最新計算機 鍵盤與顯示電路設計

1、微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日最新計算機 鍵盤與顯示電路設計微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日一、概述l在計算機系統(tǒng)中，除中央處理機之外的設備都叫做外部設在計算機系統(tǒng)中，除中央處理機之外的設備都叫做外部設備。外部設備承擔著計算機外部各種媒體形式的信息與計備。外部設備承擔著計算機外部各種媒體形式的信息與計算機內(nèi)部數(shù)字信號之間轉(zhuǎn)換的重任。外部設備也是人與計算機內(nèi)部數(shù)字信號之間轉(zhuǎn)換的重任。外部設備也是人與計算機溝通與聯(lián)系的接口，是計算機發(fā)揮作用的通道與橋梁。算機溝通與聯(lián)系的接口，是計算機發(fā)揮作

2、用的通道與橋梁。計算機的外部設備多種多樣，型號不同、規(guī)格不同、性能計算機的外部設備多種多樣，型號不同、規(guī)格不同、性能不同、價格不同，同一設備在結(jié)構上、工作原理上、操作不同、價格不同，同一設備在結(jié)構上、工作原理上、操作方法相差很大，而且在高性能設備上往往采用了最新的科方法相差很大，而且在高性能設備上往往采用了最新的科技成果，技術含量越來越大。因此學習一些有關外部設備技成果，技術含量越來越大。因此學習一些有關外部設備工作原理、基本結(jié)構、使用方法等基礎知識，對于計算機工作原理、基本結(jié)構、使用方法等基礎知識，對于計算機的開發(fā)和應用、外部設備的維護和設計是非常重要的。的開發(fā)和應用、外部設備的維護和設計是

3、非常重要的。微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日8.1鍵盤設計微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日8.1.1鍵盤的基本工作原理l1.鍵盤的分類鍵盤的分類（1）編碼鍵盤 鍵盤控制電路的功能完全依靠硬件自動完成，這種鍵盤稱鍵盤控制電路的功能完全依靠硬件自動完成，這種鍵盤稱為編碼鍵盤，它能自動將按下鍵的編碼信息送入計算機。編為編碼鍵盤，它能自動將按下鍵的編碼信息送入計算機。編碼鍵盤響應速度快，但它以復雜的硬件結(jié)構為代價，而且其碼鍵盤響應速度快，但它以復雜的硬件結(jié)構為代價，而且其復雜性隨著按鍵功能的增加

4、而增加。復雜性隨著按鍵功能的增加而增加。（2）非編碼鍵盤 與編碼鍵盤不同，非編碼鍵盤并不直接提供按鍵的編碼信與編碼鍵盤不同，非編碼鍵盤并不直接提供按鍵的編碼信息，而是用較為簡單的硬件和一套專用程序來識別按鍵的位息，而是用較為簡單的硬件和一套專用程序來識別按鍵的位置。置。 非編碼鍵盤由軟件、硬件配合完成鍵盤的工作。利用軟件非編碼鍵盤由軟件、硬件配合完成鍵盤的工作。利用軟件驅(qū)動下的硬件來完成諸如掃描、編碼、傳送等功能，這個程驅(qū)動下的硬件來完成諸如掃描、編碼、傳送等功能，這個程序被稱之為鍵盤處理程序。整個鍵盤處理程序由查詢程序、序被稱之為鍵盤處理程序。整個鍵盤處理程序由查詢程序、傳送程序、譯碼程序三

5、部分組成。傳送程序、譯碼程序三部分組成。 微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日l鍵盤工作過程：(1)(1)主程序首先調(diào)用查詢程序，通過查詢接口逐行掃主程序首先調(diào)用查詢程序，通過查詢接口逐行掃描鍵位矩陣，同時檢測行列的輸出，由行與列的交描鍵位矩陣，同時檢測行列的輸出，由行與列的交連信號確定某閉合鍵的坐標，即得到被按鍵對應的連信號確定某閉合鍵的坐標，即得到被按鍵對應的掃描碼；掃描碼；(2)(2)主程序調(diào)用傳送程序?qū)⒌玫降膾呙璐a傳送給位于主程序調(diào)用傳送程序?qū)⒌玫降膾呙璐a傳送給位于主機內(nèi)的鍵盤接口電路；主機內(nèi)的鍵盤接口電路；(3)(3)主程序調(diào)用譯碼程

6、序?qū)㈡I盤接口內(nèi)的掃描碼翻譯主程序調(diào)用譯碼程序?qū)㈡I盤接口內(nèi)的掃描碼翻譯為相應鍵的編碼信息；為相應鍵的編碼信息；(4)(4)在需要的時候，鍵盤接口電路把上述編碼信息傳在需要的時候，鍵盤接口電路把上述編碼信息傳送給主機。送給主機。微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日8.1.2鍵的識別l1、行掃描法行寄存器列緩沖器DB1IORINPORTIOWOUTPORT5V第0行第1行第2行第3行第4行第0列第1列第2列第3列1微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日l2.行反轉(zhuǎn)法行反轉(zhuǎn)法微機原理與接口技術微機原理與接

7、口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日8.1.3抖動和重鍵問題的解決l1、去除抖動除抖動可用硬件或軟件實現(xiàn)。硬件除抖動電路通常由一個 R-S 觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路構成。軟件除抖動的方法是在檢測到有按鍵按下時，先延遲 10ms 再檢測鍵是否仍保持閉合狀態(tài)。讀鍵碼閉合抖動釋放抖動圖8.3 按鍵抖動波形微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日l2、重鍵 重鍵是指在同一時刻有兩個或多個鍵同時按下的情況，此時存在著是否給予識別或識別哪一個鍵的問題。對重鍵的處理，一般有兩種方法。1）雙鍵鎖定 只要檢測到有兩個或兩個以上的鍵被按下，就不考慮從鍵盤

8、讀鍵碼，只把最后釋放的鍵看做是正確的被按鍵，并讀取其鍵碼。2）N鍵連鎖 只考慮按下一個鍵的情況。當一個鍵被按下時，在此鍵未完全釋放之前，對其他按鍵不予理會，只產(chǎn)生最先按下鍵的鍵碼。這種方法較為常用。微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日8.1.4鍵盤工作方式l1、程序控制掃描方式 程序控制掃描方式是指單片機在空閑時，才調(diào)用鍵盤掃描子程序，并反復地掃描鍵盤，直到用戶從鍵盤上輸入命令或數(shù)據(jù)，而在執(zhí)行鍵入命令或處理鍵入數(shù)據(jù)過程中，CPU將不再響應鍵入要求，直到CPU重新掃描鍵盤為止。l2、定時掃描方式 定時掃描方式就是每隔一定時間對鍵盤掃描一次，它利用

9、單片機內(nèi)部的定時器產(chǎn)生一定的時間的定時，當定時時間到就產(chǎn)生定時器溢出中斷，CPU響應中斷后對鍵盤進行掃描，并在有鍵按下時識別出該鍵執(zhí)行響應的鍵功能程序。微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日l3、中斷掃描方式 鍵盤工作在程序控制掃描方式時，當無鍵按下時CPU要不間斷的掃描鍵盤，直到有鍵按下為止。如果CPU要處理很多事情，這種方式將不能適應。定時掃描方式只要時間一到，CPU就去掃描鍵盤，工作效率有了進一步的提高。但這兩種方式常使CPU處于空掃狀態(tài)，而中斷方式下，CPU可以一直處理自己的工作，知道有鍵閉合時發(fā)出中斷申請，CPU響應中斷，執(zhí)行相應的中斷

10、服務程序，才對鍵盤進行掃描，從而提高了CPU的工作效率。微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日8.1.5微機鍵盤l1鍵盤控制電路鍵盤矩陣1688048(XT)或?qū)Ｓ每刂破?AT)串行接口8255A(XT)或8042(AT)CPU鍵盤緩沖區(qū)FIFO緩沖區(qū)圖8.4 鍵盤接口示意圖 PC PC鍵盤一般由鍵盤矩陣和以單片機或?qū)Ｓ每刂破鳛楹诵逆I盤一般由鍵盤矩陣和以單片機或?qū)Ｓ每刂破鳛楹诵牡逆I盤控制電路組成，被稱為智能鍵盤。單片機通過執(zhí)行固的鍵盤控制電路組成，被稱為智能鍵盤。單片機通過執(zhí)行固化在化在ROMROM中的鍵盤管理和掃描程序，對鍵盤矩陣進行掃描，發(fā)中

11、的鍵盤管理和掃描程序，對鍵盤矩陣進行掃描，發(fā)現(xiàn)、識別按鍵的位置，形成與按鍵位置對應的掃描碼，并以現(xiàn)、識別按鍵的位置，形成與按鍵位置對應的掃描碼，并以串行的方式送給微機主板上的鍵盤接口電路，供系統(tǒng)使用串行的方式送給微機主板上的鍵盤接口電路，供系統(tǒng)使用 微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日2鍵盤接口電路l目前目前 PC 常用的鍵盤接口有常用的鍵盤接口有 3 種。種。 l(1) 標準接口。 一般用于早期的一般用于早期的 AT 主板上，所以也稱作主板上，所以也稱作 AT 接口。標準接接口。標準接口為圓形，比口為圓形，比 PS/2 接口要大，習慣上稱之為

12、大口。接口要大，習慣上稱之為大口。l(2) PS/2 接口。 PS/2 接口為具有接口為具有 6 針的圓形插座，目前針的圓形插座，目前 PC 上一般都具有上一般都具有連接鍵盤的連接鍵盤的PS/2 接口。接口。 l(3) USB 接口。 由于由于 USB 設備具有即插即用，支持熱插拔等優(yōu)點，很多設備具有即插即用，支持熱插拔等優(yōu)點，很多設備都采用了設備都采用了 USB 接口，鍵盤也不例外。選擇接口，鍵盤也不例外。選擇 USB 接口接口的鍵盤主要考慮主機上是否具有空余的的鍵盤主要考慮主機上是否具有空余的 USB接口。接口。 微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年

13、4月24日l3、鍵盤硬件中斷服務程序 當 PC 機的鍵盤接口收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，通過機內(nèi) 8259 向 CPU 請求中斷，CPU 在中斷允許的條件下，響應鍵盤中斷，從而轉(zhuǎn)入 BIOS 的鍵盤中斷服務程序，主要功能如下： (1) 從鍵盤接口讀取鍵盤掃描碼，判斷是否合法；非法時結(jié)束中斷，不予處理。 (2) 如果是特殊鍵(如 CapsLock、Ins、Alt、Ctrl、Shift 等)，將狀態(tài)存入 BIOS 數(shù)據(jù)區(qū)的鍵盤標志單元。 (3) 將掃描碼轉(zhuǎn)換成 ASCII 碼，判斷轉(zhuǎn)換后的 ASCII 碼是否合法。 (4) 判斷鍵盤緩沖區(qū)是否已滿，如果已經(jīng)存滿，則中斷結(jié)束。鍵盤緩沖區(qū)未滿時，將ASCII

14、碼存入鍵盤緩沖區(qū)，并修改它的指針，結(jié)束中斷，正常返回。(5) 對于系統(tǒng)復位組合鍵(CtrlAltDel)、中止組合鍵(CtrlC 或 CtrlBreak)、暫停(AltNumLock)、打印屏幕(ShiftPrint)等則直接執(zhí)行，完成其對應的操作功能。 微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日應用舉例l應用舉例：用應用舉例：用 INT 16H(AH00H)中斷調(diào)用，實現(xiàn)從鍵盤輸入中斷調(diào)用，實現(xiàn)從鍵盤輸入 20 個字符。該程序代碼個字符。該程序代碼l如下：如下： lDATA SEGMENT lBUF DB 20 DUP（？）（？） ；設置內(nèi)存緩沖區(qū)

15、；設置內(nèi)存緩沖區(qū) lMESS DB NO CHARACTER!，0DH，0AH，$ lDATA ENDS lCODE SEGMENT lASSUME CS：CODE，DS：DATA lSTART： MOV AX，DATA lMOV DS，AX lMOV CX，20 ；設置初值；設置初值 lMOV BX，OFFSET BUF lLOP1： MOV AH，1lPUSH CX lMOV CX，0 lMOV DX，0 lINT 1AH lLOP2： MOV AH，0 lINT 1AH lCMP DL，100 lJNZ LOP2 lMOV AH，l lINT 16H lJZ DONE ；無輸入字符，則結(jié)

16、束；無輸入字符，則結(jié)束 lMOV AH，0 lINT 16H lMOV BX，AL ；把字符存入內(nèi)存緩沖區(qū)；把字符存入內(nèi)存緩沖區(qū) lINC BX lPOP CX lLOOP LOP1 lJMP ENlDONE： MOV DX，OFFSET MESS lMOV AH，09H lINT 21H ；顯示提示信息；顯示提示信息 lEN： MOV AH，4CH lINT 21H ；返回；返回DOS lCODE ENDS lEND START微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日8.2七段碼led顯示接口8.2.1led顯示器的結(jié)構e dc dp+5V/地地

17、gfa b+5V/地地10 97 681 24 53agdfbecdpR8abcdgdpefR8abcdgdpef+5V(a) 結(jié)構和引腳(b) 共陰極接法(c) 共陽極接法微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日l七段LED顯示器是用發(fā)光二極管顯示字形的顯示器件。在應用系統(tǒng)中通常使用的七段顯示器。七段顯示器由七段構成，每一段是一個發(fā)光二極管，排成一個“日”字形，通過控制某幾個二極管的導通發(fā)光而顯示某一字形，如數(shù)字09，字符A、B、C、D、E、F等。如圖8.5所示。表8.4 字形段碼關系表數(shù)字共陽極段碼共陰極段碼數(shù)字共陽極段碼共陰極段碼0C0H3F

18、H998H67H1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF8EH71H7F8H07H 7F H80H880H7FH8.00HFFH微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日8.2.2led顯示器的工作方式和顯示程序l一、LED顯示器的工作方式1、靜態(tài)顯示方式 靜態(tài)顯示方式就是當顯示器顯示某一個字符時，相應的發(fā)光二極管恒定的導通或截止。LED顯示器在靜態(tài)顯示方式下，各顯示位的位選線即共陰極點（或共陽極點）連接一起接地（或接+5V）；各顯示位

19、的段選線（ag）與一個8位并行口相連。2、動態(tài)顯示方式 所謂動態(tài)的顯示方式，就是一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描）。對某一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。動態(tài)顯示動態(tài)顯示電路中將所有顯示位的段選碼線并聯(lián)在一起，由一個8位I/O控制，而位選線（共陰極點或共陽極點）分別由相應的I/O口線控制。點或共陽極點）分別由相應的I/O口線控制。微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日l二、LED顯示器接口及顯示程序1、單個LED與CPU連接 agdfbecdp圖8.6 單個LED與CPU的連接abcdgdpef8位鎖存器&D0D7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q

20、6Q7+5VDB0DB790HIOW微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日l2、動態(tài)顯示接口圖8.7 8位動態(tài)LED的顯示接口鎖存器鎖存器驅(qū)動器驅(qū)動器GG端口A端口B段碼寄存器位碼寄存器陽極陰極b7b6b0abcdgdpefDB0DB7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日l MOVDI,Dismem；指向顯示緩沖區(qū)首址；指向顯示緩沖區(qū)首址lMOVCL,80H；只想左端；只想左端LED顯示器顯示器lMOVAL,00H；將；將00送位碼鎖存器，關顯示送位碼鎖存器，關顯示

21、lMOVPortB，ALlDisp:MOVAL,DI ；取要顯示的字符；取要顯示的字符lMOVBX,SegptlXLAT；顯示字符的段碼給；顯示字符的段碼給ALlOUT PortA, AL；將段碼送至；將段碼送至A口口lMOVAL, CLlOUTPortB, AL；將位碼送；將位碼送B口口lPUSH CX；保存位碼至堆棧；保存位碼至堆棧lMOVCX, 50H；延時一定時間；延時一定時間lDelay:LOOPDelaylPOPCXlCMPCL,01；顯示至最右端了嗎？；顯示至最右端了嗎？lJZDesendlINCDI；否，指向下一位要顯示的字符；否，指向下一位要顯示的字符lSHRCL,1 ；位碼

22、右移一位，指向下一個數(shù)位；位碼右移一位，指向下一個數(shù)位lJMPDisplDisend:RETlSegptDB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80HlDB90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,7FHlDismem DB02H,00H,00H,05H,10H,00H,05H,10H微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日8.3液晶顯示器及其顯示接口8.3.1液晶顯示器的工作原理1.液晶及分類 液晶顯示器的基本原理：在電場的作用下，液晶分子從特定的初始排列狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌帕蟹绞?。隨著分子排列

23、的變化，液晶的光學特性發(fā)生變化，從而產(chǎn)生視覺的變化。1）從液晶的物理條件角度，液晶可以分為熱致液晶和溶致液晶兩大類 2）從分子角度看，液晶可分為層列液晶、絲狀液晶和脂狀液晶， 3）按物理結(jié)構，常見的液晶顯示器分為扭曲向列型（Twisted Nematic，TN）、超強扭曲向列型（Super Twisted Nematic，STN）和彩色薄膜型（Thin Film Transistors，TFT）三種。微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日2.TN型液晶顯示器的原理lLCD本身并不發(fā)光，是借助外界光線照射液晶材料而實現(xiàn)發(fā)光的被動顯示器件。液晶分子在

24、導電玻璃電極板之間，由于液晶的四壁效應，彼此正交，按水平方向排列，分子呈90度扭曲狀態(tài)。這樣的結(jié)構能使液晶對光產(chǎn)生旋光作用，使光的偏振方向也旋轉(zhuǎn)90度。當電極兩端加上3v左右的電壓時，在電場的作用下，分子被迫失去扭曲結(jié)構，并呈垂直方向排列，從而失去旋光作用。線性偏振光可直接通過液晶投射在反射板上，并被反射板吸收。人們從液晶顯示板上看到的某些點或段呈“黑色”，組成字段或點陣圖形。反射板上偏振片上電極基板封接劑下電極基板下偏振片電級液 晶材料微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日3、TFT型液晶顯示器的原理透明電極（公用）玻璃板液晶體透明電極背光燈源

25、紅（R）熒光粉藍（B）熒光粉綠（G）熒光粉可見光微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日l TFT液晶顯示器與TN型液晶顯示的原理不同，但在構造上仍有相似之處，只不過把TN型上部電極基板改為FET晶體管，而下層改為共同電極。如圖8.10所示。在光源設計上，TFT型的顯示采用“背透式”照射方式，即假想的光源路徑不是像TN型液晶那樣從上而下，而是從下而上，這樣的做法是在液晶的背部設置類似日光燈燈管，光源照射時通過下偏光板向上透出。在FET的電極導通時，液晶分子的表現(xiàn)如TN型液晶的排列狀態(tài)一樣會發(fā)生改變，通過遮光和透光來達到顯示的目的。微機原理與接口技術微機原理與接口技術 清華大學出版社清華大學出版社2013年4月24日8.3.2液晶顯示器的驅(qū)動方式l液晶顯示器的驅(qū)動是指通過調(diào)整施加在液晶顯示器電極上的電信號的相位、峰值和頻率