《外设接口技术》PPT课件.ppt

第七章外设接口技术,教学目标,学习要求,讲授内容,介绍微机系统常用的外设接口,通过学习要求了解键盘、显示器的工作原理；熟悉键盘、显示器与CPU的接口电路及使用方法；了解USB的工作原理及使用方法。,第七章外设接口技术,第一节键盘接口技术,第二节CRT接口技术,第四节USB接口技术,第三节八段LED显示器接口技术,第一节键盘接口技术,一、键盘的分类,1.按应用范围分类,工控机键盘：工控机键盘和主机连为一体，键盘和主机的相对位置固定不变，也称为固定键盘。,微机键盘：微机键盘独立于主机之外，通过一根活动电缆或无线方式与主机相连，这种键盘和主机的位置可以在一定范围内移动调整，也称为活动式键盘。,2.按外形分类,标准键盘,人体工程学键盘：在标准键盘上，将左手键区和右手键区两大板块左右分开成一定角度的扇形，用户在操作键盘时可以保持一种比较自然的形态，符合人在键盘上的操作。,多媒体网络键盘：在普通的104键键盘上多加了一些对多媒体和网络操作的功能键，主要用来完成一些快捷操作。这种键盘需要专门的驱动程序，在设置、安装时比普通键盘麻烦。,多功能键盘：在普通键盘的基础上又集成了其它的外部设备。如：,带鼠标的键盘、带手写字板的键盘、集成话筒和喇叭的键盘、带扫描仪的键盘、集成条形读卡器的键盘、集成USB HUB的键盘,3.按接口分类,AT接口键盘：AT接口键盘俗称“大口”键盘，键盘的插头是一个圆形5芯插头，插头是有方向性的。,PS/2接口键盘：PS/2接口键盘俗称为“小口”键盘，是目前使用最普通的一种键盘。它的插头是4针，在插头上有一个定位口，用来防止插错方向。,USB接口键盘：USB接口键盘支持USB接口热拔插功能，可在打开微机以后，带电拔插键盘，或更换键盘。,无线键盘：无线键盘与微机间没有直接的物理连线，可以完全脱离主机。无线键盘通过红外线或无线电波将输入信息传送給接收器。接收器放在主机旁，连接在PS/2口、COM口或USB口上。,4.按键盘开关接触方式分类,触点式按键：工艺简单，价格低廉，它是借助簧片直接使两个导体接通或断开，有着理想的开关特性。,无触点式按键：电容式开关的特点是手感好，击键声音小，容易控制，结构简单，灵敏度高，成本低，易于小型化和批量生产。,5.按照按键识别方式分类,非编码键盘：主要用软件的方法识键和译键。,编码键盘：主要用硬件来实现键的扫描和识别。,二、键盘的结构和工作原理,1.键盘的结构,微机键盘由外壳、按键和电路板三部分组成。,键盘外壳：主要用来支撑电路板和给操作者一个方便的工作环境。,电路板：是整个键盘的核心，它位于键盘的内部，主要由逻辑电路和控制电路组成，担任按键扫描识别、编码和传输信息的工作。,键盘按键：可分为触点式和非触点式两种类型。,2.键盘的工作原理,非编码键盘接口,（3）找到被按下的键。从0行开始，顺序逐行扫描，即该行输出“0”。每扫描一行，读入列线数据，找出为“0”的列；若无，则顺序扫描下一行，并检查其各列；若找到某列线为“0”，则该列与检查行交点的按键为被按下的按键；,（1）识别有键按下否。PA的三线输出均为“0”，读入PB的四根输入线，只要有一线为“0”，即表明有键被按下；,（2）去抖动。延时20ms左右，等按键通、断引起的抖动消失，若还有键闭合，则认为按键已稳定；,（4）根据找到的键号，转去执行该键相应的子程序。,下面给出按行扫描的有关子程序。设8255A端A的地址为60H，端口B的地址为61H，控制寄存器的地址为63H。,判别有无键按下的程序段如下：,MOV AL，82H；8255A初始化，方式0，A口输出，B口输入OUT 63H，ALMOV AL，0OUT 60H，AL；各行线为“0”WAIT：IN AL，61H；读列线数据 AND AL，0FH；屏蔽无关位 CMP AL，0FH；列线有“0”否？JZ WAIT；无，等键按下,检测哪个键按下的程序段如下：,BEGIN：MOV BL，3；行数 MOV BH，4；列数 MOV AL，0FEH；起始数据，0行为“0”MOV CL，0FH；键盘屏蔽码 MOV CH，0FFH；起始键号为“-1”LOOP1：OUT 60H，AL；扫描一行 ROL AL；修改扫描码，准备扫描下一行 MOV AH，AL；保存 IN AL，61H；读列线值 AND AL，CL；屏蔽无关位 CMP AL，CL；有列线为“0”？JNZ LOOP2；有，转去找该列线,ADD CH，BH；否，修改键号，指向该行末列键号 MOV AL，AH；取回扫描码 DEC BL；行数减1 JNZ LOOP1；未完转下一行 JMP BEGIN；重新开始LOOP2：INC CH；键号加1，指向本行首列键号 RCR AL；带进位循环右移一位 JC LOOP2；该列非“0”，检查下一列 MOV AL，CH；是，键号送AL CMP AL，0；0号键按下？JZ KEY0；是，转0号键子程序 CMP AL，1；1号键按下？JZ KEY1；是，转1号键子程序.CMP AL，0AH；10号键按下？JZ KEY10；是，转10号键子程序 CMP AL，0BH；11号键按下？JZ KEY12；是，转11号键子程序,3.PC的键盘接口,PC的键盘扫描接口,单片机8048作键盘的控制部件。它承担键盘扫描、去抖动、生成扫描码、检查被卡住的键等功能，可以缓冲存放20个键扫描码。,PC的键盘扫描控制电路,PC与键盘接口,PC的键盘接口电路,第二节CRT接口技术,一、CRT显示器概述,CRT显示器的发展,CRT显示器成像原理,扫描成像原理,三原色原理,二、CRT接口技术,单色显示适配器（MDA:Monochrome Display Adapter）,字符显示的原理,显示数据处理逻辑:,单色显示适配器可以看成由显示数据处理逻辑和扫描控制逻辑两部分组成。,MDA逻辑框图,扫描控制逻辑,彩色图形适配器（Color Graphics Adapter，CGA）,图形显示的原理,当CRT屏幕作图形显示时有两个特点：图形的线点可以细到只有一个像素点；要显示的像素点可在屏幕任意一个位置上出现。,CGA:CGA可以产生黑白和彩色的字符和图形。,当CRT屏幕作图形显示时有两个特点：图形的线点可以细到只有一个像素点；要显示的像素点可在屏幕任意一个位置上出现。,CGA逻辑框图,增强型图形适配器（Enhanced Graphics Adapter，EGA）,VRAM的容量有256K字节，其结构与数据组织和CGA大不相同。,存放在VRAM中的图形数据和字符点阵数据经并串转换后送到属性控制寄存器去处理，它把VRAM中的字符电阵和图形像素值翻译成送往监视器的信息。,视频图形阵列（Video Graphics Array，VGA）,VGA采用模拟信号输出接口，使显示的颜色丰富多彩。它的分辨率也提高到640480，并在软件上与MDA、CGA、EGA兼容，其字符点阵有88、814、816、916等多种，可显示256K种颜色，可同时显示256种色。除支持EGA的所有显示方式外，还增加了3种显示方式。,增强型的VGA（Super VGA）,第三节八段LED显示器接口技术,一、LED显示器及工作原理,1.LED显示器的分类,显示1：b,c 两段点亮,段选开关,位选开关,显示原理,2.工作原理,a,b,c,d,e,f,g,dp,显示1：b,c 两段点亮,2.工作原理,显示原理,段选开关,位选开关,显示1：b,c 两段点亮,段选开关,位选开关,显示4：b,c,f,g 四段点亮,显示原理,2.工作原理,a,b,c,d,e,f,g,dp,显示1：b,c 两段点亮,显示4：b,c,f,g 四段点亮,2.工作原理,显示原理,段选开关,位选开关,二、LED显示器与CPU的接口电路,例1：要求LED0显示“7”，其它LEDi不显示任何内容,0 0 0 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 1,MOV AL,1FH,OUT 90H,AL,MOV AL,01H,OUT 91H,AL,例2.要求LED0LED5都显示“5”,0 1 0 0 1 0 0 1,0 0 1 1 1 1 1 1,MOV AL,49H,OUT 90H,AL,MOV AL,3FH,OUT 91H,AL,三、显示管理程序(1)解决字符段代码的转换问题,LED4 LED5,03H,9FH,25H,段代码表,三、显示管理程序(1)解决字符段代码的转换问题,LED4 LED5,段代码表,SEGPT,0123456,03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,(2)多位LED“同时”显示不同字符的问题,显缓区,段代码表,0123456,显示过程如下：建立六个待显字符的 显示缓冲区查出第一个字符的字 形码送段形码至段选口使最左一位LED发光延时1ms指向下一位LED 直至最后一位LED显示 完为止,例：多位LED“同时”显示123456，假设LED显示器的段选口接8255的A口，位选口接8255的B口，开关K1接8255C口的PC0，当K1向上时，程序运行停止。,显缓区,段代码表,DISMEM,0123456,C0H,F9H,程序如下：,DISMEM DB 1,2,3,4,5,6SEGPT DB 0C0H，0F9H,0A4H,DB 0B0H,99H,12H,82H,MOV DX，20BH MOV AL，81H OUT DX，AL,MOV CL，20H LEA DI，DISMEM MOV AL，DI LEA BX，SEGPT,INC DISHR CL，1,DISP：,MOV DX，20AHIN AL，DXANDAL,01HJZ NEXT,NEXT：,MOV DX，208H OUT DX，AL INC DX,MOV AL，CL OUT DX，AL,JNC DISP,XLAT,第四节USB接口技术,一、概述,USB 即通用串行总线（USB:Universal Serial Bus）。USB为主机与不同外设的连接提供了极大的方便，其主要优点是：1）完全自动检测和配置的即插即用功能；2）带电热插拔操作；3）统一的接插件，不存在连接错误。,USB是一种支持即插即用的新型“菊花链”串行接口。它在一条“线缆”上有链接多个设备的能力。,USB要比标准串口快得多，其数据传输率可达4M bit/s12M bit/s，而一般的串口最多只能是115K bit/s。,二、USB规范,USB是一种支持即插即用的新型“菊花链”串行接口。它在一条“线缆”上有链接多个设备的能力。,在针对USB确定结构时，应遵照以下要求：,1)PC外设的扩展简单方便；2)传输速率高达12M bit/s的低成本方案；3)完全支持语音、音频和压缩视频的实时数据处理；4)在混合模式下进行等时（Isochronous）数据传输和异步信息发 布的协议灵活性；5)包含多个PC配置和外形尺寸；6)提供一种能够迅速扩散到产品生产中的标准接口；7)促使产生可提高PC能力的新型设备。,USB带给用户的好处主要表现在以下几个方面：,1)易于最终用户使用 USB提供了一种关于接线和连接器的统一模式，其中的电气细节（例如，总线端子）与最终用户完全隔离。它还能自动识别外设。自动把功能变为驱动程序，以及自动配置。USB外设在系统运行过程中还可以动态连接和重新配置。,2)广泛的工作负载和应用领域 USB适合于识别带宽从数千bit/s到数兆bit/s的设备。它支持在同一套电缆上进行等时和异步传输。多连接结构允许进行多个设备的同时操作，支持多达127个物理设备。USB支持在主机和设备之间传输多种数据和信息流，允许使用混合型设备（例如，具有多种功能的外设），而且由于降低了协议的额外开销而提高了总线的使用效率。,3)灵活性和鲁棒性 USB支持很大的数据包长度范围，允许多种设备缓冲的选配、多种设备数据速率和数据包尺寸。USB协议中包括了缓冲处理的流控制。协议中还有错误处理或故障恢复机制。能以用户可观察到的实时方式实现设备的动态接入和分离，而且可自动识别出有故障的设备。,4)多种低成本实现方案 为了支持低成本外设，USB可以作为一种低成本的1.5M bit/s的子通道来实现，它在外设和主机硬件的集成方法上进行优化，采用低成本电缆和连接器以及商用技术。,