第5章人机交互设备ppt课件.ppt
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1、微机原理及组装维护技术,第 5 章 人机交互设备,大连理工大学出版社,微机原理与组装维护,本章学习目标,了解常用的人机交互设备理解键盘、鼠标、显卡、显示器、打印机、扫描仪的结构和工作原理掌握键盘、鼠标、显卡、显示器、打印机、扫描仪的主要技术参数熟悉键盘、鼠标、显示器、打印机、扫描仪的使用注意事项,目录,5.2 键盘,5.4 显卡与显示器,5.1 人机交互设备概述,5.3 鼠标,5.5 打印机,5.6 扫描仪,本 章 结 构,人机交互设备,显卡与显示器,键盘的结构和工作原理,键盘的分类,键盘的主要技术参数,键盘使用注意事项,显示器使用注意事项,显示器的主要技术参数,显示器的结构和工作原理,主流显
2、示芯片,鼠标的结构和工作原理,鼠标的分类,鼠标的主要技术参数,鼠标使用注意事项,扫描仪的结构和工作原理,扫描仪的分类,扫描仪的主要技术参数,扫描仪使用注意事项,打印机的结构和工作原理,打印机的分类,打印机的主要技术参数,打印机使用注意事项,显卡的主要技术参数,显卡的结构和工作原理,键盘,鼠标,打印机,扫描仪,概述,5.1 人机交互设备概述,人机交互设备是指人和计算机之间建立联系、交流信息的输入/输出设备。这些输入/输出设备直接与人的运动器官(如手、口)或感觉器官(如眼、耳)打交道,通过它们,人们把要执行的命令和数据送给计算机,同时又从计算机获得易于理解的信息。 人机交互设备分为输入设备和输出设
3、备。,5.1 人机交互设备概述,1.输入设备 输入设备是计算机与外界进行交互的一种装置,用于把原始数据和处理这些数据的应用程序输入到计算机中。计算机能够接收各种各样的数据,既可以是数值型的数据,也可以是各种非数值型的数据,如图形、图像、声音等都可以通过不同类型的输入设备输入到计算机当中进行存储、处理和输出。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。,5.1 人机交互设备概述,2.输出设备 输出设备与输入设备一样,也是一种计算机与外界交互的装置。用于将各种计算结果的数据或信息以数字、字符、图形、图像、声音等形式表示出来。常见的输出设备有显示器、打印机等。,5.2 键盘,键盘的历史非常悠久,早在171
4、4年就出现了各种形式的打字机,而最早的键盘就出现在那个时期的打字机上。直到1868年,“打字机之父”美国人克里斯托夫拉森肖尔斯设计出了适合现代打字机的规范键盘,即“QWERTY”键盘。如今,键盘早已成为了将各种指令和数据输入到计算机中的主要输入设备之一。,5.2.1 键盘的分类,1.根据按键的接触方式分类 (1)机械式键盘 机械式键盘的底部有一块PCB板,PCB板上固定着100多颗机械式按键及电路,这些按键的结构类似于金属接触式开关,通过触点导通或断开来判断按键是否被触发。机械式键盘的优点是经久耐用、工艺简单、易维护,而缺点是不防水、敲击费力、噪音大且成本高。,5.2.1 键盘的分类,(2)塑
5、料薄膜式键盘 塑料薄膜式键盘由一层按键、三层塑料薄膜及电路板组成。最上层是中心有凸起橡胶垫的按键,三层塑料薄膜中最上层是正级电路,中间是间隔层,下层是负极电路。对应每个按键,上下两层薄膜中都有相应的触点,间隔层有相应的小孔。当按键按下时,上下两层薄膜触点通过小孔而导通。薄膜式键盘具有价格低廉、无机械磨损,低噪音的特点。目前市面上销售的键盘大多数都是塑料薄膜式键盘。,5.2.1 键盘的分类,(3)导电橡胶式键盘 导电橡胶式键盘的按键信号通过导电橡胶接通下方印刷线路板上的触点而产生。其结构非常简单,上层是中心有凸起导电橡胶垫的按键,下层是正负极平行交叉的触点,当按键按下时,导电橡胶使其下面触点的正
6、负极接通。这类键盘是由机械键盘向薄膜键盘过渡的产品,目前市面上比较少。,5.2.1 键盘的分类,(4)无接点静电电容式键盘 这类键盘是这四类键盘中技术含量最高的,其按键使用了类似电容式开关的原理,通过按键时改变电极间的距离,引起电容容量改变从而获得按键通断信号。特点是无磨损且密封性较好,但造价较高。,5.2.1 键盘的分类,2.根据键盘的控制形态分类 (1)编码式键盘 编码式键盘由内部复杂的硬件电路来提供按键编码。当某个按键被按下时,硬件电路直接按该键所在的位置产生相应的按键编码(ASCII字符码)。这种键盘响应速度快,但硬件电路复杂且按键编码固定,导致按键编码不易修改和扩充,目前很少使用。,
7、5.2.1 键盘的分类,(2)非编码式键盘 非编码式键盘内部只使用较为简单的硬件和软件来对按键进行识别,根据按下按键的位置生成位置状态代码(扫描码)传送给计算机,然后由计算机内的软件把这些位置状态代码转换为相应的按键编码(ASCII字符码)。这种键盘的响应速度不如编码式键盘快,但它结构简单,且可以通过软件为按键重新定义编码,键盘功能扩充方便,目前计算机大多使用这种键盘。,5.2.1 键盘的分类,3.根据键盘的接口分类 早期AT主板的键盘接口是一个较大的圆形接口,俗称“大口”,已淘汰。后来的ATX主板改用PS/2接口作为键盘和鼠标的专用接口,俗称“小口”,但键盘和鼠标的PS/2口不能互换;目前亦
8、有PS/2键鼠通用接口。随着USB接口的广泛应用,现在很多厂商推出了USB接口的键盘。,5.2.2 键盘的结构和工作原理,1.键盘的结构 键盘分为外壳、按键和电路板3部分。平时只能看到键盘的外壳和所有按键,电路板被安置在键盘内部,用户是看不到的,如图所示。,5.2.2 键盘的结构和工作原理,(1)键盘的外壳 外壳主要用来支撑电路板和为操作者提供一个方便的工作环境。多数键盘外壳上有可以调节键盘与操作者角度的支撑架,通过调节这个支撑架,用户可以改变键盘的角度。键盘的外壳与工作台的接触面上装有防滑减震的橡胶垫。许多键盘外壳上还有一些指示灯,用来指示某些键的工作状态。,5.2.2 键盘的结构和工作原理
9、,(2)按键 对键盘而言,虽然按键数目有所差异,但按键布局基本相同,共分为5个区域,即主键盘区、编辑键区、功能键区、小键盘区和特殊键区。 (3)电路板 电路板是整个键盘的核心,主要由逻辑电路和控制电路组成。逻辑电路排列成矩阵形状,每一个按键都安排在矩阵的交叉点上。而控制电路由按键识别电路、编码电路、接口电路等组成(现大多由单片机电路来实现)。,5.2.2 键盘的结构和工作原理,2.键盘的工作原理 常用的非编码键盘有线性键盘和矩阵键盘。 线性键盘是指每一个按键均有一条输出线,若有N个键,则需N条线进行识别,适应于键少场合。 矩阵键盘的按键按行(M行)和列(N列)排列,可排MN个按键,按键识别只需
10、M+N条线,适应于键多场合,计算机键盘就采用这种方式。,线性键盘,矩阵键盘,5.2.2 键盘的结构和工作原理,在计算机键盘中,常采用扫描法和反转法来识别按键 。(1)扫描法 扫描法识别按键的过程是:首先判断是否有键被按下,即先进行全扫描,将所有行线置成低电平,然后读取全部列线;如果读取的列值全是高电平,则说明没有任何一个键被按下;如果读取的列值不是全1,则说明有键按下,再用逐行扫描的方法确定哪一个键被按下。先扫描第一行,即置该行为低电平,其他行为高电平,然后读取列线,如果某条列线为低电平,则说明第一行与该列相交的位置上的按键被按下;如果所有列线全是高电平,则说明第一行没有键被按下,接着扫描第二
11、行,依此类推,直到找到被按下的键,这样来确定一对唯一的行值和列值。,5.2.2 键盘的结构和工作原理,扫描法原理图,5.2.2 键盘的结构和工作原理,(2)反转法 反转法利用一个可编程的并行接口(如8255A)来实现。其识别按键的过程是:将行线接到一个并行端口,先让它工作在输出方式,将列线接到另一个并行端口,先让它工作在输入方式;编程使输出端口往各行线全部送低电平,然后读取列线的值,如果有某一个键被按下,则必有一条列线为低电平。然后进行线反转,通过编程对两个并行端口进行方式设置,使连接行线的端口工作在输入方式(原来是输出方式),使连接列线的端口工作在输出方式(原来是输入方式),并将刚才读到的列
12、线值通过所连接的并行端口再输出到列线,然后读取行线的值,那么闭合键所对应的行线必为低电平,这样当一个键被按下时,就可以确定一对唯一的行值和列值。,5.2.2 键盘的结构和工作原理,反转法原理图,5.2.2 键盘的结构和工作原理,PC系列键盘是由键盘内的单片机程序根据以上的两种方法之一(通常采用扫描法)来识别按键的当前位置的。如果有闭合键就根据其位置(行值和列值)获得对应的扫描码,当闭合键松开时也对应一个扫描码,前者为闭合扫描码,后者为断开扫描码,键盘内部电路里有一个16字节的FIFO队列缓冲器,用于存放按键的扫描码,然后对扫描码进行并串转换,向键盘接口输出按键的扫描码(加奇偶校验位);,5.2
13、.2 键盘的结构和工作原理,主板上的键盘控制器通过键盘接口收到串行扫描码后,完成奇偶校验和串并转换,并向CPU发出键盘中断请求,由CPU响应键盘中断INT 09H而调入扫描码,并将其转换为按键编码(ASCII字符码),保存到键盘缓冲区中,以便程序使用。,5.2.3 键盘的主要技术参数,1.外观设计 良好的键盘外观,不仅代表做工的精细,同时给人以视觉上的享受。 2.工作噪声 键盘使用时产生的噪声越来越被人们所重视,键盘噪声越小越好。,5.2.3 键盘的主要技术参数,3.人体工程学 一款优秀的键盘不仅按键要舒适、而且使用时还要适合使用者手型。符合人体工程学的键盘是从外形大小、曲线弧度和重量这几方面
14、来设计的。其目的就是最大限度地满足人们在使用时对手感、舒适度和使用习惯方面的要求。尽量减轻疲劳程度,避免肌肉劳损的症状,从而最大限度的提高用户工作效率。 4.键盘的扩展功能 好的键盘具有自定义热键、防水、防热等扩展功能,这些扩展功能能为用户带来方便。,5.2.4 键盘使用注意事项,(1)键盘是根据系统设计要求配置的,而且受系统软件的支持和管理,更换PS/2键盘必须在关闭计算机电源的情况下进行。(2)敲击键盘时,要力度适中,不要用力拍打。(3)定期清洁键盘表面的污垢,一般清洁可以用柔软干净的湿布擦拭键盘,对于顽固的污渍可以用中性的清洁剂擦除,最后再用湿布擦拭一遍。对于缝隙内的污垢,可以用棉签清除
15、,也可以拆开键盘进行清除。,5.2.4 键盘使用注意事项,(4)不要让液体流入键盘。大多数键盘没有防水功能,一旦有液体流进,便会使键盘受到损害,造成接触不良、腐蚀电路和短路等故障。当大量液体进入键盘时,应当立即关闭计算机,将键盘接口拔下,打开键盘,用干净、吸水的软布擦干内部的积水,最后放在通风处自然晾干。,5.3 鼠标,鼠标全名为显示系统纵横位置指示器,因为外形酷似老鼠而得名“鼠标”。1968年12月9日,世界上第一个鼠标诞生于美国加州斯坦福大学,它的发明者是道格恩格尔巴特博士。恩格尔巴特博士设计鼠标的初衷就是为了使计算机的操作更加简便,以便快速地屏幕定位。而鼠标发展到今天,已是计算机不可缺少
16、的输入设备之一。,5.3.1 鼠标的分类,鼠标分类方法有很多,通常可按照键数、接口形式、有无连线以及内部结构来进行分类。 1.按键数分类 按键数来分类,鼠标可以分为传统双键鼠标、三键鼠标和新型的多键鼠标。与双键鼠标相比,三键鼠标上多了一个中键,中键在某些程序中有特殊定义,能起到事半功倍的作用。后来人们为了方便上网浏览网页,又使用滚轮来代替中键,并将中键的功能融入到滚轮中。多键鼠标是鼠标发展的一个新方向,它将更多的应用程序功能键定义到鼠标键上,方便日常操作,大大提高了工作效率。,5.3.1 鼠标的分类,2.按接口分类 按接口来分类,鼠标可以分为COM、PS/2、USB三类。COM口鼠标需要占用计
17、算机的一个串行接口,已经被淘汰。后来改用PS/2接口鼠标,目前还有一定保有量。而USB鼠标随着USB接口的广泛使用而发展起来,成为目前市场上的主流产品。,5.3.1 鼠标的分类,3.按有无鼠标连线分类 按有无鼠标连线来分类,鼠标可分为有线鼠标和无线鼠标两类。无线鼠标采用无线技术与计算机通信,从而省掉了电线带来的束缚。无线通信方式通常分为蓝牙、Wi-Fi、红外线等多种无线技术标准。但从目前所使用的主流无线鼠标来看,用得最多的还是采用2.4GHz频率和使用蓝牙的两类无线鼠标。,5.3.1 鼠标的分类,4.按内部结构分类 按内部结构来分类,鼠标可分为机械式和光电式两类。机械式鼠标的结构简单,灵敏度和
18、精确度不高,已基本被淘汰。而光电式鼠标结构复杂,精确度高,是目前的主流产品 。,5.3.2 鼠标的结构和工作原理,光电鼠标通常由发光二极管、光学透镜、光学感应及图像分析芯片、接口控制芯片、轻触式按键、滚轮、连接线、PS/2或USB接口、外壳等部分组成 。,5.3.2 鼠标的结构和工作原理,光电鼠标下部有一个发光二极管,通过该发光二极管发出的光线,照亮光电鼠标底部表面,然后将光电鼠标底部表面反射回的一部分光线经过一组光学透镜传输到一个光学感应器件内成像。这样,当光电鼠标移动时,其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像。然后利用专用图像分析芯片(DSP,即数字微处理器,现一般和光学感应器集成在
19、一块芯片上)对移动轨迹上摄取的一系列图像进行处理,通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析,给出鼠标的移动方向和移动距离,最后将这些信息传输给接口控制芯片,接口控制芯片通过接口连接线向主机传送鼠标移动的信息,主机再通过处理使屏幕上的光标与鼠标同步移动。,5.3.2 鼠标的结构和工作原理,光电鼠标的工作原理图,5.3.2 鼠标的结构和工作原理,激光鼠标其实也是一种光电鼠标,只不过是用激光代替了普通的LED光。激光鼠标获得影像的过程是通过激光照射物体表面所产生的干涉条纹而形成的光斑点反射到传感器上获得的,而传统的光电鼠标获得影像的过程是通过LED光照射物体粗糙的表面所产生的阴影反射到传感器上获得的
20、。因此激光能使物体表面的图像产生更大的反差,从而使得CMOS图像传感器得到的图像更容易辨别,提高了鼠标的定位精准性。,5.3.3 鼠标的主要技术参数,1.分辨率:鼠标分辨率是鼠标移动距离反映到显示器上的像素多少,单位为dpi。 2.采样率:采样率表示一秒钟内鼠标传送信息给计算机的次数,单位为Hz。 3.鼠标的接口:目前鼠标接口主要分为PS/2和USB两种,其中USB接口支持热插拔,使用方便。一些高端鼠标为增强鼠标的稳定性将USB接口做成镀金,在选购时可以优先考虑。 4.鼠标的配重:配重是在鼠标内部再单独加配一个配重模块,用于增加鼠标的手感和稳定性。,5.3.3 鼠标的主要技术参数,5.人体工程
21、学:一款优秀的鼠标不仅做工要精致,而且使用时也要舒适,要符合使用者手型。 6.传输方式:目前市面上的无线鼠标大都采用2.4GHz和蓝牙两种传输模式。 7.电池续航能力:有线鼠标通过鼠标线来给鼠标供电,而无线鼠标需要使用电池供电。所以电池的续航能力应该是用户在选购无线鼠标时考虑的一个重要因素。,5.3.4 鼠标使用注意事项,1.配备一个好的鼠标垫 鼠标垫对鼠标的使用影响很大,优质鼠标垫不但能减少灰尘进入鼠标内部的机会,还能使鼠标底部与鼠标垫之间的摩擦更为顺滑,操作起来得心应手。 2.不可用力击键 用力击键会导致弹性开关损坏而使控制键失效。光电鼠标中的部件都是怕震动的易损元件,用力拍打会使这些元件
22、损坏。,5.3.4 鼠标使用注意事项,3.定期清洁 鼠标表面的污垢,光电鼠标的反射板及透镜由于长久使用而弄脏,这些都会严重影响鼠标的移动和灵敏度,因此,每隔一定时间就要对鼠标进行一次清洁工作 。,5.4 显卡与显示器,显卡(独显)又称为显示适配器,工作在主板与显示器之间。其作用就是控制图像的输出,负责把CPU送来的图像数据处理成显示器接收的格式,再送到显示器形成图像。在微机中,显卡和显示器相互连接协同工作。,5.4.1 显卡的结构与工作原理,1.显卡的结构,5.4.1 显卡的结构与工作原理,(1)显卡PCB板 (2)显示芯片 (3)显示内存 (4)显卡BIOS (5)随机存储数字模拟转换器(R
23、AMDAC)(6)多显卡连接口 (7)显卡总线接口 (8)显卡输出接口,5.4.1 显卡的结构与工作原理,2.显卡的工作原理 显卡的工作原理极其复杂,大致可以简单地归纳为这样一个过程:首先,由CPU将需要处理的数据通过AGP或PCI-E X16总线传送到显卡的显存中,显示芯片(GPU)提取存储在显存中的数据进行处理。当GPU处理完毕后,相关数据又会被送到显存里暂时储存。然后这些数字图像数据会被送入随机存储数字模拟转换器(RAMDAC)转换成显示器需要的模拟数据(数字信号接口不需此转换),由显示输出接口传输给显示器,成为人们所看到的图像。,5.4.2 显卡的主要技术参数,1.核心频率 核心频率是
24、指显示芯片的工作频率,其工作频率在一定程度上可以反映出显卡的性能。但显卡的性能是由核心频率、流处理器数量、显存频率、显存位宽等多方面的指标所决定的,因此在显示核心不同的情况下,核心频率高并不代表此显卡性能强劲。在同样级别的芯片中,核心频率高的则性能要强一些,提高核心频率就是显卡超频的方法之一。,5.4.2 显卡的主要技术参数,2.流处理器的数量 在DX10显卡出现以前,并没有“流处理器”这个说法。GPU内部由“管线”构成,分为顶点管线和像素管线,顶点管线主要负责3D建模,像素管线主要负责3D渲染。而在DX10时代首次提出了“统一渲染架构”,显卡取消了传统的“顶点管线”和“像素管线”,统一改为流
25、处理器(SP)单元,它既可以进行顶点运算也可以进行像素运算。,5.4.2 显卡的主要技术参数,3.核心位宽 核心位宽是指显示芯片内部数据总线的位宽,即显示芯片内部所采用的数据传输位数。目前主流的显示芯片基本都采用了256位的位宽,采用更大的位宽意味着在数据传输速度不变的情况下,瞬间所能传输的数据量越大。 4.显存频率 显存频率是指显存在显卡上的工作频率。显存频率由显存的类型来决定。GDDR3显存能提供较高的显存频率,一般为2GHz,主要用于中低端显卡。高端显卡则使用GDDR5作为显存,频率可达6GHz。,5.4.2 显卡的主要技术参数,5.显存容量 显存容量是指显卡上显存的空间容量。显存存放着
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