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  第9章 第9章 人机交互设备接口 学习目标: ◆ 熟练掌握LED数码管、LCD显示器和CRT显 示器的工作原理及其接口设计技术; ◆ 掌握键盘、打印机接口技术,了解多媒 体接口技术; ◆ 理解鼠标、数码相机、触摸屏及图像扫 描仪等输入接口; 第9章 人机交互设备接口 本章目录: 9.1 键盘及其接口 9.2 显示器及其接口 9.3 打印机及其接口 9.4 多媒体技术及其接口 9.5 其它常用人-机输入接口 习题与思考题 9.1 键盘及其接口 键盘分外壳、按键和电路板三部分。 按键开关按结构分为有触点式和无触点 式两大类。 有触点式按键开关有:机械式开关、薄膜开关、 导电橡胶式开关和磁簧式开关等; 无触点式按键开关有:电容式开关、电磁感应式 开关和磁场效应式开关等。 9.1.1 键盘的工作原理 9.1.2 PC系列键盘及其接口电路 9.1.1 键盘的工作原理 按键码的识别方式,键盘分为编码键盘 和非编码键盘。 编码键盘主要依靠硬件电路完成扫描、编码和传送, 直接提供与按键相对应的编码信息,其特点是响应速度快, 但硬件结构复杂。 非编码键盘的扫描、编码和传送则由硬件和软件共同 完成,其响应速度不如编码键盘快,但可以通过软件对键 盘的某些按键重新定义,为扩充键盘功能提供了较大方便。 常用非编码键盘有线性键盘和矩阵键盘。 线性键盘 线性键盘主要适用 于小键盘,其按键 不多,而每个按键 均有一条输入线送 到计算机接口上, 如有n个按键,则有 n条输入线键线性键盘示意图 矩阵键盘 矩阵键盘的按键按 行列排放。 如有i行j列,则可排 列 i×j 个 按 键 , 但 送 往计算机的输入线键矩阵键盘原理图 键码识别 键码识别主要指矩阵结构的键盘,主要 的键码识别方法有: 行扫描法、行列反转法和行列扫描法等。 1.行扫描法 键盘上的各键组合为一个二维矩阵形式, 某一键所在的行列号即为此键的编码。 判断某键是否闭合的原理为: 首先向所有行输出低电平,如无任何键闭合, 则+5V电平经电阻通向所有列线,因而所有列线应 输出高电平。如果某一键按下闭合,则该键所在 列与低电平短路,因而该列变为低电平。此时读 列线即可判断有无键按下。进而通过行列号识别 哪一个键被按下,从而查找到该键的键码。 行扫描法键码识别示意图 具体的识别方法 ? 向第0行输出低电平,其余各行输出高电平,然 后读入所有列线的电平值。如果某列线行和该列相交位置上的键被按下。如果 列线行没有键按下。 ? 向第1行输出低电平,其余行输出高电平,如果 读入的列线仍然全是高电平,说明第1行也无键 按下,应继续检查第2行。依次类推。直到发现 某一列变为低电平,即某键按下,则退出扫描。 ? 根据行号和列号识别闭合的是哪一个键,输出相 应键码。也就是说由行号和列号作为该键的键码。 这种由行列位置表示的键码称为行列码或位置扫描 码,也称为键盘扫描码。 2.行列反转法 ? 先向所有行线输出低电平,同时读入列线。如果 有键按下,则该键所在的列线应为低电平,其余 的列线为高电平。由此确定该键的列号。 ? 然后将行和列进行交换,向所有列线输出低电平, 读行线,同样可确定该键的行号。 ? 有行号和列号就可以确定该键的位置和编码。 行列反转法键码识别示意图 8×8键键盘,使用8255A的PA口和PB口分别作 为行线和列线的输入输出接口。 首先设置PA口为输出,PB口为输入。向PA口输出低电 平,读PB口。若PB口全为高电平,说明无键按下。若PB口 中某一根线列有键按下。 然后设置PA口为输入,PB口为输出。向PB口输出低电 平,读PA口,同样可确定该键的行号。比如PA4为低电平, 则说明按下的键在第4行。 于是可以确定行号和列号,即可识别键码。 3.行列扫描法 行列扫描法是PC机键盘使用的主要键码识别方法, 硬件结构与行扫描法类似。 其工作原理如下: 通过译码器向每一行依次输出低电平,其余各行 为高电平。每扫描一行,读一次列线,如果列线 全为高电平,说明该行没有键按下;如果某一列 为低电平,说明有键按下,如此行号和列号都已 确定。行扫描完成后,依次向每一列输出低电平, 读行线,同样可确定行号和列号。将两次所得的 行号和列号进行对比,如相同,则认为该键码正 确无误,即获得该闭合键的行列扫描码。 抖动和重键 抖动问题: 在一个键按下和释放的一瞬间,从微观上看,按 键开关是在闭合和断开位置间跳动几次才能达到 稳定状态。在电路上,按键按下闭合到释放表现 为一个负的(或正的)矩形脉冲。抖动的存在使 脉冲的开头和尾部出现一些毛齿波。毛齿波持续 的时间一般小于10ms,如不加处理,可能被误判 按键几次。 重键问题: 指由于误操作,两个或两个以上的键同时被按下 闭合,此时键位扫描中会出现错误的行列值。 消除抖动 消除抖动的方法主要有两种: 硬件方法采用RC滤波电路消除抖动的波形。 软件方法通过延时一定时间,等信号稳定后 再去识别键码。 其方法如下:当检查到有键按下后延时约10ms, 再检查是否有键按下。如果第二次检查不到按键, 说明前次检查为抖动;如果第二次检查检查到按 键,说明信号已稳定,为有效按键,可以读取其 键码。等按键释放后重新进行处理。 重键处理 重键处理的主要方法: 连锁法是不停地扫描键盘,重键期间不作识 别,仅承认最后一个闭合键。 顺序法是在识别某闭合键后保持不动,直到 该键释放后再去识别其它按键。 9.1.2 PC系列键盘及其接口电路 PC系列键盘从早期PC/XT使用的83键发 展到现在的101/102键、104键、107键等, 新的功能不断扩充,以适应高档微处理器 和操作系统的要求。 1.PC系列键盘工作原理 PC系列键盘内部都有一个微处理器,键 盘在其控制下实现闭合键扫描、键码识别, 并实现与PC微机的通信 PC/XT键盘工作原理示意图 PC/XT键盘采用的是16×8矩阵结构,其核 心为单片机Intel 8048,不仅承担键码扫描 与识别,而且负责与主机通信。 首先,8048对键盘矩阵进行扫描,获取按键的扫描码,存入 扫描码缓冲器。在主机允许键盘输入时,扫描码经I/O串 行口送往主机的键盘接口。 然后由8255A向CPU申请中断,CPU响应中断后由键盘中断 服务程序将键盘扫描码转换成ASCII码或扩充码,与扫描 码一起存入键盘缓冲区,供主机系统和用户应用程序使用。 PC/XT键盘扫描电路 2.PC系列键盘接口电路 键盘接口主要完成以下功能: ? 串行接收键盘送来的接通扫描码和断开扫描码, 转换为并行数据并暂存起来,向主机发出中断请 求信号。 ? 主机响应中断读取扫描码并转换成相应的ASCII 码,存入键盘缓冲区。 ? 对控制键则做相应的处理。 ? 接口接收主机发送的命令并传送给键盘。 PC/XT键盘接口电路 3.键盘接口编程举例 在PC/XT的BIOS中,与键盘输入相关的 中断有类型09H的硬件中断和软件中断INT 16H。在DOS操作系统的INT 21H也提供键 盘操作的常用功能。 (1)INT 09H中断服务程序中扫描码的读取部分 ┇ IN AL,60H PUSH AX IN AL,61H MOV AH,AL OR AL,80H OUT 61H,AL XCHG AH,AL OUT 61H,AL POP AX MOV AH,AL ┇ ;读8255的A口 ;保存AL中的扫描码 ;读PB口原输出状态 ;置PB7为“1” ;清除LS322和中断触发器 ;PB口的原输出值 ;由AH转到AL ;输出原状态PB7=1, ;PB6=1的值,允许再接收 ;弹出AL中的扫描码 ;放入AH (2)软件中断INT 16H 检测键盘缓冲区是否有字符, 如有,将其ASCII码和扫描码读入 ┇ CHECK: MOV AH,1 INT 16H JZ CHECK MOV AH,0 ;置1号功能 ;执行中断 ;ZF=1,继续检测 ;ZF=0,置0号功能 INT 16H ┇ 9.2 显示器及其接口 9.2.1 LED显示器及其接口 9.2.2 LCD显示器及其接口 9.2.3 CRT显示器及其接口 9.2.1 LED显示器及其接口 LED即发光二极管,是一种注入式电致 发光半导体器件,它由P型和N型半导体组 合而成,能够把电能转变为光能。 常用的LED有单LED显示管、数码管和 点阵显示器等。 1.LED数码管的结构与原理 LED数码管的结构 七段数码管实际共八段: a、b、c、d、e、f、g共七段用来显示十进制或十 六进制数字与一些字符;另一段DP用来显示小数 点。 LED有两种接法: 各个发光二极管的阳极接在一起的称为共阳极显 示器;阴极连在一起的称为共阴极显示器。 对于共阳极显示器而言,发光的相应段须接低电 平才能有效,而共阴极则相反,发光的相应段须 接高电平。 共阴极LED显示器段码 2.LED数码管显示器的接口与编程 LED的显示驱动方式: 1、静态显示驱动 2、动态显示驱动 静态驱动加直流信号,动态驱动加交流信号。由 于直流驱动会减少LCD的寿命,因此一般用交流 信号动态驱动。 LED静态显示 静态显示,就是指当前显示器显示某个 字符时,该显示器相应的发光二极管恒定 地导通或截止,直到送入新的显示码为止。 此种显示方式的每一位数字都需要一个8位触发器来 驱动。 静态显示时,较小的电流即可得到较高的亮度,故可 由8255的输出口直接驱动。 静态连接的缺点是I/O口利用效率低,一般适用于显 示器位数较少的场合。 LED静态驱动电路 LED动态显示 动态显示,是指按位轮流点亮各位显示 器。或者说,接口电路对各位显示器轮流 进行扫描,每隔一定时间点亮一次。 此种情况下,显示器的亮度不仅与导通电流有关,还 与点亮时间与断开时间有关。 当显示器不多于8个时,用于控制显示器公共极电位 的扫描口只须一个8位I/O口即可。而控制显示器各段字型 的段数据口也只须一个8位I/O口。 LED动态驱动电路 例9.1 根据图所示的静态驱动电路编程循环显示0~F字 符(设LED为共阴极连接) 。 LED静态驱动电路显示程序 DATA SEGMENT L_CODE DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H, DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA START: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV BX,OFFSET L_CODE ;BX指向七段显示码表 L0: MOV CX,10H ;显示16个字符 MOV AL,0 ;显示初值 L1: PUSH AX XLAT L_CODE ;取显示码 OUT PORT,AL ;输出显示 MOV DX,0FFFFH DELAY: DEC DX JNZ DELAY ;延时 POP AX INC AL LOOP L1 ;指向下一个字符 ;循环 JMP L0 CODE ENDS END START 9.2.2 LCD显示器及其接口 LCD是一种被动式显示器,由于其功耗 低、体积小、重量轻、低辐射、抗干扰能 力强等特点,因而得到广泛应用并迅速发 展。 1. LCD的分类 目前应用较多的LCD主要分为三大类: ?扭曲向列型LCD(TN-LCD); ?超扭曲向列型(STN-LCD); ?有源阵列型LCD(AM-LCD)。 前两种也统称为无源矩阵LCD,即PM-LCD。 2.LCD的原理与结构 LCD是利用晶体材料的电光效应制作的 一种被动式显示器。液晶本身并不发光, 依靠电信号的控制使周围环境光在显示部 位反射或透射而得以显示。 液晶显示器结构 3. LCD显示器的接口 常用的LCD驱动器芯片有段式驱动、点 阵式驱动等。 MOTOROLA 公 司 生 产 的 MC14543 是 常 用 的 七段码LCD锁存/译码/驱动电路。 而 PCF8566 则 是 一 种 串 行 送 数 的 通 用 LCD 驱 动芯片。 MC14543与LCD的接口 只要在LD锁存禁止端加高电平,BI熄灭端加 低 电 平 , ph 端 输 入 方 波 , A 、 B 、 C 、 D 端 输 入 BCD码,则其输出端就会输出相应的与ph同相或 反相的方波,从而驱动对应的液晶段亮或暗,显 示出数字或字符。 9.2.3 CRT显示器及其接口 CRT(Cathode Ray Tube,阴极射线管)显示器 按显示原理分为: 荫罩式CRT和电压穿透式CRT 按显示色彩分为: 单色显示器和彩色显示器 计算机的显示系统包括显示器及其显示适配 器两部分。 1.CRT显示器的结构和原理 当前使用的CRT显示器主要是彩色显示器, 包括阴极射线管和控制电路两部分。 显像管的功能: 将电信号转换为光信号,将数据信号转换 成光信号显示在荧光屏上,从而完成字符 或图像的显示。 彩色CRT组成原理示意图 基本工作原理 CRT加电以后,阴极被灯丝加热发出三支平行的电子 束。电子束中大量的电子经加速极和阳极的吸引后加速离 开阴极,经过加速极、聚焦极和阳极等组成的电子透镜的 聚焦后形成的三束细电子束在荫罩板的竖条形细缝或小孔 中汇聚后分别按不同强度准确轰击荧光屏上的红(R)绿 (G)蓝(B)三色荧光粉,产生不同颜色的亮点。 荧光屏上的每一个像素都是由红、绿、蓝三原色组合 而成的。同时,行场扫描电路控制CRT外部的偏转线圈, 使光点移动从而形成光栅,点亮整个屏幕。光栅按扫描方 式分逐行扫描和隔行扫描两种方式。逐行扫描可消除屏幕 的闪烁感。整个屏幕被扫描m行,每行有n个像素点,则 整个屏幕有m×n个像素。而图形或字符就是由不同颜色 和亮度的像素组成的。 彩色显示器的主要性能指标 分辨率一般用屏幕上像素的多少来代替,表示为扫 描行数(m)×每行像素数(n)。 色彩指可选择的颜色数及一帧画面可同时显示的颜 色数。 显示速度是指显示字符或图像的速度,尤其是动态 图像的显示速度。 屏幕尺寸是指显像管的尺寸。 还有显示方式、点距、刷新频率、带宽、辐射大小 及屏幕类型等。 2.CRT显示器接口电路 CRT显示器通过适配器与主机接口。 一般显示适配器插在主机内部,而显示器 通过9芯或15芯的D型插座与适配器相连接。 其中9芯信号连接主要用于单色显示器接口,15芯 信号连接则用于彩色显示器接口。 CRT显示器与适配器的连接 (1)单色显示适配器 MDA(Monochrome Display Adapter): 是单色显示适配器,仅支持黑白、字符显示方式。包括显 示数据处理和扫描控制两部分,控制核心为MC6845芯片。 主 要 性 能 指 标 : 字 符 显 示 规 格 80 列 ×25 行 , 分 辨 率 为 720×350,字符点阵框为9×14,字符点阵为7×9,配置 4KB显示缓存。 HGC (Hercules Graphics Card): 单色图形显示卡,配置64KB显示内存。除兼容MDA外, 还支持基本的720×348单色图形模式,通过软件设置,它 还支持640×400单色图形模式及模拟CGA图形模式。 (2)彩色图形适配器 CGA(Color Graphics Adapter) IBM公司最早推出的彩色图形显示适配器,支持 字符模式和图形模式。 CGA字符显示屏幕的格式为80×25或40×25,字符 点阵框为8×8,在图形模式下支持两种分辨率: 320×200和640×200。 CGA共16KB显示内存,其内存起始地址为B8000H。 CRT控制器采用MC6845芯片。 (3)增强型图形适配器 EGA(Enhanced Graphics Adapter) 是IBM公司推出的第二代图形显示适配器, 兼容CGA。 在BIOS视频功能调用INT 10H中,EGA除兼 容CGA的图形显示模式4、5、6外,还有4种附加 图形模式。 EGA的显示内存可达64KB-256KB,附加图形 方 式 的 内 存 起 始 地 址 为 A0000H 。 CRT 控 制 器 采 用专用控制器。 (4)视频图形阵列适配器 VGA(video Graphics Array) 一种高性能的彩色显示适配器。 特点是采用数模转换器(DAC)来增强彩色显示能 力。 除兼容EGA的全部功能外,主要具备以下优点: (1) 分辨率大幅提高。 (2) 支持的颜色数增加到256种,色彩丰富。 显 示 存 储 器 容 量 为 256KB 以 上 。 图 形 方 式 下 CPU访问内存的方式有存储位平面方式和线性方式。 线性访问方式下的内存起始地址为A0000H。CRT控 制器采用专用控制器。 (5)其它显示适配器 超级VGA,即SVGA(Super VGA) 支 持 的 分 辨 率 有 640×480 , 800×600 , 1024×768 , 1280×1024,1600×1200等。可显示的颜色有256色,64K 色,16M色等。 常见的显示标准TVGA和PVGA均是SVGA的一种。 常见的显示适配器还有XGA、PGA、8514/A等。 近几年出现的2D和3D图形加速卡,显示内存 达8MB、16MB、 32MB、64MB,支持色彩则达 16位、24位或32位真彩色,可以处理复杂的高质 量图像。 3.图形显示程序设计 适配器的ROM中固化有视频BIOS程序, 专门提供与图形显示有关的显示器驱动程 序,用户可以调用其中的视频中断INT 10H 来实现字符或图像显示程序的设计。 INT 10H有多种功能,其功能号置于AH寄 存器中。 INT 10H功能表 例9.2 显示器设置光标程序 置光标开始行为4,结束行为6,并将其设置到第4行第7列。 MOV CH,4 MOV CL,6 MOV AH,1 ;设置光标类型 INT 10H MOV DH,4 MOV DL,7 MOV BH,0 MOV AH,2 ;设置光标位置 INT 10H 例9.3 在屏幕上画出一条斜向上的红色直线 分析:要设定图形方式,同时设置彩色调色板。然后通过循环写像 素画出从200行0列到0行200列的红色直线 CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE START: MOV AH,00H MOV AL,04H ;设置为320×200彩色图形方式 INT 10H MOV AH,0BH MOV BH,00H MOV BL,00H ;设置背景色为黑色 INT 10H MOV AH,0BH MOV BH,01H MOV BL,00H ;设置调色板 INT 10H 例9.3 MOV DX,200 MOV CX,0 MOV AL,02H LP1: MOV AH,0CH INT 10H DEC DX INC CX CMP CX,200 JNZ LP1 MOV AH,4CH INT 21H CODE ENDS END START ;确定像素起始点位置 ;设置前景色为红色 ;写像素 ;指向另一像素 ;判断200个像素写完否 9.3 打印机及其接口 打印机内有一个以8位专用微处理器为核心 的打印机控制器,负责打印功能的处理,以及打 印机本身的管理,并通过机内一个标准接口 (Centronics并行接口)与主机进行通信,接收 主机送来的打印数据和控制命令,该接口位于打 印机内,采用多芯电缆与主机内的打印机接口电 路(打印机适配器)相连。 打印机的主要接口信号 例9.4 利用8255A的A口方式0与微型打印机相连, 将内存缓冲区BUFF中的字符打印输出。试完成相 应的软硬件设计。(CPU为8088) 分析: 由PC0充当打印机的选通信号,通过对PC0的 置位/复位来产生选通。同时,由PC7来接收打印 机发出的“BUSY”信号作为能否输出的查询。 8255A的控制字为: 10001000 即88H A口方式0,输出;C口高位方式0输入,低位方式0输出 PC0置位: 00000001 即 01H PC0复位: 00000000 即 00H 8255A的4个口地址分别为:00H,01H,02H,03H。 例9.4打印程序 DADA SEGMENT BUFF DB This is a print program!,$ DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME START: MOV MOV MOV MOV OUT CS:CODE, DS:DATA AX, DATA DS, AX SI,OFFSET BUFF AL, 88H ;8255A初始化,A口方式0,输出 03H, AL ;C口高位方式0输入,低位方式0输出 MOV AL, 01H; OUT 03H,AL ;使PC0置位,即使选通无效 WAIT: IN AL, 02H TEST AL, 80H ;检测PC7是否为1即是否忙 JNZ WAIT ;为忙则等待 MOV AL,[SI] CMP AL,$ ;是否结束符 JZ DONE ;是则输出回车 OUT 00H,AL MOV AL,00H OUT 03H, AL ;不是结束符,则从A口输出 MOV AL, 01H 例9.4打印程序(续) OUT INC JMP DONE: MOV OUT MOV OUT MOV OUT WAIT1: IN TEST JNZ MOV OUT MOV OUT MOV OUT MOV INT CODE ENDS END 03H,AL SI WAIT AL,0DH 00H,AL AL, 00H 03H,AL AL, 01H 03H,AL AL, 02H AL, 80H WAIT1 AL,0AH 00H,AL AL, 00H 03H,AL AL, 01H 03H,AL AH,4CH 21H START ;产生选通信号 ;修改指针,指向下一个字符 ;输出回车符 ;产生选通 ;检测PC7是否为1即是否忙 ;为忙则等待 ;输出换行符 ;产生选通 9.4 多媒体技术及其接口 9.4.1 多媒体计算机概述 9.4.2 多媒体音频处理技术 9.4.3 多媒体视频处理技术 9.4.4 其它多媒体技术 9.4.1 多媒体计算机概述 媒体(Medium),也称为媒质或媒介,主要 是指信息表示、存储和传播的载体。通常 所说的媒体指感觉媒体,例如声音、图像、 图形、动画、文字、数据、文件等。 多媒体技术就是利用计算机及相关设备对多 种媒体上的信息和多种存储媒体上的信息 进行处理和加工的技术。 1.多媒体技术的主要特征 1)交互性:这是多媒体技术的关键特征。用户可利 用其交互性参与到各种媒体的实时编辑、控制和 传递中,取得独特的效果。 2)集成性:多媒体技术的集成性不仅体现在多种媒 体信息的集成,还体现在处理这些媒体的设备和 系统的集成。 3)协同性:多媒体系统必须具备良好的协同性,才 能为用户所接受。所谓协同性,是指各种媒体在 时间和空间上的统一性和连续性。 4)实时性:由于多媒体系统需要处理各种复合信息 媒体,因此多媒体技术必须做到实时处理。 2.多媒体计算机系统的组成与配置 MPC(Multimedia Personal Computer)标准 ? 硬件系统 计算机系统、音频控制卡、视频控制卡、3D图形 显示卡、CD-ROM驱动器等 ? 软件系统 操作系统、多媒体驱动程序、多媒体应用软件和 多媒体创作工具等 ? 外围设备 彩色打印机、图像扫描仪、录像机、数字相机、 投影仪等 多媒体计算机基本配置 3.多媒体技术基础 1、数据压缩技术 目前常用的压缩标准有联合图像专家组JPEG和动态图像 专家组MPEG以及可视电线、大容量存储处理技术 需要大容量存储设备、高速CPU、大容量高速内存及显示 卡、声卡等。 3、智能处理技术 语音、视频和图像的分析、识别、合成、转换及动画仿线、通信技术 要求高的传输速率、大的存储空间和传输带宽。 5、其它技术 并行处理技术、虚拟现实技术、实时操作系统、面向对象 编程等。 9.4.2 多媒体音频处理技术 1.音频信号压缩 一般的声音信号为模拟信号。因此,计 算机要处理音频信息,必须首先将模拟信 号转换为数字信号。 一般模拟信号的带宽为22KHz,对它的采样频率达到 2倍以上才能保证高保线KHz, 设量化位数为16,双声道转换,则每秒钟的存储容量为: 44000×16×2=1408000bit=176KB 一小时数字信息的存储容量为: 176×3600÷1000=633.6MB 数据压缩方法: 无损压缩,主要用于压缩文件,压缩的数据 能恢复原始数据,包括哈夫曼编码和行程 编码等。 有损压缩,压缩度高,一般用于声音和图像 文件的压缩,压缩数据不能完全恢复为原 始数据,但不易被听觉或视觉感受到。 有损压缩主要包括波形编码、参数编码和 混合编码等。 2.乐器数字接口 MIDI(Musical Instrument Digital Interface) 即电子乐器数字接口,是一种技术规范,是多媒 体计算机所支持的产生声音的方法之一,它特别 适合于音乐创作和长时间音乐播放的要求。 MIDI 产 生 声 音 的 方 法 是 根 据 MIDI 文 件 中 的 MIDI信息生成对应的乐器声音波形并放大输出。 MIDI信息一般较为简单,因而MIDI文件较之 波形文件要小很多。 MIDI声音处理过程 3.音频控制卡 音频控制卡即通常所说的声卡,由数字声音 处理芯片DSP、混音芯片、FM合成器芯片、总线接 口芯片等组成。 主要完成以下功能: (1)录制、编辑和播放数字声音文件。 (2)控制音量,并能将不同声源的声音混合生成混合声音 文件。 (3)录制声音文件时具备压缩功能,播放声音文件时具备 解压缩功能。 (4)具备语音合成功能。 (5)具备语音识别功能。 (6)具备MIDI功能。 9.4.3多媒体视频处理技术 1、图像压缩 图像压缩是多媒体视频技术得以实现的 核心技术之一。 目前的彩色电视制式主要有两种,即德 国、中国等国家采用的PAL制和美国、日本 等国家采用的NTSC制。两种制式的视频信 号都是模拟信号。 实现图像压缩的方法分为无损压缩和有 损压缩两种。 图像压缩技术标准 JPEG标准 JPEG(Joint Photographic Experts Group)标准是国际标准 化组织及国际电子技术委员会(ISO/IEC)制定的标准,用户可在一 定范围内调节图像的压缩比及保真度,解码器可参数化,可应用于任 何连续色调的静态图像,不论图像内容、尺寸、色彩级差等。 H.261标准 H.261标准是国际电信联盟(CCITT)制定的视频编码标准,呆板人女友能够插吗美女呆主 要用于视频电话和视频电视会议。该标准采用DCT和DPCM混合编码方 案,DCT用于帧内编码,DPCM用于对当前宏块与该宏块预测值的误差 进行编码。 MPEG标准 MPEG(Moving Picture Experts Group)是ISO/IEC制定的动态 图像压缩编码标准,主要包括MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统三部分。 MPEG视频是标准的核心部分,MPEG系统则保证音频和视频的同步。目 前MPEG已有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等三种标准。 2.视频控制卡 主要功能是将图形、图像和动画等模拟视频 信号转换为数字视频信号,然后对这些信息进行 压缩、存储、解压缩、编辑、传输和播放等各种 处理。 一般视频控制卡由视频窗口控制器、视频缓 冲存储器、A/D转换电路、数字解码器、D/A转换 电路及接口电路等组成。 多媒体视频卡的种类大致分为视频叠加卡、 视频捕捉卡、电视编码卡、TV卡及MPEG解压缩 卡等,也有将几种功能合在一起的视频卡。 9.4.4 多媒体其它技术 1.光盘存储器 存储容量大、速度高等特点,是对磁盘 存储技术的补充和发展。 光盘驱动器由激光头系统、主轴驱动系 统、数据信号处理电路等构成。 激光头为光驱的核心。激光二极管发出的激光经过准 直后聚焦到光盘上,光盘信息点的反射光按原光路返回经 偏振分束器射入透镜,聚焦到光电二极管上还原为电信号。 主轴驱动系统在系统需要时带动光盘高速旋转。 数据信号处理系统则完成读出数据信号的整形放大、 数据编码和缓冲存储等。 光驱的激光头结构示意图 2.电话语音卡 电话语音卡是一种新型多媒体设备。 一台计算机、一块语音卡、一部电话机, 加上相应的软件,就能构成一套电话语音 系统。 该系统能对外来语音电话自动识别、语音应答,还具 备自动拨号、自动开机、录音、放音、传真等功能,因而 可以留言、咨询、转接及读取相应信息等。由于电话语音 服务系统费用低廉,实现方便,其应用已遍及邮电、金融、 公安、航运、机关、企业、事业、商业、医疗和信息服务 业等领域。 9.5 其它常用人-机输入接口 9.5.1 鼠标及其接口 9.5.2 数码相机及其接口 9.5.3 触摸屏及其接口 9.5.4 图像扫描仪及其接口 9.5.1 鼠标及其接口 鼠标在桌面移动时,它把移动的距离和 方向的信息以脉冲的形式送给计算机,计 算机将接收到的脉冲转换成屏幕上光标的 坐标数据,就可以达到指示位置的目的。 1.鼠标的分类及工作原理 根据按键数目分为:两键鼠标和三键鼠标 按内部结构则分为: ? 光机式鼠标 ? 光电式鼠标 ? 轨迹球鼠标 ? 无线遥控式鼠标 ? NetMouse 光机式鼠标 最常用的一种鼠标,其内部有三个滚轴,其中一个为 空轴,另外两个各接一个码盘,分别是X方向和Y方向的 滚轴。三个滚轴都与一个可以滚动的小球接触,小球的一 部分露出鼠标底部与桌面接触。鼠标被拖动时,小球因摩 擦力而滚动,带动三个滚轴转动,从而带动X方向和Y方 向滚轴上的码盘转动。码盘上均匀地刻有一圈小孔,码盘 两侧各有一个发光二极管和光电晶体管。码盘转动时,发 光二极管射向光电晶体管的光束时通时断,从而产生表示 位移和移动方向的两组脉冲。 光电式鼠标 性能较好,它利用发光二极管与光敏晶体管的组合测 量位移。这种鼠标需在专用鼠标板上使用。鼠标板上印有 均匀的网格,发光二极管发出的光照射到鼠标板上时发生 强弱变化的反射,反射光经过透镜聚焦到光敏晶体管上产 生电脉冲。由于光电式鼠标内部有测量X方向和Y方向的 两组测量系统,因而可以对光标精确定位。 轨迹球鼠标 与光机式鼠标区别在于轨迹球按装在鼠标上部,球座 固定不动,靠手拨动轨迹球来控制光标在屏幕上移动。有 些轨迹球鼠标直接按装在键盘上。 无线遥控式鼠标 主要有两种:红外无线型鼠标和电波无线型鼠标。 NetMouse 针对网络设计,在原有两键鼠标的基础上增加了一个 滚轮键。 2.鼠标的接口 PS/2接口、RS-232串行口、USB接口 一般操作系统都附带鼠标驱动程序,优质鼠 标能提供比操作系统附带的驱动程序功能更强大 的驱动程序及实用软件,能对鼠标各按键重新定 义,以满足不同用户的特殊要求。 此外,用户还可以自己编程实现对鼠标的控 制。DOS操作系统的INT 33H就提供了鼠标编程 的十余项功能。 9.5.2 数码相机及其接口 数字相机(Digital Camera)也称数码相机, 在拍摄时直接把光影信息转换为数字信号并记录 下来。 数字相机一般由镜头、电荷耦合器件CCD、 内存、液晶显示界面、电路部分和机械部分共同 构成。 数字相机与计算机的连接方式很多,常见的 就是USB接口和IEEE1394火线 触摸屏及其接口 触摸屏是一种坐标定位设备,在CRT屏幕上 安装透明感应膜,或在屏幕四周安装感应元件, 再加上接口电路和软件后,用户就可以采用与屏 幕接触的方式对微机进行数据输入和控制。 触摸屏系统主要由触摸屏控制器和触摸检测 装置组成。检测装置负责检测触摸屏被触摸的位 置,触摸屏控制器接收检测装置接收到的触摸信 息,转换为触摸点坐标后送给计算机。 按照工作原理,触摸屏主要分为电阻式、电 容式、红外线式、表面声波式等四种。 触摸屏接口有的放在显示器内部,有的放在 显示器外部或机箱内,一般通过RS-232串行口实 现与主机的通信。 触摸屏接口主要完成以下工作: 1、检测并计算触摸点的坐标,经缓冲后送给主机。 2、接收并执行主机命令。如设定相关工作模式及坐 标信息处理方式等。 触摸屏一般都提供一个驱动程序,以进行相 关的定义和控制。 9.5.4 图像扫描仪及其接口 图像扫描仪是光机电一体化产品,主要由光 学成像系统、机械传动系统和转换电路系统构成。 图像扫描仪的核心是负责完成光电转换的电荷耦 合器件(CCD)。 图像扫描仪的主要性能指标 分辨率 表示扫描仪对图像细节的表现能力,通常以每英寸长度的 图像所包含的像素个数来表示,记为DPI。 灰度级 表示灰度图像的亮度层次范围。。 色彩数 表示扫描仪所能产生颜色种类的多少,通常用每个像素颜 色的数据位数表示。 扫描速度 与机械传动速度、数据信号处理速度及扫描方式有关。还 与主机配置及软件环境有关。 扫描幅面 一般用扫描仪所能扫描图稿的最大尺寸表示。 图像扫描仪的类型 按功能分: 黑白扫描仪、灰阶扫描仪和彩色扫描仪三类。 按扫描原理分: 手持式扫描仪、平板式扫描仪和滚筒式扫描仪三类。 按扫描图稿的幅面分: 小幅面的手持式扫描仪、中幅面的台式扫描仪和大幅面的 工程图扫描仪三类。 按扫描图稿的介质分: 反射式(用于不透明的纸材料)扫描仪、透射式(用于透 明胶片)扫描仪及综合以上两种方式的多用途扫描仪等。 图像扫描仪的接口 扫描仪与计算机的接口包括硬件接口和 软件接口两部分。 硬件接口 早期普遍采用IEEE-488或SCSI接口; 目前中档扫描仪采用USB接口较多; 软件接口 指扫描仪驱动程序的接口标准。目前 Windows平台上的软件接口标准为TWAIN 标准。 习题与思考题 1.举例说明矩阵键盘怎样进行键码识别。 2.说明PC键盘接口电路的组成和接口功能。 3.LED数码管的结构和工作原理是怎样的? 4.简述彩色CRT显示器的组成和工作原理。 5.什么是多媒体?多媒体计算机有什么特点? 6.简述鼠标的类型和作用。 7.扫描仪有什么功能?主要性能指标有哪些? 人机交互设备接口培训课件(PPT 101页)_远程、网络教育_成人教育_教育专区。第9章 第9章 人机交互设备接口 学习目标: ◆ 熟练掌握LED数码管、LCD显示器和CRT显 示器的工作原理及其接口设计技术; ◆ 掌握键盘、打印机接口技术,了解多媒 体接口技术; ◆ 理解鼠标