键盘逻辑，右边是位于主机板上的接口逻辑。，右边是位于主机板上的接口逻辑。图图8-4 IBM-PC键盘与接口键盘与接口 单片机单片机8048的数据输出分送行译码器与列译码器，的数据输出分送行译码器与列译码器，可按行列扫描法对键盘矩阵扫描。矩阵输出经检测可按行列扫描法对键盘矩阵扫描。矩阵输出经检测器，可判别一组行线或一组列线中是否有器，可判别一组行线或一组列线中是否有1，检测，检测器输出送器输出送8048的检测端的检测端T1。行列扫描法的工作原理是：先逐列为行列扫描法的工作原理是：先逐列为1地步进扫描地步进扫描，由，由8048 T1端测试，是哪一列为端测试，是哪一列为1 RAM结构图。结构图。时行线输出为时行线输出为1，从而判明按键的列号；再逐行为，从而判明按键的列号；再逐行为1地步进扫描，判明按键的行号。地步进扫描，判明按键的行号。IBM-PC键盘的操键盘的操作过程大致如下。作过程大致如下。(1)初始化。初始化。(2)允许键盘工作。允许键盘工作。(3)扫描键盘。扫描键盘。(4)8048处理重键。处理重键。(5)传送扫描码。传送扫描码。(6)中断处理。中断处理。缓冲区的容量足以存放一个快速操作员每秒钟所按缓冲区的容量足以存放一个快速操作员每秒钟所按的键符。当系统或用户需要键盘输入时，可直接在的键符。当系统或用户需要键盘输入时，可直接在主程序中以软中断指令主程序中以软中断指令(即即INT 16H)的形式调用的形式调用BIOS的键盘的键盘I/O程序，从缓冲区中取走所需的字符程序，从缓冲区中取走所需的字符。显示器是计算机系统常用的输出设备。软件设计显示器是计算机系统常用的输出设备。软件设计与其执行效果往往以字符或图形的方式在屏幕上与其执行效果往往以字符或图形的方式在屏幕上显示出来，提供人们修改而不留下痕迹；人们也显示出来，提供人们修改而不留下痕迹；人们也很容易根据显示的内容，通过鼠标或键盘操作，很容易根据显示的内容，通过鼠标或键盘操作，随时控制和干预程序的执行。因此，显示设备是随时控制和干预程序的执行。因此，显示设备是较为理想的人较为理想的人-机通信工具，并且具有更强的编辑机通信工具，并且具有更强的编辑功能；其工作速度快，无机械噪声，灵活轻便。功能；其工作速度快，无机械噪声，灵活轻便。显示器屏幕上的字符、图形不能永久保留；一旦显示器屏幕上的字符、图形不能永久保留；一旦关机，屏幕上的信息就消失了。关机，屏幕上的信息就消失了。n8.3.1 显示器概述显示器概述 n8.3.2 显示方式与规格显示方式与规格 n8.3.3 光栅扫描成像原理光栅扫描成像原理 n8.3.4 屏幕显示与显示缓存间的对应关系屏幕显示与显示缓存间的对应关系 n8.3.5 屏幕显示的实现屏幕显示的实现 从目前情况来看，从目前情况来看，CRT显示器的清晰度与分辨率较高显示器的清晰度与分辨率较高，大多数显示终端仍以，大多数显示终端仍以CRT显示器为主。液晶显示器显示器为主。液晶显示器呈平板状，且易于微型化，广泛应用于便携式计算机呈平板状，且易于微型化，广泛应用于便携式计算机与各种数字显示仪表中。一个发光二极管可提供一个与各种数字显示仪表中。一个发光二极管可提供一个光点，由多个发光二极管可构成巨型显示屏幕，广泛光点，由多个发光二极管可构成巨型显示屏幕，广泛应用于机场、车站、商店的大屏幕显示。本书主要介应用于机场、车站、商店的大屏幕显示。本书主要介绍目前绍目前PC系统中普遍使用的系统中普遍使用的CRT显示器的组成和基显示器的组成和基本工作原理。本工作原理。表表8-2 CGA方式方式 表8-3 EGA新增的工作方式 表表8-4 MCGA增加的显示方式增加的显示方式 表8-5 VGA增加的显示方式 图图8-5 阴极射线管的结构阴极射线管的结构 图图8-6 彩色彩色CRT结构示意结构示意 图图8-7 光栅光栅-电子束的运动轨迹电子束的运动轨迹 图图8-8 锯齿波扫描电流锯齿波扫描电流 表表8-6 I、R、G、B与颜色的对应关系与颜色的对应关系 图图8-9 2513字符发生器逻辑框图字符发生器逻辑框图 图图8-10 58字符点阵图形与点阵代码字符点阵图形与点阵代码 图图8-11 字符显示的属性字节与属性代码字符显示的属性字节与属性代码 图图8-12 缓存地址与屏幕位置的关系缓存地址与屏幕位置的关系 图图8-13 同步计数器与屏幕扫描同步计数器与屏幕扫描 图图8-14 字符显示器的显示控制过程字符显示器的显示控制过程 图8-15 彩色CRT控制逻辑框 图图8-16 字符字符E的的57点阵格式点阵格式 图图8-17 针式打印机控制电路针式打印机控制电路 图图8-18 激光打印机的组成激光打印机的组成