微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)（第2版）：第8章 人機(jī)交互接口

1、第8章 人機(jī)交互接口 人機(jī)交互接口就是用戶與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流的接口，即用戶如何將信息輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)如何將處理后的信息告訴用戶。使用人機(jī)交互接口的設(shè)備主要有：鍵盤、鼠標(biāo)器、掃描儀等常見的輸入設(shè)備，CRT顯示器、液晶顯示器、LED七段顯示器、打印機(jī)、繪圖機(jī)等常見的輸出設(shè)備。 8.1 鍵盤接口 鍵盤是微機(jī)系統(tǒng)上最基本的標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備。用戶通過(guò)鍵盤向計(jì)算機(jī)輸入操作命令、程序或數(shù)據(jù)。盡管目前已有語(yǔ)音輸入、手寫板輸入、圖象掃描識(shí)別等多媒體輸入方式，然而鍵盤的重要地位還不會(huì)被其他輸入方式所取代。 編碼鍵盤能夠由硬件邏輯自動(dòng)提供與被按鍵對(duì)應(yīng)的ASCII碼或其它編碼。編碼鍵盤中的某一鍵按下后，能夠提供與該鍵相對(duì)

2、應(yīng)的編碼信息。如果是ASCII碼鍵盤，就能提供與該鍵相對(duì)應(yīng)的ASCII碼。編碼鍵盤的缺點(diǎn)是硬件設(shè)備隨著鍵數(shù)的增加而增加。非編碼鍵盤僅僅簡(jiǎn)單地提供被按鍵行和列的矩陣，其它工作都靠程序?qū)崿F(xiàn)，這樣，非編碼鍵盤就為系統(tǒng)軟件在定義鍵盤的某些操作上提供了更大的靈活性。目前已有一些專用芯片可以完成其中的一些工作。非編碼鍵盤具有價(jià)格便宜、配置靈活的特點(diǎn)。 8.1.1 捎除抖動(dòng)及重鍵處理 鍵盤的按鍵有機(jī)械式、電容式、薄膜式等多種，但就它們的作用而言，都是一個(gè)使電路“通”或“斷”的開關(guān)。在對(duì)機(jī)械式按鍵進(jìn)行鍵盤輸入時(shí)，一般存在兩個(gè)問題，即觸點(diǎn)彈跳與同時(shí)按下一個(gè)以上鍵的問題，也就是所謂的抖動(dòng)與重鍵的問題。 1抖動(dòng) 抖

3、動(dòng)是開關(guān)本身的一個(gè)最普遍的問題，它的產(chǎn)生是當(dāng)機(jī)械開關(guān)的觸點(diǎn)閉合時(shí)，在達(dá)到穩(wěn)定之前需要短暫抖動(dòng)或彈跳幾下，即反復(fù)閉合、斷開幾次之后，才能達(dá)到可靠地閉合在一起。抖動(dòng)也存在于開關(guān)斷開時(shí)，其情形與開關(guān)閉合時(shí)相同。抖動(dòng)產(chǎn)生的尖脈沖情況如圖8.1.1所示。根據(jù)所用鍵的不同質(zhì)量，鍵的抖動(dòng)時(shí)間可為1020ms。鍵的抖動(dòng)會(huì)引起一次按鍵被讀入多次。解決鍵的抖動(dòng)可以使用硬件濾波方法或軟件延遲方法。硬件濾波是對(duì)每一個(gè)鍵加上R-C濾波電路，或加上RS去抖電路。這種方法通常在鍵數(shù)少的情況下使用。而鍵數(shù)較多時(shí)，則經(jīng)常采用軟件去抖動(dòng)技術(shù)，這種方法的實(shí)質(zhì)就是采用一個(gè)產(chǎn)生20ms左右延遲的子程序，以等待鍵的輸出達(dá)到完全穩(wěn)定后才去

4、讀取代碼。 2重鍵 所謂重鍵是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的鍵同時(shí)按下，或者一個(gè)鍵按下后還未彈開，另一個(gè)鍵又按下的情況。由于操作上的原因，在鍵盤上同時(shí)按下一個(gè)以上的鍵是可能的（組合鍵除外）。檢測(cè)出這種現(xiàn)象并防止產(chǎn)生錯(cuò)誤編碼是很重要的。解決這個(gè)問題的三種主要技術(shù)是：兩鍵同時(shí)按下保護(hù)技術(shù)，n鍵同時(shí)按下保護(hù)技術(shù)和n鍵連鎖技術(shù)。 8.1.2 線性鍵盤 從按鍵的連接方式，鍵盤可以分為線性鍵盤和矩陣鍵盤兩類。 線性鍵盤采用獨(dú)立式按鍵，是最簡(jiǎn)單的鍵盤結(jié)構(gòu)，它是指直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每一按鍵互相獨(dú)立地各自接通一條輸入I/O口線，每根I/O口線上的按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)影響其它I/O口線的工作狀態(tài)。如圖8.1.

5、2所示為線性鍵盤的按鍵電路。通常按鍵輸入都采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)，I/O口線有確定的高電平。當(dāng)I/O口內(nèi)部有上拉電阻時(shí)，外電路可以不配置上拉電阻。 線性鍵盤電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大。故在按鍵數(shù)量不多時(shí)，常采用這種按鍵電路。 線性鍵盤電路 假設(shè)8255A的A口、B口、C口、控制口的端口地址分別是60H、61H、62H、63H，采用軟件消抖技術(shù)（只考慮前沿消抖），編程實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵K3K0的識(shí)別，假設(shè)按鍵K3K0的對(duì)應(yīng)編碼為30，識(shí)別按鍵后，將對(duì)應(yīng)的編碼存到AH寄存器中。有D20ms延時(shí)子程序可以調(diào)用。 程序設(shè)

6、計(jì) 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)8.1.3 矩陣鍵盤 為了減少鍵盤接口所占用I/O線的數(shù)目，在按鍵數(shù)較多時(shí)，通常都將按鍵排列成矩陣形式。矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤，用I/O口線組成行、列結(jié)構(gòu)。按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。例如22的行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成4個(gè)鍵的鍵盤，44的行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成16個(gè)鍵的鍵盤。利用這種矩陣結(jié)構(gòu)只需N+M條I/O口線，即可連接NM個(gè)按鍵。在這種矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)中，對(duì)按鍵的識(shí)別是對(duì)鍵盤掃描后，通過(guò)軟件來(lái)完成的。鍵盤掃描方式一般有兩種，一種是傳統(tǒng)的行掃描法，另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。 1行掃描法 行掃描法是步進(jìn)掃描方式，每次向鍵盤的某一行發(fā)出掃描信號(hào)，同時(shí)通過(guò)檢查列線的輸出來(lái)確定閉合鍵的位置。 以圖8.

7、1.3的電路連接為例，假設(shè)行輸出端口1的地址為200H，列輸入端口2的地址為201H，采用軟件消抖技術(shù)（只考慮前沿消抖），編程實(shí)現(xiàn)對(duì)0鍵F鍵的識(shí)別，識(shí)別按鍵后，將按鍵的鍵號(hào)（即0）存到AH寄存器中，若為重鍵，則將0FFH存到AH寄存器中。有D20ms延時(shí)子程序可以調(diào)用。 本例中，鍵的位置碼是由行號(hào)和列號(hào)組合而成的一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，4位行號(hào)占據(jù)鍵位置碼的高4位，4位列號(hào)占據(jù)鍵位置碼的低4位，比如，B鍵的行號(hào)為1011，列號(hào)為0111，則B鍵的位置碼為10110111。 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)2線反轉(zhuǎn)法 8.1.4 鍵盤工作方式 鍵盤的工作方式有三種，即程序控制掃描方式，定時(shí)掃描方式

8、和中斷掃描方式。1程序控制掃描方式這種方式是利用CPU工作的空余時(shí)間，調(diào)用鍵盤掃描子程序，響應(yīng)鍵盤的輸入請(qǐng)求。2定時(shí)掃描方式這種方式是利用定時(shí)器產(chǎn)生定時(shí)中斷(例如10ms)，CPU響應(yīng)中斷后對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，并在有鍵按下時(shí)轉(zhuǎn)入鍵功能處理程序。定時(shí)掃描方式在本質(zhì)上是中斷方式，但不是實(shí)時(shí)響應(yīng)，而是定時(shí)響應(yīng)。3中斷掃描方式當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)工作時(shí)，并不經(jīng)常需要鍵的輸入，因此，無(wú)論鍵盤是工作于程控方式還是定時(shí)方式，CPU都經(jīng)常處于空掃描狀態(tài)。為了進(jìn)一步提高CPU效率，可以采用中斷掃描方式，當(dāng)鍵盤上有鍵閉合時(shí)便產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，對(duì)閉合鍵進(jìn)行識(shí)別，并作相應(yīng)的處理。 8.1.5 PC機(jī)鍵

9、盤與接口 PC系列機(jī)都采用非編碼鍵盤，其按鍵排列為矩陣式。不同時(shí)期的PC系列機(jī)配有物理上各不相同的鍵盤。早期的PC機(jī)和PC/XT機(jī)使用的是具有83個(gè)按鍵的鍵盤，這種鍵盤一般稱作標(biāo)準(zhǔn)鍵盤。對(duì)80286以上的機(jī)型，一般使用具有101個(gè)按鍵的增強(qiáng)型擴(kuò)展鍵盤。鍵盤與微機(jī)的接口采用如圖8.1.6所示的電纜插頭。早期的PC機(jī)、PC/XT機(jī)和一些增強(qiáng)型擴(kuò)展鍵盤使用的是5針電纜插，不過(guò)目前大部分都是使用6針微型電纜插頭，也有些鍵盤使用USB接口。 鍵盤5針插頭和6針微型插頭接線 PC鍵盤掃描碼與按鍵的對(duì)應(yīng)關(guān)系 增強(qiáng)型擴(kuò)展鍵盤接口邏輯示意圖 鍵盤電路示意圖 鍵盤接口邏輯功能 鍵盤接口邏輯電路的核心是1個(gè)8042

10、單片機(jī)。Intel 8042是一個(gè)通用的外圍接口處理器。內(nèi)部包含有8位CPU、2K ROM、128字節(jié)的RAM、8位可編程計(jì)時(shí)器、兩個(gè)可編程8位I/O口（P10P17和P20P27）和兩個(gè)一位的輸入測(cè)試口TEST0、TEST1。此外，還有一個(gè)8位的狀態(tài)寄存器和兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器。8042可以支持兩個(gè)中斷源和DMA操作，計(jì)時(shí)器可用于產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)或?qū)ν獠啃盘?hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。8042使用的時(shí)鐘信號(hào)是系統(tǒng)時(shí)鐘經(jīng)過(guò)分頻后產(chǎn)生的，頻率為6MHz。 8.1.6 BIOS鍵盤中斷及DOS鍵盤功能調(diào)用 BIOS鍵盤中斷及DOS鍵盤功能調(diào)用有中斷類型碼09H、16H、21H三種方式。 1中斷09H的處理過(guò)程 （1）從鍵盤接

11、口的輸出緩沖寄存器（60H）讀取系統(tǒng)掃描碼。（2）判斷該鍵是單獨(dú)按下或是與組合鍵（SHIFT、CTEL或ALT）一起使用。若字符鍵是單獨(dú)按下，將掃描碼轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的ASCII碼或擴(kuò)展碼（命令鍵、組合功能鍵等的編碼，稱為擴(kuò)展碼）寫入鍵盤緩沖區(qū)。例如，系統(tǒng)掃描碼為1EH，若無(wú)SHIFT一起使用，將其轉(zhuǎn)換為a的ASCII碼61H。若有SHIFT配合使用，則將其轉(zhuǎn)換為A的ASCII碼41H。（3）如果是換擋鍵（如CapsLock，Ins等），將其狀態(tài)存入BIOS數(shù)據(jù)區(qū)中的鍵盤標(biāo)志單元。（4）如果是組合鍵（如Ctrl+Alt+Del），則直接執(zhí)行，完成其相應(yīng)的功能。（5）對(duì)于中止組合鍵（如Ctrl+C或C

12、tfl+Break），強(qiáng)行中止應(yīng)用程序的執(zhí)行，返回DOS。（6）將轉(zhuǎn)換的ASCII碼作為低字節(jié)，以原來(lái)的系統(tǒng)掃描碼作為高字節(jié)存入鍵盤緩沖區(qū)，供系統(tǒng)調(diào)用。鍵盤緩沖區(qū)建立在系統(tǒng)主存的BIOS數(shù)據(jù)區(qū)中，占用32個(gè)字節(jié)，可存放16次擊鍵產(chǎn)生的ASCII碼和掃描碼。它以先進(jìn)先出的方式工作，輸入的鍵盤代碼在其中形成循環(huán)隊(duì)列。中斷09H輸入的地址指針總指向隊(duì)尾，從那里寫入數(shù)據(jù)。（7）在完成上述任務(wù)之后，結(jié)束中斷調(diào)用，中斷返回。至此，1次按鍵輸入的信息才真正送入微機(jī)之中。 2中斷16H的功能 應(yīng)用程序需要使用存入鍵盤緩沖區(qū)的字符，例如需要根據(jù)輸入的字符作為程序的轉(zhuǎn)移條件時(shí)，可使用INT 16H的軟件中斷，它以

13、先進(jìn)先出的方式工作，INT 16H的輸出指針總指向隊(duì)列首，從那里取出字符。 INT 16H有3種子功能，由AH=（0、1、2）識(shí)別。 第一，從鍵盤緩沖區(qū)讀取ASCII碼（包括掃描碼）。 第二，判斷緩沖區(qū)是否為空。若緩沖區(qū)循環(huán)隊(duì)列的首指針與尾指針相同，意味著緩沖區(qū)的鍵碼已經(jīng)取完，等待輸入新的鍵碼。否則，還有未被取走的鍵碼。 第三，判斷當(dāng)前鍵盤的特殊鍵（如CTRL、Caps Lock）的狀態(tài)。用戶可以使用中斷指令I(lǐng)NT 16H獲取相應(yīng)的鍵盤狀態(tài)信息。 3中斷21H的功能 在DOS功能調(diào)用中，也有多個(gè)功能調(diào)用號(hào)用于獲得所需要的鍵盤信息。常用的鍵盤操作功能如下：（1）AH=1功能：從鍵盤輸入一個(gè)字符并

14、回顯在屏幕上。入口參數(shù)：AH=1出口參數(shù)：AL=字符（2）AH=6功能：讀鍵盤字符（直接控制臺(tái)I/O）。入口參數(shù)：AH=6，DL=0FFH（表示輸入）出口參數(shù)：若有字符可取，AL=字符，ZF=0。若無(wú)字符可取，AL=0，ZF=1（3）AH=7功能：從鍵盤輸入一個(gè)字符，不回顯。入口參數(shù)：AH=7出口參數(shù)：AL=字符 （4）AH=8功能：從鍵盤輸入一個(gè)字符，不回顯。檢測(cè)Ctrl_Break。入口參數(shù)：AH=8出口參數(shù)：AL=字符（5）AH=0AH功能：輸入字符到緩沖區(qū)。入口參數(shù)：AH=0AH，DS:DX=緩沖區(qū)首址出口參數(shù)：無(wú)（6）AH=0BH功能：讀鍵盤狀態(tài)。入口參數(shù)：AH=0BH出口參數(shù)：AL

15、=0FFH，有鍵輸入。AL=0，無(wú)鍵輸入（7）AH=0CH功能：清除鍵盤緩沖區(qū)，并調(diào)用一種鍵盤功能。入口參數(shù)：AH=0CH，AL=鍵盤功能號(hào)（1、6、7、8、A）出口參數(shù)：與調(diào)用的功能有關(guān) 8.2 LED顯示器接口 8.2.1 LED七段顯示器結(jié)構(gòu) LED七段顯示器是用發(fā)光二極管顯示字形的顯示器件。在應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段顯示器。七段顯示器由七段組成，每一段是一個(gè)發(fā)光二極管，排成一個(gè)“日”字形。通過(guò)控制某幾個(gè)發(fā)光二極管的導(dǎo)通發(fā)光而顯示出某一字形，如數(shù)字09，字符A、B、C、D、E、F、P等。通常的七段LED顯示器有八個(gè)發(fā)光二極管，故也有人叫做八段顯示器，如圖8.2.1所示。其中七個(gè)發(fā)光二極

16、管構(gòu)成字形“8”，一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。 共陰極LED七段顯示器的段選碼 8.2.2 LED顯示器組成與顯示方式 LED顯示器通常由若干個(gè)LED七段顯示器組成，有靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。1LED顯示器靜態(tài)顯示方式所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)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(diǎn)（或共陽(yáng)極點(diǎn)）連接在一起接地（或接5V）；各顯示位的段選線（ah）與一個(gè)8位并行口相連。靜態(tài)顯示方式電路每一顯示位可獨(dú)立顯示，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。由于每一顯示位都由一個(gè)相應(yīng)的8位輸出口鎖存段選碼，故在同

17、一時(shí)刻不同的顯示位可以顯示不同的字符。2LED顯示器動(dòng)態(tài)顯示方式在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，可采用動(dòng)態(tài)顯示方式。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描）。對(duì)于某一位顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。8.2.3 LED顯示器接口及應(yīng)用舉例 從LED顯示器的顯示原理可知，為了顯示字母與數(shù)字，必須最終轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的段選碼。這種轉(zhuǎn)換可以通過(guò)硬件譯碼器來(lái)進(jìn)行，也可以用軟件進(jìn)行譯碼。 1硬件譯碼顯示器接口 MC14495是Motorola公司生產(chǎn)的CMOS BCD-七段十六進(jìn)制鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)芯片。該電路的特點(diǎn)是可

18、顯示16進(jìn)制字符，同時(shí)還有譯碼器輸入大于等于10時(shí)的指示端（hi）。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)10時(shí)，hi端輸出“1”電平。另外還有輸入數(shù)據(jù)為15時(shí)，電路輸出端為“0”電平（其它輸入狀態(tài)時(shí)為高阻）的功能。電路內(nèi)部還有一個(gè)290歐姆的限流電阻，故LED不須外加限流電阻。當(dāng)顯示數(shù)據(jù)大于等于10時(shí)，hi端輸出“1”電平。注意：若要顯示帶小數(shù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，則需要在LED七段顯示器的h端另加驅(qū)動(dòng)控制，MC14495本身不能完成顯示小數(shù)點(diǎn)的功能。 2軟件譯碼顯示器接口 由于微型機(jī)本身具有較強(qiáng)的邏輯控制能力，所以采用軟件譯碼并不復(fù)雜。而且軟件譯碼的譯碼邏輯可隨意編程設(shè)定，不受硬件譯碼邏輯限制。采用軟件譯碼還能簡(jiǎn)化硬件電路結(jié)構(gòu)，

19、因此，在微型機(jī)和單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，使用最廣泛的還是軟件譯碼的顯示接口。 （1）軟件譯碼靜態(tài)顯示接口 例8.2.1 某8086 CPU系統(tǒng)通過(guò)8255A與按鍵開關(guān)、LED七段顯示器等外部設(shè)備相連接，電路原理如圖8.2.4所示。 由圖可知，8255A的端口A、端口B、端口C、控制端口的地址分別為C4H、C5H、C6H、C7H。8255A工作在方式0，端口A輸入，端口B輸出，能夠正常工作的控制字為10010000B（90H）。電路中的LED七段顯示器采用共陽(yáng)極顯示器，靜態(tài)工作方式。在LED七段顯示器段碼驅(qū)動(dòng)時(shí)，采用了反向驅(qū)動(dòng)，所以要注意正確配置段碼表。電路連接了4個(gè)按鍵開關(guān)K3K0。4個(gè)按鍵開關(guān)K3

20、K0組成了4位二進(jìn)制數(shù)值（K3對(duì)應(yīng)高位，K0對(duì)應(yīng)低位），并對(duì)應(yīng)1位十六進(jìn)制數(shù)。 8255A與按鍵、七段顯示器連接電路原理圖 程序段 程序段 （2）軟件譯碼動(dòng)態(tài)顯示接口 動(dòng)態(tài)顯示程序設(shè)計(jì)中顯示程序的要點(diǎn)：1）解決顯示譯碼問題，因?yàn)橐@示的數(shù)字與其對(duì)應(yīng)的段選碼并沒有有機(jī)的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換規(guī)律，所以要用查表的方法完成這種譯碼功能。2）在進(jìn)入顯示程序之前，為保持顯示的數(shù)據(jù)，專門開辟幾個(gè)單元作為顯示緩沖區(qū)，用以存放要顯示的數(shù)字（十六進(jìn)制數(shù)）。采用軟件譯碼方法一般有兩種表格設(shè)置方案：1）順序表格排列法，即按一定的順序排列顯示段碼。通常顯示的字形數(shù)據(jù)就是該段碼在段碼表中相對(duì)表頭的偏移量。2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)法，即按字形和

21、段碼的關(guān)系，自行設(shè)計(jì)一組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該方法設(shè)計(jì)靈活，但程序運(yùn)行速度較慢。 例8.2.2 LED七段顯示器及其接口 程序設(shè)計(jì)下面是8個(gè)顯示器重復(fù)顯示（50次）8位十六進(jìn)制數(shù)13579BDF的源程序。 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)8.3 視頻系統(tǒng) 視頻系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，包括顯示器和顯示適配器（通常被稱為顯示控制卡、顯示卡、顯卡）。用戶主要是通過(guò)鍵盤和顯示器進(jìn)行人機(jī)對(duì)話來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)操作，沒有顯示器用戶無(wú)法進(jìn)行工作。顯示器能將計(jì)算機(jī)的輸出信息轉(zhuǎn)換成各種直觀的圖形、圖象和字符，程序、數(shù)據(jù)也能在屏幕上顯示出來(lái)。它具有速度快、無(wú)噪音、無(wú)機(jī)械磨損、直觀形象、方便可靠等優(yōu)點(diǎn)。由于顯示器屏幕上的信息只能供觀察，不

22、能永久地記錄，所以又稱為軟拷貝設(shè)備。顯示器的種類很多，按使用的顯示器件不同，主要分為兩大類：一類是陰極射線管顯示器，簡(jiǎn)稱為CRT顯示器；另一類是平板顯示器，主要包括發(fā)光二極管顯示器、LCD液晶顯示器和等離子體顯示器等。 8.3.1 CRT顯示器 1CRT顯示器的基本組成CRT（Cathode Ray Tube）顯示器的基本組成主要包括視頻放大驅(qū)動(dòng)電路、行掃描電路、場(chǎng)掃描電路、高壓電路、CRT顯象管以及機(jī)內(nèi)直流電源等六大部分，如圖8.3.1所示。 在圖8.3.1中，視頻放大驅(qū)動(dòng)電路將主機(jī)經(jīng)顯示卡送來(lái)的視頻信號(hào)放大驅(qū)動(dòng)后，送到CRT顯象管的陰極，產(chǎn)生電子束轟擊屏幕而出現(xiàn)光點(diǎn)。由顯示卡送來(lái)的水平（行

23、）同步信號(hào)與垂直（場(chǎng)）同步信號(hào)，分別經(jīng)行掃描電路和場(chǎng)掃描電路，為CRT顯象管的水平（行）偏轉(zhuǎn)線圈和垂直（場(chǎng)）偏轉(zhuǎn)線圈提供具有一定幅度和線性良好的鋸齒波電流，產(chǎn)生垂直方向和水平方向的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，控制電子束在水平或垂直方向偏轉(zhuǎn)，形成掃描光柵。 CRT顯示器組成框圖 2光柵掃描 電子束首先出現(xiàn)在屏幕的左上角，再掃至右上角，這樣在屏幕上就留下一條線。這條線就稱為光柵線，當(dāng)電子束到達(dá)屏幕右邊后，它又以極高的速度重新定位到屏幕左邊，這樣在第一條軌跡的下面又出現(xiàn)一條線，叫水平回掃。從這點(diǎn)開始經(jīng)水平掃描又在屏幕上產(chǎn)生了第二條顯示線。這個(gè)掃描過(guò)程一直持續(xù)到水平掃描到達(dá)屏幕底部，此時(shí)一幀畫面掃描完畢。最后，電子束又

24、以極高的速度回掃到屏幕左上角，稱為垂直回掃。在水平回掃和垂直回掃的過(guò)程中，要對(duì)電子束進(jìn)行抑制（消隱），使回掃線不在屏幕上顯示出來(lái)。于是在屏幕上就出現(xiàn)了一條條水平的光柵掃描線。 8.3.2 液晶顯示器 液晶顯示器從結(jié)構(gòu)上說(shuō)，屬于平板顯示器件，簡(jiǎn)稱LCD（Liquid Crystal Display）顯示器。1液晶及其分類LCD顯示器的基礎(chǔ)材料是液晶。從字面看，液晶就是“液態(tài)”的“晶體”，可見，它既具有液體的“流動(dòng)性”，又具有晶體的“光學(xué)各向異性”。奧地利生物學(xué)家F.Reinitzer在1888年首先觀察到液晶現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步確認(rèn)后，將這種“兼有液體流動(dòng)性和晶體光學(xué)各向異性的液體”，建議稱之為“液

25、晶”?？梢?，液晶是一種介于固態(tài)和液態(tài)之間的物質(zhì)，是具有規(guī)則性分子排列的有機(jī)化合物，如果把它加熱會(huì)呈現(xiàn)透明狀的液體狀態(tài)，把它冷卻則會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶顆粒的混濁固體狀態(tài)。液晶態(tài)物質(zhì)既具有液體的流動(dòng)性和連續(xù)性，又保留了晶體的有序排列性，物理上呈現(xiàn)各向異性。 2TN液晶顯示器的原理 偏光板偏光板玻璃基板玻璃基板液晶方向圖8.3.3 TN型液晶顯示屏結(jié)構(gòu)3TFT液晶顯示器的原理 TFT液晶顯示器與TN系列液晶顯示器的原理不同，但在構(gòu)造上和TN液晶仍有相似之處，如玻璃基板、配向膜、偏光板等，也同樣采用兩夾層間填充液晶分子的設(shè)計(jì)，只不過(guò)把TN上部夾層的電極改為FET晶體管，而下層改為共同電極。在光源設(shè)計(jì)上，TFT的

26、顯示采用“背透式”照射方式，即假想的光源路徑不是像TN液晶那樣的從上至下，而是從下向上，這樣的作法是在液晶的背部設(shè)置類似日光燈的光管。光源照射時(shí)通過(guò)下偏光板向上透出。在FET電極導(dǎo)通時(shí)，液晶分子的表現(xiàn)如TN液晶的排列狀態(tài)一樣會(huì)發(fā)生改變，通過(guò)遮光和透光來(lái)達(dá)到顯示的目的。 4液晶顯示的驅(qū)動(dòng) 液晶顯示的驅(qū)動(dòng)就是調(diào)整施加在液晶顯示器件電極上的電位信號(hào)的相位、峰值、頻率等，建立驅(qū)動(dòng)電場(chǎng)。液晶顯示的驅(qū)動(dòng)方式有許多種，常用的驅(qū)動(dòng)方法有靜態(tài)驅(qū)動(dòng)法和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法。對(duì)于TN及STN-LCD一般采用靜態(tài)驅(qū)動(dòng)法。 8.3.3 字符和圖形顯示的基本原理 1字符顯示方法為了敘述方便，以黑白字符顯示為例來(lái)講述CRT顯示器字符

27、顯示的工作原理。圖8.3.4是黑白字符顯示的原理示意圖。它由定時(shí)控制電路、顯示存儲(chǔ)器VRAM、字符發(fā)生器ROM、移位寄存器和視頻信號(hào)合成電路組成。 在CRT顯示器進(jìn)行光柵掃描的過(guò)程中，當(dāng)電子束進(jìn)行水平正程掃描時(shí)，圖像信號(hào)通過(guò)控制電子束來(lái)控制各點(diǎn)的亮度，以便在CRT屏幕上形成圖象。而在字符顯示的情況下，只要用視頻信號(hào)對(duì)掃描電子束簡(jiǎn)單地進(jìn)行“開”或“關(guān)”控制，就可以用點(diǎn)陣在屏幕上組成字符。 2圖形顯示方法 顯示圖像的最小單位是像素，而像素又以色彩為數(shù)據(jù)描述對(duì)象。圖8.3.6所示為三種典型的不同顏色數(shù)下的像素組合形式。如果分辨率為320200，則共計(jì)有64000個(gè)像素點(diǎn)。若用1位二進(jìn)制數(shù)據(jù)代表一個(gè)像

28、素，那么這種模式最多可描述2種顏色，8個(gè)像素點(diǎn)占用1個(gè)字節(jié)，總共占用64000/8=8000個(gè)字節(jié)的VRAM。若用2位二進(jìn)制數(shù)據(jù)代表一個(gè)像素，那么這種模式最多可描述4種顏色，4個(gè)像素點(diǎn)占用1個(gè)字節(jié)，總共占用64000/4=16000個(gè)字節(jié)的VRAM。同理，若用4位二進(jìn)制數(shù)據(jù)代表一個(gè)像素，那么這種模式最多可描述16種顏色，2個(gè)像素點(diǎn)占用1個(gè)字節(jié)，總共占用64000/2=32000個(gè)字節(jié)的VRAM?？梢姡瑘D形方式下，分辨率和像素模式?jīng)Q定了VRAM的大小。像素點(diǎn)越多，VRAM越大。顏色數(shù)越多，VRAM越大。 8.3.4 顯示器的主要性能指標(biāo) 1像素和點(diǎn)距構(gòu)成圖象的最小單位或構(gòu)成圖象的點(diǎn)叫像素。 2分

29、辨率分辨率是指整屏可顯示的像素的多少。最大分辨率與屏幕尺寸和點(diǎn)距密切相關(guān)。例如，15英寸的顯示器，當(dāng)點(diǎn)距是0.28mm時(shí)，就可具有1024768點(diǎn)的最大分辨率。在相同分辨率下，點(diǎn)距越小，圖象就越清晰， 3顯示器的尺寸CRT顯示器的尺寸指顯像管的對(duì)角線尺寸。最大可視面積就是顯示器可以顯示圖形的最大范圍。 主要性能指標(biāo)4掃描方式CRT顯示器的掃描方式分為“逐行掃描”和“隔行掃描”兩種。隔行掃描是每隔一行顯示一行，到底后再返回顯示剛才未顯示的行，而逐行掃描是順序顯示每一行。逐行掃描比隔行掃描擁有更穩(wěn)定的顯示效果。目前，只有家用電視仍然采用隔行掃描方式。 5像素的顏色范圍一個(gè)像素可顯示出多少種顏色，由

30、表示這個(gè)像素的二進(jìn)制位數(shù)決定（又稱像素的位寬），如果每個(gè)像素使用8bit（一個(gè)字節(jié)）來(lái)表示它的顏色，則每個(gè)像素可有256色。如使用16bit，有65536種顏色；如用24bit表示，則可有16.8M顏色。 主要性能指標(biāo)6刷新頻率刷新頻率就是屏幕刷新的速度。刷新頻率越低，圖像閃爍和抖動(dòng)得就越厲害，眼睛疲勞得就越快。當(dāng)采用70Hz以上的刷新頻率時(shí)可基本消除閃爍。因此，70Hz的刷新頻率是顯示器穩(wěn)定工作的最低要求。如能達(dá)到80Hz以上的刷新頻率就可完全消除圖像閃爍和抖動(dòng)感，眼睛也不會(huì)太容易疲勞。雖然刷新頻率越高越好，但是過(guò)高的刷新頻率會(huì)加速CRT顯像管的老化，通常85Hz比較合適。 7視頻帶寬視頻帶

31、寬是造成顯示器性能差異的一個(gè)比較重要的因素。帶寬決定著一臺(tái)顯示器可以處理的信息范圍，就是指特定電子裝置能處理的頻率范圍。 8.3.5 顯示適配器 顯示適配器又稱顯示卡、顯卡、圖像加速卡等，通常以附加卡的形式安裝在主板的擴(kuò)展槽中或集成在主板上。顯示適配器是主機(jī)CPU與顯示器之間的接口，其作用是接受CPU的命令、訪問顯示存儲(chǔ)器VRAM、產(chǎn)生屏幕所需的信號(hào)。PC機(jī)采用了許多不同的視頻顯示標(biāo)準(zhǔn)，從MDA、CGA、EGA到VGA等每一種視頻標(biāo)準(zhǔn)都有相應(yīng)的顯示適配器與之對(duì)應(yīng)。幾種視頻標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)如下： MDA（Monochrome Display Adapter）：?jiǎn)紊址@示適配器。MDA是PC機(jī)最早使用的顯示標(biāo)準(zhǔn)。采用914點(diǎn)陣的字符窗口，滿屏顯示80列25行字符，對(duì)應(yīng)分辨率為720350像素。CGA（Color Graphics Adapter）：彩色圖形與字符顯示適配器，可以兼容字符和圖形兩種顯示方式。字符分辨率為4025或8025，圖形分辨率320200或640，前者可選用4種顏色，后者選用兩種顏色。 顯示適配器EGA（Enhanced Graphics Adapter）：增強(qiáng)圖形適配器，顯示標(biāo)準(zhǔn)完全兼容CGA和MDA各種顯示方式，在圖形方式下分辨率為