《人机交互设备》PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,正文,第,*,页,输入设备,(,键盘、鼠标、扫描仪,),显示系统,音频设备,打印机,11.1.1 键盘,键盘是计算机的主要输入设备。,1.键盘原理,键盘有机械式和电容式两种。,机械式键盘的电路原理如图，每个键对应一个常断开关，通过CPU扫描按下的键。,11.1 输入设备 (键盘),并行输出端口,输入,C,P,U,键盘,接口,计算机,主机,键,盘,接,口,2. 键盘接口,PC机键盘接口有PC/AT(大口,)、PS/2(小口)、USB、红外和无线几种，目前使用最多的是PS/2接口。,11.1 输入设备 (键盘),3,1,5,4,2,数据,时钟,地线,电源,2,6,4,1,3,5,数据,地线,电源,时钟,PC/AT,接口,PS/2,接口,3.键盘的类型,从按键数量分：83键、84键、101键、102键、.,目前常用的有,104键、108键等。,从外表和功能分：人体工程学键盘、无线键盘、防水键盘、多,媒体键盘等。,11.1 输入设备 (键盘),多媒体键盘,无线键盘,人体工程学键盘,11.1.2 鼠标,鼠标是计算机的主要的指点式外设，在Windows操作几乎不可缺少。,机械式鼠标结构：,11.1 输入设备 (鼠标),Y 输出的光,“遮断”轮,X 轴,滚轮,Y 轴,滚轮,光源,光监测器,X 输出的光,“遮断”轮,光源,光监测器,滚球,1.鼠标的分类,按内部结构：,机械式、光机式、光电式,机械式鼠标：,基本淘汰。,光机式鼠标：,机械和光电相结合，外表与机械式一样，寿命和精度比机械式高。目前常用。,光电式鼠标,：由带网格的底版,(,垫,),和鼠标两部分组成，依靠光反射确定鼠标的位移。用于对精度要求较高的场合。,两种鼠标比较：,机械式成本低，易磨损，精度低；光学式成本高，耐用，精度高。,11.1 输入设备 (鼠标),按键数分类：,有两键、三键和多键。,三键中的中键和多键可以根据需要设置其功能。,按鼠标器接口分类：,串行口,：一般,PC,机有,2,个串行口，鼠标可以插在,COM1,或,COM2,。,PS/2(,鼠标专用接口,),：多数计算机的主板都有内置的专用鼠标口，目前,使用最多。,USB,接口：,与前两种比较，,USB,连接方便，热插拔，即插即用等优点,。无线接口,。,鼠标选择：,11.1 输入设备 (鼠标),2键鼠标,2键3D鼠标,带滚轮,3键轨迹球,光学鼠标,3键,PC mouse,2键3D鼠标,无线、带滚轮,4键3D鼠标,光学、带滚轮,11.1.3 扫描仪,用途:将印刷品的内容以图像方式输入计算机。,图像占用的信息量大。除图片、照片等图形文稿外，配合文字识别软件，还可以将扫描的文稿转换为计算机的文本形式。,11.1 输入设备 (扫描仪),1.扫描仪的结构原理,扫描仪一般由机械传动、光成像和电路三大部分组成。,机械传动,：光源和镜面的纵向平移。,光成像,：将横向光线反射到光敏器件。,电路,：由A/D、控制和接口组成。,11.1 输入设备 (扫描仪),机械传动、光成像和转换电路三部分相互配合将反射图像特征的光信号转换为计算机可接受的电信号。,感光元件是扫描仪的核心部件，它为一线状(单色或三色)光电转换器件，横向整行光信号经过几次反射后到达感光器件，决定着扫描仪的横向分辨率和色彩深度，目前使用的扫描仪大多采用CCD(,电耦合器件)，是一种成熟的技术。另一种感光器件是CIS(接触式感光器件,)，是一种发展中的感光技术。,11.1 输入设备 (扫描仪),11.1 输入设备 (扫描仪),2. 扫描仪的性能和指标,分辨率,(,每英寸横向点数,每英寸纵向点数,),光学分辨率,：扫描仪固有分辨率，横向取决于,CCD(,电耦合器件,),，,纵向取决于机械精度。是扫描仪的最重要技术指标，直接决定扫描仪扫描图像的清晰程度,。,一般光学分辨率有,300X600dpi(,家用普及,),、,600X1200 dpi (,商用中挡,),和,1200X2400dpi(,专业高档,),几种。,最大分辨率,：经过软件插值运算的图象分辨率。,插值运算,色彩深度,/,灰度,扫描仪有彩色和黑白两种，彩色扫描仪可扫描黑白图象。,彩色深度,(,灰度,),：,指扫描彩色,(,黑白,),图象时每个像素所占用的位数。,一般彩色扫描仪有,24,位、,30,位、,36,位和,48,位几种，一般光学分辨率,为,300,600DPI,的扫描仪色彩深度为,24,、,30bit,；,而,600 1200DPI,的,扫描仪可为,36,、,48bit,。,黑白扫描仪多为,8,位,(256,级灰度,),。,扫描仪接口,一般有并行口、,USB,和,SCSI,接口。,扫描幅面有,A4,和,A3,两种，,A3,幅面较贵。,其他性能如透射稿扫描、底片扫描、实物扫描等,11.1 输入设备 (扫描仪),Acer 640 A4,600X1200 48Bit,Epson GT-10000 A3,600X2400、24Bit,Epson GT-1000 A3,600X2400 36Bit,Canon FB636 A4,600X1200 36Bit,Epson 1200/Photo,1200X2400 36Bit,3. 几款扫描仪,计算机操作(人机对话)平台的发展：,过去：电传打字机,目前：键盘+鼠标+CRT显示,将来：键盘+笔+平板显示，语音输入、投影,11.2 显示系统,计算机显示系统由：,显示适配器(显示卡)和显示器组成。,11.2 显示系统,计算机,主机系统,总线,显示,适配器,显示接口,显示器,ISA,EISA,VESA,PCI,AGP,MDA(字符,),HGA(,图形),CGA(,图形),EGA(,图形),VGA(,图形),SVGA(图形),XGA(图形),CRT,LCD,投影,单色,多灰度,彩色,显示适配器：字符 低分辨率图形高分辨率图形,显示器：单色CRT彩色CRT LCD,11.2 显示系统 (CRT),11.2.1 CRT(Cathode-Ray Tube),显示器,1.CRT,原理,电子束经过聚焦和加速后在偏转控制下轰击到涂有荧光粉的屏面，使被轰击点发光。,颜色,：因荧光粉成分不同而异,亮度,：和电子束强度有关,坐标,：受场(纵向)、行(横向)偏,转电流控制。,电子束,11.2 显示系统 (CRT),扫描,：在偏转系统作用下，电子束在屏幕上有规律的运动叫做,扫描。,扫描过程：,计算机的,CRT,显示器一般采用光栅扫描，既将屏幕的左上角作为起点，,让电子束沿水平方向，从左到右均匀运动，所经过的地方连成一条直,线，,称为扫描一行。,一行扫完，电子束以极快的速度回到左上角下一行开始位置，,此过程称,为回扫。,正扫和回扫构成一个,水平扫描周期。,继续上述扫描周期，自上而下，直到屏幕最末一行右下脚为止。,一帧扫描完毕，迅速返回到左上角，又开始下一帧。一帧的正扫与回扫,构成一个,垂直扫描周期。,以上有规律的运动叫做光栅扫描。,见下图,垂直周期,正向,反向,水平周期,正向,反向,11.2 显示系统 (CRT),光栅扫描又分为逐行扫描和隔行扫描：,逐行扫描是一行接一行逐次扫描，一次扫描完成一帧画面。,隔行扫描是将一幅画面分为两次扫描，一次先扫奇数行，另一次扫偶,数行。隔行扫描是为增加帧频，以克服闪烁现象。,11,.2 显示系统 (CRT),由显示适配器送到显示器的信号主要有垂直同步(V)、水平同步(H),和三基色信号(R, G,B)。,视频,放大,水平,扫描,垂直,扫描,R,G,B,H,V,彩色显象管：,彩色成像：三基色原理任何颜色都可以由红(R)、绿(G)、蓝(B)三种基本颜色按一定比例混合而成。,彩色显示器的每一个点都由红、绿、蓝三个点组成。,11.2 显示系统 (CRT),2.CRT,的主要技术指标：,尺寸,：,屏幕对角线长度(英寸)，有14、15、17、19、20英寸等。,点距,：两个同色光点间的距离(mm)，一般为0.28mm，较高挡,产品为0.24,0.21mm。,像素和分辨率,：像素是组成图像的最小单位，即为发光的,点,，,分辨率是像素的数目。用：,每行点数,行数,来表示，,有 640X480、 800X600、 1024X768、,1280X1024、1600X1200等，一般满足4:3。,带宽,：电子束每秒钟扫过的点数。表示显示器电路可以处理的,频率范围。用,分辨率,刷新频率,来表示,。,带宽值越大，显示器性能越好。,其他,：固定频率与自动跟踪、线性调整与数字控制、直角平面,等。,11.2 显示系统 (LCD),11.2.2 LCD(Liquid Crystal Display)液晶显示器,LCD,是一种新型的平板显示器，屏幕上的每一个点都有独立的发光机制。,有黑白多灰度和全彩色两种，彩色,LCD,有无源阵列和有源阵列两种。,黑白多灰度一般用于抵挡笔记本和中抵挡掌上电脑。,无源彩色阵列的成本低于有源彩色阵列，但显示的亮度和响应速度不及有源彩色阵列。,LCD,的主要技术指标：,响应时间（速度）,：,LCD屏幕内容的更新速度。,文本显示要求响应时间为250,500ms。,图形界面要求响应时间为100,200ms。,视频显示要求响应时间为30,50ms(,有源阵列)。,亮度,：一般指LCD背光的亮度。,对比度,：全开状态像素与关状态像素的亮度比。,一般为10:1,100:1,视角,：LCD有效观察视线与显示平面法线的夹角。,LCD和CRT的比较,CRT：技术成熟，成本低，显示效果好，耗电大，体积大。,LCD：体积小，耗电少，显示效果稍差，成本高。,11.2 显示系统 (LCD),11.2 显示系统 (适配器),11.2.3 显示适配器,计算机与监视器之间的接口，同时将信号发送到显示器上呈现图像信息。,1. 显示标准,PC,机的显示系统的发展过程：,字符图形,单色彩色,低分辨率高分辨率,11.2 显示系统 (适配器),MDA:(Monochrome Display Adapter)单色显示适配卡,HGA:(Hercules Graphics Adapter)大力神图形卡,CGA:(Color Graphics Adapter)彩色图形适配器,EGA:(Enhanced Graphics Adapter)增强型图形适配器,VGA:(Video Graphics Array)视频图形阵列,SVGA:(Super Video Graphics Array)超级视频图形阵列,XGA:(eXtended Graphics Adapter)扩展图形阵列适配卡,MDA,HGA,CGA,EGA,VGA,SVGA,XGA,标准,显示模式,字符,字符/图形,字符/图形,字符/图形,字符/图形,字符/图形,字符/图形,最高,分辨率,720X350,720X350,640X200,640X350,640X480,1600X1200,1024X768,最大,色彩数,2(单色),2(单色),4,16,256,16M,64K,PC机显示标准：,2. 显示模式,显示模式有字符模式和图形模式两种。,字符模式,：,显示单位为字符，将字符的,ASCII,码及显示属性,送显示适配器，适配器将所显示字符的,ASCII,码转换成字模。,图形模式,：显示单位为像素。直接将像素的,RGB分量或色彩编码,送显示缓冲区。,显示,缓冲区,A,固化字模库,ASCII,码,显,示,缓,冲,区,像素数据,调色板,寄存器,组,11.2 显示系统 (适配器),3. 标准,VGA,显示模式,目前Windows的最低显示标准。640,480，16色。,4.,PC,显示系统的发展,目前PC机常用的显示模式主要有：,800X600 64K(16Bits)/16M(24Bits)色,1024X768 64K(16Bits)/16M(24Bits)色,其他高级功能：,2D加速,：,用于窗口更新、图形、2维动画、VCD/DVD播放加速。,3D加速,：,用于3维漫游、虚拟现实加速,。,11.2 显示系统 (适配器),5. 显示适配器, 构成,图形控制器：数据逻辑运算,时序发生器：产生各部分同步定时,CRT,控制器：产生行、场扫描信号,调色板寄存器：完成色彩查表,显示BIOS：固化的显示卡操作程序,显示,存储器,显示,BIOS,串行,发生器,调色板,寄存器组,总,线,图形,控制器,数摸,转换器,CRT,控制器,R,G,B,V,H,时序发生器,地址,数据,PCI / AGP,并行数据,串行数据,真色彩数据,11.2 显示系统 (适配器),显示存储结构,显示存储器,：用于存储显示的数据，容量取决于最高分辨率和色彩数。,显示存储器和显示像素的对应关系：,显示存储器的存储结构有位平面结构和线性存储结构两种。,位平面结构,：用于 16色显示模式。,线性存储结构,：用于256色及64K色，每个像素用一个字节来表示。,1,0,0,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,0,0,1,16色位平面结构,256色线性存储结构,11.2 显示系统 (适配器), 总线：,目前的显示卡几乎全部为PCI和AGP总线。,使用PCI总线的PCI显示适配卡被设计成即插即用设备。,AGP加速图形端口，主要用于显示适配器。,传输方式,数据位宽,总线时钟,最高速度,扩展槽数,PCI,同步,32位,33MHz,133MB/s,5,AGP,同步,32位,66MHz,533MB/s,1,11.2 显示系统 (适配器),VGA接口,目前使用SVGA，是VGA的扩充。,SVGA接口使用DB15连接器，主要信号有RGB视频、水平和垂直同步、显示器标识和地线。,1,2,3,4,5,红视频,绿视频,蓝视频,显示器标识2,数字地,出,出,出,入,6,7,8,9,10,红模拟地,绿模拟地,蓝模拟地,同步地,11,12,13,14,15,显示器标识0,显示器标识1,水平同步,垂直同步,显示器标识3,入,入,出,出,入,11.2 显示系统 (适配器),11.3 音频设备,11.3.1 音频设备的发展和用途,声卡由,CREATIVE,(创通,)公司于80年代后期研制成功。,声卡的主要功能是数字化录音/放音和数字化音乐合成。,声卡作为PC机的重要部分，主要用途：,多媒体娱乐软件,商业演示和培训声音效果,音频会议和网络电话,PC机的朗读功能,.,11.3.2 声卡的工作原理,1. 音频数字化原理,10101110,10110101,10111000,00001110,10001111,10010011,模拟音频信号,模拟音频信号,音频,文件,将模拟音频信号转换为数字音频信号：ADC(Analog-to-Digital Conversion),将数字音频信号转换为模拟音频信号：DAC(Analog-to-Digital Conversion),11.3 音频设备,5,4,3,2,1,-1,-2,-3,-4,-5,对波形,进行抽样,对抽样,值进行,数字化,(AD),成为数,字化文件,磁盘,将数字,化文件,变换为,电压波形,(D/A),经过,低通滤波,t,t,t,t,香农定理：当抽样频率大于信号最高频率的2倍时，可根据抽样值完全恢复源波形。,2. 音频数字化的主要指标,采样频率：,每秒对音频信号的采样次数，,抽样频率越高，,保真度越高,。一般在,11.02544.1KHz，。,数字化精度：,8位/16位。影响量化的信号噪声比。8位量化,有较明显的背景噪声。,电话质量：11.025KHz / 8bit,AM,广播质量：22.5KHz / 8bit,CD质量：44.1KHz / 16bit,DVD音频：96KHz / 16bit,11.3 音频设备,3.,MIDI(Musical Instrument Digital Interface)系统,将各种乐器的音符进行编码，音符的发音利用数字化合成。这样计算机可以直接按乐谱合成乐曲。曲谱的编码文件称为MIDI文件(.MID)。,声卡的音效合成部分的主要指标是通道数(可以同时合成的乐器数)和复音数(影象合成保真度)。,4.声卡的接口,声卡的音频输入一般有,麦克风输入,和,线路输入,(用于连接音源设备)，音频输出有,扬声器输出,和,线路输出,(用于连接音源设备)。（见下页图）,MIDI接口和游戏杆接口，两接口共用一个DB15连接器。,卡上音频输入，用于连接来自光驱的音频。,11.3 音频设备,11.3 音频设备,11.4 打印机,目前用于计算机的打印机主要有针式打印机、激光打印机和喷墨打印机。除通用打印机外，有各种专用打印机，如各种票据打印机、条形码打印机等。,1. 三种常用打印机的比较,针式打印机：,成本较低、耐用、可多联复写打印、消耗低。,打印质量差、速度慢、噪声大、不能打印全彩色,和多灰度。,激光打印机：,打印质量高、速度快、噪声小。,成本高(尤其是,彩色激光打印机)。,喷墨打印机：,打印质量高、成本低。,消耗大、速度慢。,2. 打印机的主要指标,打印幅面(A3/A4)、速度(页/分钟)、分辨率(点/英寸)。,3. 打印机接口,一般为并行口，也有串行口和USB接口产品。接口速度对打印速度影响不大。,Epson LQ-1600K,24针,，A3幅面,针式打印机,Lexmark S1855,A4,幅面，1200dpi,高速黑白激光打印机,Canon BJC-8200,A4,幅面，照片质量,彩色喷墨打印机,11.4 打印机,