070033《微机原理》第9章 人机交互设备及接口1

,第,9,章 人机交互设备及接口,第,9,章 键盘与鼠标接口,9.1,键盘概述,9.2,键盘的工作原理,9.3 PC,扩展键盘接口,9.4,键盘中断与键盘,I/O,9.5,鼠标接口,本章学习目标,l,键盘的类型及其工作原理,l,键盘控制电路的组成及工作原理,l,键盘接口电路的组成及工作原理,l,键盘的中断与,I/O,接口及中断服务,l,鼠标的类型和工作原理,l,鼠标接口电路,返回本章首页,9.1,键盘概述,9,.1.1,键盘的布局,9,.1.2,键盘的分类,返回本章首页,9.1.1,键盘的布局,图,5.1,键盘的键区组成,返回本节,9.1.2,键盘的分类,1,按键的形式分类,键盘按其按键的结构形式来分一般有机械式、电容式、电感式、磁感式、薄膜式和橡胶垫式等。其中最常用的是机械式和电容式键盘。其按键结构原理如图,5.2,所示。,图,9.2,键盘按键结构示意图,2,按插口方式分类,按照键盘插口方式，键盘可分为串口（,AT,）,键盘（大口）、并口（即,PS/2,）,键盘（小口）两类。其接口引脚及功能说明如图,5.3,所示。,图,9.3,键盘插座示意图及各引脚功能,3,按键盘编码方式分类,分为编码键盘和非编码键盘。,编码键盘是键盘电路在某个键被按下后，能提供该键所代表的信息代码，并以并行或串行信号输给,CPU,。,非编码键盘是一种便宜而广泛用于微机系统的输入设备。这种键盘内部有一个扫描电路，不断地扫描键盘是否有键被按下。此键所代表的键盘信息代码，则由键盘接口及键盘处理软件根据键盘送来的位置信息产生，然后再送给,CPU,。,返回本节,9.2,键盘的工作原理,9,.2.1,键盘电路的组成,9,.2.2,键盘的支持逻辑,9,.2.3,扫描码,9.2.4,键盘工作原理,返回本章首页,图,9.4,键盘矩阵结构示意图,9.2.1,键盘电路的组成,1,微处理器,2,译码器,3,键盘矩阵,图,9.5,为,AT,键盘控制器电路框图，其控制电路如图,5.6,所示。,图,9.5,键盘电路组成示意图,图,9.6,键盘控制电路,返回本节,9.2.2,键盘的支持逻辑,键盘的扫描主要包含四项任务：,1,扫描键盘,2,读取键盘,3,去除抖动,4,组成串行扫描码,（如图,5.7,所示）,图,9.7 “h”,键的键码,23,的串行数据,返回本节,9.2.3,扫描码,扫描码的结构一般分成四类：,（,1,）,ASCII,字符的扫描码即,ASCII,码,+,键码。,（,2,）扩充的,ASCII,字符的扫描码即,00+,扩充,ASCII,码。,（,3,）袖珍键盘即,ASCII,码,+,键码或,ASCII,码,+E0,。,（,4,）,增加键即,E0+,键码，若与袖珍键重复的键则为,00+,键码。,键,的动作扫描码信息也分为,4,种情况：,（,1,）接通码：,0+,扫描码。,（,2,）断开码：,XT,键盘的情况为,1+,扫描码。,AT,键盘的情况为：,F0+,扫描码。,（,3,）组合键扫描码：,F0+,键,Ctrl/Alt/Shift,的扫描码,+,正常键的接通码。,（,4,）重复动作码：,F0+,接通码,+,接通码,+,（除了,Pause,键）。,返回本节,键盘扫描码的发送完全按串行异步通信格式进行，其格式如下：,9.2.4,键盘工作原理,键盘扫描码的发送完全按串行异步通信格式进行，其格式如下：,图,9.8 8048,和键盘接口的连接图,返回本节,9.3 PC,扩展键盘接口,9,.3.1,扩展键盘接口的功能,9,.3.2,键盘接口工作原理及其编程控制,返回本章首页,9.3.1,扩展键盘接口的功能,1,8042,芯片的引脚定义,（如图,5.9,、,表,5.1,所示）,2,键盘接口电路连接及接口信号,（,如图,5.10,所示）,（,1,）主机系统的接口信号,（,2,）键盘的接口信号,图,9.9 Intel 8042,外形结构图,表,9.1 Intel 8042,各引脚功能表,表,9.1 Intel 8042,各引脚功能表续表,图,5.10,键盘控制器接口逻辑电路,3,键盘接口的功能,（,1,）接收键盘输出的键盘扫描码,（,2,）缓冲器满产生键盘中断,（,3,）提供键盘中断程序读取系统扫描码,（,4,）对键盘数据进行正确性检查,（,5,）向键盘传送命令并等待接收键盘响应,（,6,）通过键盘锁定开关封锁按键的扫描码,（,7,）接受一些硬件配置开关状态,（,8,）控制系统复位动作,（,9,）选通地址线,A20,返回本节,9.3.2,键盘接口工作原理及其编程控制,（,8042,作为键盘接口控制器，其内部功能如图,5.11,所示）。,1,端口寄存器及其作用,各个端口寄存器的作用如下：,状态寄存器：是一个,8,位寄存器，它包含有键盘控制器和接口方面的信息，它在任何时候均可被,CPU,读取。,输出缓冲器：其,I/O,端口地址为,060H,，,是一个,8,位的只读寄存器。键盘控制器通过输出缓冲器向系统传送由键盘送来的扫描码和命令响应。输入缓冲器：其,I/O,端口地址为,060H,或,064H,，,输入缓冲器也是一个,8,位的只读寄存器，当,CPU,对地址,060H,进行写入时设置一个标志，表示写入一个数据；对地址,064H,写入时设置一个标志，表示写入一个命令。,图,5.11,键盘接口功能框图,表,9.2 8042,寄存器端口分配及读写控制表,表,9.3,键盘控制器命令,2,键盘控制命令,表,9.4,键盘命令列表,返回本节,9.4,键盘中断与键盘,I/O,5.4.1 BIOS,键盘缓冲区,5.4.2,键盘的接口功能,5.4.3 INT 09H,键盘中断,5.4.4 INT 16H,键盘服务功能,返回本章首页,9.4.1 BIOS,键盘缓冲区,1,键盘缓冲区的作用,BIOS,在内存低端的,BIOS,数据存储区开设一个键盘缓冲区，其作用如下：,（,1,）可以满足键盘实时输入要求。,（,2,）适应随机访问的应用要求。,（,3,）能容纳快速键盘输入要求。,2,键盘缓冲区的结构及操作,（,1,）队列初始化,（,2,）元素进队列,（,3,）元素出队列（如图,5.12,所示）,图,9.12,键盘缓冲区的媒介作用示意图,返回本节,9.4.2,键盘的接口功能,（,1,）对某些键或键的组合定义为单字节的,ASCII,码。,（,2,）对某些键或键的组合定义为双字节的扩展码。,（,3,）对某些键仅设置变量，反映其被按下或释放的状态。,（,4,）对某些键或键的组合产生特殊操作。,返回本节,9.4.3 INT 09H,键盘中断,表,5.5,列出了缓冲区的键盘状态单元内容。,INT 09H,的中断服务功能：当扫描码进入,INT 09H,，,中断服务程序首先对其进行识别分类。分别为中断动作、状态标志及数据信息三类。如图,5.13,所示。,INT 09H,的入口是硬件信号,IRQ1,和,DB0DB7,。,图,9.13,键盘信号的传递转换示意图,表,9,.5,键盘状态单元,返回本节,表,9,.6,键盘的基本和扩展服务功能,9.4.4 INT 16H,键盘服务功能,返回本节,9.5,鼠标接口,9.5.1,鼠标器工作原理及分类,9,.5.2,鼠标的结构原理,9.5.3,鼠标与计算机的接口,返回本章首页,9.5.1,鼠标器工作原理及分类,鼠标器是由位置传感器、专用处理芯片和采样机构组成（如图,5.14,、,5.15,所示）。,鼠标器的工作原理：当鼠标器相对桌面移动时，采样机构按,X,，,Y,相垂直的方向把位置和距离信息送往传感器，由传感器将它们转换成脉冲信号，输入给专用的微处理器，然后由微处理器按照异步串行口（或并行口）通讯协议，将动作位移以相应的数据格式传送到计算机主机。,鼠标器的分类：,按采样机构：分光机式、光电式、机械式,按其用途：分为台式和便携式两种。,按照按键的数量：二键式、三键式和多键式多功能鼠标器。,按其使用功能：分为,2D,式和,3D,式两种。,按其接口插头的类型：分为“,D,”,型,9,针串口鼠标及圆形并口（,PS/2,）,鼠标。,图,9.14,鼠标器组成原理,图,9.15,鼠标外形图,返回本节,9.5.2,鼠标的结构原理,1,光机式鼠标器,（如图,5.16,所示）,2,光电式鼠标,（,如图,5.17,所示）,图,9.16,光机鼠标结构筒图,图,9.17,光电式鼠标结构示意图,返回本节,图,9.18,鼠标接口引脚示意图,9.5.3,鼠标与计算机的接口,1,鼠标器接口标准,表,9.7,两键鼠标三字节的数据传输格式,2,鼠标数据传输格式,返回本节,