第五章 鍵盤及其接口技術(shù)

第五章鍵盤及其接口技術(shù)第1頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三本章主要內(nèi)容

引言5.1鍵盤輸入電路5.2非編碼獨立式鍵盤5.3非編碼矩陣式鍵盤5.4編碼鍵盤

本章小結(jié)

思考題第2頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三引言

在計算機控制系統(tǒng)中，除了與生產(chǎn)過程進行信息傳遞的過程輸入輸出設(shè)備以外，還有與操作人員進行信息交換的常規(guī)輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。鍵盤是一種最常用的輸入設(shè)備,它是一組按鍵的集合，從功能上可分為數(shù)字鍵和功能鍵兩種，作用是輸入數(shù)據(jù)與命令，查詢和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實現(xiàn)簡單的人機對話。

鍵盤接口電路可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。編碼鍵盤采用硬件編碼電路來實現(xiàn)鍵的編碼，每按下一個鍵，鍵盤便能自動產(chǎn)生按鍵代碼。編碼鍵盤主要有BCD碼鍵盤、ASCII碼鍵盤等類型。非編碼鍵盤僅提供按鍵的通或斷狀態(tài),按鍵代碼的產(chǎn)生與識別由軟件完成。第3頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三引言

編碼鍵盤的特點是使用方便，鍵盤碼產(chǎn)生速度快，占用CPU時間少，但對按鍵的檢測與消除抖動干擾是靠硬件電路來完成的，因而硬件電路復(fù)雜、成本高。而非編碼鍵盤硬件電路簡單，成本低，但占用CPU的時間較長。第4頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三5.1鍵盤輸入電路主要知識點:5.1.1鍵盤的抖動干擾5.1.2抖動干擾的消除第5頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三

5.1.1鍵盤的抖動干擾由于機械觸點的彈性振動，按鍵在按下時不會馬上穩(wěn)定地接通而在彈起時也不能一下子完全地斷開，因而在按鍵閉合和斷開的瞬間均會出現(xiàn)一連串的抖動，這稱為按鍵的抖動干擾，其產(chǎn)生的波形如圖5-1所示，當按鍵按下時會產(chǎn)生前沿抖動，當按鍵彈起時會產(chǎn)生后沿抖動。這是所有機械觸點式按鍵在狀態(tài)輸出時的共性問題，抖動的時間長短取決于按鍵的機械特性與操作狀態(tài)，一般為10~100ms，此為鍵處理設(shè)計時要考慮的一個重要參數(shù)。第6頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三鏈接動畫第7頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三

5.1.2抖動干擾的消除

按鍵的抖動會造成按一次鍵產(chǎn)生的開關(guān)狀態(tài)被CPU誤讀幾次。為了使CPU能正確地讀取按鍵狀態(tài)，必須在按鍵閉合或斷開時，消除產(chǎn)生的前沿或后沿抖動，去抖動的方法有硬件方法和軟件方法兩種。

1．硬件方法硬件方法是設(shè)計一個濾波延時電路或單穩(wěn)態(tài)電路等硬件電路來避開按鍵的抖動時間。圖5-2是由R2和C組成的濾波延時消抖電路，設(shè)置在按鍵S與CPU數(shù)據(jù)線Di之間。按鍵S未按下時，電容兩端電壓為0，即與非門輸入Vi為0，輸出Vo為1。當S按下時，由于C兩端電壓不能突變，充電電壓Vi在充電時間內(nèi)未達到與非門的開啟電壓，門的輸出Vo將不會改變，直到充電電壓Vi大于門的開啟電壓時，與非門的輸出Vo才變?yōu)?，

第8頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三圖5-2濾波延時消抖電路鏈接動畫第9頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三這段充電延遲時間取決于R1、R2和C值的大小，電路設(shè)計時只要使之大于或等于100ms即可避開按鍵抖動的影響。同理，按鍵S斷開時，即使出現(xiàn)抖動，由于C的放電延遲過程，也會消除按鍵抖動的影響圖中，V1是未施加濾波電路含有前沿抖動、后沿抖動的波形，V2是施加濾波電路后消除抖動的波形。2．軟件方法軟件方法是指編制一段時間大于100ms的延時程序，在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行這段延時子程序使鍵的前沿抖動消失后再檢測該鍵狀態(tài)，如果該鍵仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認為該鍵已穩(wěn)定按下，否則無鍵按下，從而消除了抖動的影響。同理，在檢測到按鍵釋放后，也同樣要延遲一段時間，以消除后沿抖動，然后轉(zhuǎn)入對該按鍵的處理。第10頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三

5.2非編碼獨立式鍵盤主要知識點:5.2.1查詢法接口電路5.2.2中斷法接口電路第11頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三5.2.1查詢法接口電路

現(xiàn)以3個按鍵為例，圖5-3即為獨立式鍵盤查詢法接口電路。按鍵S0、S1、S2分別通過上拉電阻與CPU的數(shù)據(jù)線D0、D1、D2相連，當按鍵Si閉合時，數(shù)據(jù)線直接接地，因而CPU讀入Di=0；當按鍵Si斷開時，數(shù)據(jù)線通過上拉電阻接到正電源，因而CPU讀入Di=1。該接口電路實現(xiàn)的功能為：查詢檢測是否有鍵按下，如有鍵閉合，則消除抖動，再判斷鍵號，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理。其程序流程如圖5-4所示。采用查詢法時，必須保證CPU每隔一定時間主動地去掃描按鍵一次，該掃描時間間隔應(yīng)小于兩次按鍵的時間間隔，否則會有按鍵不響應(yīng)的情形。顯然這種方式占用CPU時間比較多。

第12頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三圖5-3獨立式鍵盤結(jié)構(gòu)原理

第13頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三圖5-4獨立式鍵盤查詢法程序流程圖鏈接動畫第14頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三

5.2.2中斷法接口電路仍以3個按鍵為例，圖5-5是一個爐溫控制系統(tǒng)的功能鍵分配圖，S0、S1、S2分別代表自動/手動切換、爐溫參數(shù)顯示和爐溫參數(shù)打印功能。在上述查詢法接口電路的基礎(chǔ)上，再把按鍵S0、S1、S2的數(shù)據(jù)輸出線經(jīng)過與非門和反相器后與8255A的選通輸入信號PC4相連，8255A的PC3發(fā)出中斷請求信號經(jīng)中斷控制器8259A與CPU的中斷請求引腳相連，這是一種典型的中斷法鍵盤接口電路。第15頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三圖5-5獨立式鍵盤中斷法接口電路鏈接動畫第16頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三當CPU對8255A初始化（8255A的A口工作于方式1輸入）后，CPU即執(zhí)行主程序。當按下S0鍵即表示要進入自動控制狀態(tài)，此時與之相連的I/O口線呈現(xiàn)為低電平的同時，與非門輸出為高電平，經(jīng)反相器變?yōu)榈碗娖?，?255A端口A的選通輸入信號PC4有效，則PA0～PA2引腳接收并存入3個按鍵的“0”或“1”狀態(tài)，當恢復(fù)成高電平后，經(jīng)TSIT時間，8255A的PC3發(fā)出INTRa中斷請求信號，經(jīng)中斷控制器8259A向CPU申請中斷，CPU響應(yīng)中斷后，即轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序中。中斷服務(wù)程序依次查詢按鍵的通斷狀態(tài)，當查詢到是自動/手動（即S0=0）時，則轉(zhuǎn)到自動/手動控制子程序的入口地址，從而使系統(tǒng)進入自動控制狀態(tài)。如果沒有鍵按下，則相應(yīng)的I/O口線均為高電平，也不會產(chǎn)生中斷信號，CPU繼續(xù)運行主程序。

工作過程第17頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三鍵盤中斷服務(wù)子程序，與查詢方式相似，在保護現(xiàn)場后，首先調(diào)用100mS延時子程序去除抖動，然后依次查鍵號，并轉(zhuǎn)入鍵功能處理程序，最后恢復(fù)現(xiàn)場、中斷返回。顯然，查詢順序代表了按鍵的排隊優(yōu)先級。采用中斷法時，CPU對按鍵而言是被動方式，在無鍵按下時不占用CPU時間，因而CPU有更多的時間執(zhí)行其他程序。

上述分析說明：獨立式鍵盤接口電路簡單靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時，需要占用較多的I/O口線。比如64個按鍵，需要有64根線，不僅連線復(fù)雜，查詢按鍵的時間也較長。故這種鍵盤電路只適合于按鍵數(shù)量比較少的小型控制系統(tǒng)或智能控制儀表中。第18頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三

5.3非編碼矩陣式鍵盤主要知識點:5.3.1矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)組成5.3.2矩陣式鍵盤的程序設(shè)計第19頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三5.3.1矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)組成

矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤，是用I/O口線組成的行、列矩陣結(jié)構(gòu)，在每根行線與列線的交叉處，二線不直接相通而是通過一個按鍵跨接接通。采用這種矩陣結(jié)構(gòu)只需M根行輸出線和N根列輸入線，就可連接M×N個按鍵。通過鍵盤掃描程序的行輸出與列輸入就可確認按鍵的狀態(tài)，再通過鍵盤處理程序便可識別鍵值。鍵盤與CPU的接口可采用并行端口8255A、鎖存器或緩沖器一類。圖5-6給出了一種8×8非編碼矩陣式鍵盤的接口電路。行輸出電路由行掃描鎖存器74LS273、反相器與行線X0～X7連接組成，列輸入電路由三態(tài)緩沖器74LS244與列線Y0～Y7以及上拉電阻組成。X、Y線的每一個交叉處跨接一個鍵，其鍵值分別是十進制數(shù)的01，02，……，64。該鍵盤的接口地址為PORT1。第20頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三圖5-6矩陣式鍵盤接口電路鏈接動畫第21頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三

當鍵盤中無任何鍵按下時，所有的行線和列線被斷開且相互獨立，輸入線Y0～Y7列都為高電平；當有任意一鍵按下時，則該鍵所在的行線與列線接通，因此，該列線的電平取決于該鍵所在的行線?；诖?，產(chǎn)生了“行掃描法”與“線反轉(zhuǎn)法”兩種識別方法。

行掃描法又稱逐行零掃描查詢法，即逐行輸出行掃描信號“0”，使各行依次為低電平，然后分別讀入列數(shù)據(jù)，檢查此（低電平）行中是否有鍵按下。如果讀得某列線為低電平，則表示此（低電平）行線與此列線的交叉處有鍵按下，再對該鍵進行譯碼計算出鍵值，然后轉(zhuǎn)入該鍵的功能子程序入口地址；如果沒有任何一根列線為低電平，則說明此(低電平)行沒有鍵按下。接著進行下一行的“0”行掃描與列讀入，直到8行全部查完為止，若無鍵按下則返回。

有時為了快速判斷鍵盤中是否有鍵按下，也可先將全部行線同時置為低電平，然后檢測列線的電平狀態(tài)，若所有列線均為高電平，則說明鍵盤中無鍵按下，立即返回；若要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被控下，然后再如上那樣進行逐行掃描。

第22頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三5.3.2矩陣式鍵盤的程序設(shè)計在計算機控制系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是CPU工作的一部分。因此在設(shè)計鍵盤掃描程序時，必須要保證鍵盤操作的實時性，又不能占有CPU太多的時間，還要充分考慮到抖動干擾的消除。一般可根據(jù)情況選用編程掃描、定時掃描或中斷掃描中的一種方式。下面來考慮掃描程序的編寫與準備。逐行輸出行掃描信號“0”，即是CPU依次使行線X0～X7為低電平，其輸出數(shù)據(jù)代碼分別為01H（X0線）、02H（X1線）、04H（X2線）、08H（X3線）、10H（X4線）、20H（X5線）、40H（X6線）、80H（X7線）。第23頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三

為消除按鍵的抖動干擾，程序中需調(diào)用延時100ms的子程序,以便認定確有鍵按下再識別其鍵值。

求十進制鍵值的方法是分別設(shè)一個行值寄存器CL和列值寄存器DL。接口電路中跨接在行列線上的64個鍵，由于同一列相鄰行之間相隔數(shù)8，所以每進行一次“0”行掃描后，如果此行無鍵按下，則行寄存器CL應(yīng)加08再進行下一行的“0”行掃描；若有鍵按下則不加08而轉(zhuǎn)求列值，由于列值比鍵值小1，如第一行第一列的鍵按下時列值Y0(即數(shù)據(jù)位D0)＝0比01鍵值小1，所以列值寄存器DL應(yīng)先加1，然后將讀入的列值循環(huán)右移，判斷進位位CF是否等零即有否鍵按下，若無鍵按下，再繼續(xù)加1、右移、判斷，重復(fù)上述過程直到有鍵按下。最后把行值和列值相加并進行DAA修正，即可得到所求的十進制鍵值。(計算過程中所有數(shù)為壓縮型BCD碼)(0,8,16,24,32,40,48,56)(1,2,3,4,5,6,7,8)第24頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三

例如跨接在X2行與Y1列的18鍵按下，其鍵值計算方法如下：第一次“0”行掃描X0行，無鍵按下，CL=00+08=08，接下來掃X1行，仍無鍵按下，加08并進行DAA修正，CL=08+08=16，再掃X2行，此時讀入的列值不等于FFH即表明有鍵按下，則CL=16不變。然后轉(zhuǎn)求列值，列值寄存器先加1再把讀入的列值循環(huán)移位，由于按下的鍵在Y1列，所以需移位兩次才能移出0值，因此DL=02，然后將行值寄存器與列值寄存器之值相加，并進行DAA修正，得到AL=CL+DL=16+02=18，即鍵值為18。該鍵盤掃描及鍵處理程序流程圖如圖5-7所示，其程序如下：第25頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三圖5-7矩陣式鍵盤掃描及鍵處理程序流程圖鏈接動畫第26頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三程序設(shè)計MOVAL，0MOVCL，AL；行值寄存器CL和列值寄存器DL清零MOVDL，ALMOVAL，0FFHOUTPORT1，AL；使所有行線為低電平INAL，PORT1；讀列鍵值CMPAL，0FFH；檢查是否有鍵按下JZDONE；無鍵按下轉(zhuǎn)返回CALLDELAY；有鍵按下調(diào)延時100mA子程序MOVAL，0FFHOUTPORT1，ALINAL，PORT1；重復(fù)上述掃描,再次確認是否有鍵按下KEY：第27頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三

CMPAL，0FFHJZDONE；

無鍵按下轉(zhuǎn)返回

MOVAH，08；行數(shù)08送計數(shù)器AHMOVBL，01H；行掃描初值(即X0線)送BLKEY1：MOVAL，BLOUTPORT1，AL；輸出使某行為低電平

INAL，PORT1；讀入列值

CMPAL，0FFH；判斷此行是否有鍵按下

JNZKEY2；有鍵按下轉(zhuǎn)KEY2MOVAL，CLADDAL，08；無鍵按下,行值寄存器加08DAAMOVCL，AL第28頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三RCLBL，1；求下一行為低電平的輸出代碼`DECAH；判8行全掃描完了嗎JNZKEY1；若未完轉(zhuǎn)KEY1，繼續(xù)掃描下一行DONE：IRET；若全完則返回KEY2：INCDL；列值寄存器加1(與鍵值對應(yīng))RCRAL，1；列值循環(huán)右移1位JCKEY2；判斷該列是否為1，為1則無鍵按下繼查下一列MOVAL，CL；為0則有鍵按下,獲得列值A(chǔ)DDAL，DLDAA；求鍵值MOV[BUFF]，AL；鍵值送緩沖單元暫存JMPKEYADR；轉(zhuǎn)查找功能鍵的入口地址ENDKEY；第29頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三對于鍵盤處理程序來說，求得鍵值并不是目的。如果該按鍵是數(shù)字鍵，就應(yīng)把該鍵值直接送到顯示緩沖區(qū)進行鍵值的數(shù)字顯示；如果該按鍵是功能鍵，則應(yīng)找到該鍵子程序的入口地址，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行該鍵的功能命令。第30頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三主要內(nèi)容編碼鍵盤電腦鍵盤原理電腦鼠標原理第31頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三5.4編碼鍵盤主要知識點:5.4.1

二進制編碼器5.4.2編碼鍵盤接口電路第32頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三圖5-8二進制編碼鍵盤接口電路第33頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三5.4.1二進制編碼器具有優(yōu)先級的二進制8位編碼器CD4532B的真值表見表5-1。表示芯片優(yōu)先級的輸入允許端Ei為“0”時，無論編碼器的信號輸入I7~I0為何狀態(tài)，編碼器輸出全為“0”，芯片處于屏蔽狀態(tài)，同時Eo為“0”，也屏蔽下一級芯片,工作狀態(tài)端GS均為“0”；當輸入允許端Ei為“1”時，且編碼器的信號輸入I7~I0全為“0”時，編碼輸出也為“0”，但輸出允許端Eo為“1”，表明此編碼器輸入端無鍵按下，卻允許優(yōu)先級低的相鄰編碼器處于編碼狀態(tài)；工作狀態(tài)端GS均為“0”。該芯片的8個輸入端當中，I0的優(yōu)先級最高，I7的優(yōu)先級最低。當有多個鍵按下時，優(yōu)先級高的被選中，同時自動屏蔽優(yōu)先級低的各輸入端和下一級芯片(使Eo端為“0”)。比如處于正常編碼狀態(tài)即Ei為“1”時，當I0端為“1”，其余輸入端無論為“1”或“0”，編碼輸出均為二進制000，同時GS端為“1”，Eo端為“0”；而當I0端為“0”，當I1端為“1”時，編碼輸出則為二進制001；……以此類推，輸入端的鍵值號與二進制編碼輸出一一對應(yīng)。

第34頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三表5-1二進制8位編碼器CD4532B真值表狀態(tài)輸入編碼輸出EiI7I6I5I4I3I2I1I0GSO2O1O0Eo0××××××××00000100000000000011×××××××1100001××××××10100101×××××100101001××××1000101101×××10000110001××100000110101×10000001110011000000011110第35頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三5.4.2編碼鍵盤接口電路圖5-8是一種采用兩片CD4532B構(gòu)成的16個按鍵的二進制編碼接口電路。其中由于U1的Eo作為U2的Ei，所以按鍵S0的優(yōu)先級最高，S15的優(yōu)先級最低。U1和U2的輸出O2~O0經(jīng)或門A3~A1輸出，以形成低3位編碼D2~D0。而最高位D3則由U2的GS產(chǎn)生,當按鍵S8~S15中有一個閉合時，其輸出為“1”。從而S0~S15中任意一個鍵被按下，由編碼位D3~D0均可輸出相應(yīng)的4位二進制碼。第36頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三圖5-8二進制編碼鍵盤接口電路第37頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三消除鍵盤按下時產(chǎn)生的抖動干擾為了消除鍵盤按下時產(chǎn)生的抖動干擾，該接口電路還設(shè)置了由與非門B1、B2、電阻R2、電容C2組成的單穩(wěn)電路和由或門A4、電阻R1、電容C1組成的延時電路電路中E、F、G、H和I這五點的波形如圖5-9所示。由于U1和U2的GS接或門A4的輸入端，所以當按下某鍵時，A4為高電平，其輸出經(jīng)R1和C1延時后使G點也為高電位，作為與非門B3的輸入之一。同時，U2的輸出信號Eo觸發(fā)單穩(wěn)(B1和B2)，在暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間ΔT內(nèi)，其輸出F點為低電位，也作為與非門B3的輸入之一。

第38頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三由于暫穩(wěn)態(tài)期間(ΔT)E點電位的變化（即按鍵的抖動）對其輸出F點電位無影響，所以此時不論G點電位如何，與非門B3輸出(H點)均為高電位。當暫穩(wěn)延時結(jié)束，F(xiàn)點變?yōu)楦唠娢?，而G點仍為高電位(即按鍵仍閉合)，使得H點變?yōu)榈碗娢?，并保持到G點變?yōu)榈碗娢粸橹?即按鍵斷開)。也就是說，按下S0~S15中任意一個按鍵，就會在暫穩(wěn)態(tài)期間ΔT之后（恰好避開抖動時間）產(chǎn)生選通脈沖（H點）或STB（I點），作為向CPU申請中斷的信號，以便通知CPU讀取穩(wěn)定的按鍵編碼D3~D0。第39頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三圖5-9消抖電路波形圖G=0按鍵斷開第40頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三電腦鍵盤工作原理IBMPC鍵盤分為XT,AT,PS/2，USB鍵盤.

PC系列機使用的鍵盤有83鍵、84鍵、101鍵、102鍵和104鍵等多種。XT和AT機的標準鍵盤分別為83鍵和84鍵，而286機以上微機的鍵盤則普遍使用101鍵、102鍵或104鍵。83鍵鍵盤是最早使用的一種PC機鍵盤，其鍵號與掃描碼是一致的。這個掃描碼被直接發(fā)送到主機箱并轉(zhuǎn)換為ASCII碼；84/101/102/104鍵鍵盤：高檔PC機的出現(xiàn)，鍵盤功能和按鍵數(shù)目得到了擴充，鍵盤排列也發(fā)生了變化，產(chǎn)生的掃描碼與83鍵鍵盤的掃描碼不同。為了保持PC系列微機的向上兼容性，需將84/101/102/104鍵鍵盤的掃描碼轉(zhuǎn)換為83鍵鍵盤的掃描碼，一般將前者叫作行列位置掃描碼，而將后者稱為系統(tǒng)掃描碼。顯然，對于83鍵鍵盤，這兩種掃描碼是相同的。

第41頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三PC/XTPC/ATIBM

PC/XT

是美國國際商用機器公司(IBM)與1983年3月8日發(fā)布了PC的改進型，因為它帶有一個容量為10MB的硬盤，這是硬盤第一次成為PC的標準配置。XT預(yù)裝了DOS

2.0系統(tǒng)，支持“文件”的概念并以“目錄樹”存儲文件

IBM

PC/AT

是美國國際商用機器公司(IBM)于1984年發(fā)布、1987年停產(chǎn)的個人電腦產(chǎn)品，正式名稱是IBM

5170

PC

AT?！癆T”是英文“先進技術(shù)”（Advanced

Technology）的縮寫，這是由于它引入了標準的16位ISA總線以及采用了當時最新的英特爾80286處理器。第42頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三第43頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三第44頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三編碼形式鍵盤是由一組排列成矩陣方式的按鍵開關(guān)組成，通常有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型IBM系列個人微型計算機的鍵盤屬于非編碼類型。微機鍵盤主要由單片機、譯碼器和鍵開關(guān)矩陣三大部分組成。其中單片機采用了INTEL8048單片微處理器控制，這是一個40引腳的芯片，內(nèi)部集成了8位CPU、1024×8位的ROM、64×8位的RAM、8位的定時器／計數(shù)器等器件。

第45頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三與老式的編碼式鍵盤相比，非編碼鍵盤：結(jié)構(gòu)要簡單許多，省略了復(fù)雜的編碼電路和蜘蛛網(wǎng)似的走線而且更重要的是，由于非編碼式鍵盤將按鍵結(jié)構(gòu)和輸出鍵碼分離，所以當需要制造不同鍵位排列的鍵盤時，不需要重新設(shè)計鍵盤線路，而只要將控制電路中的鍵位排列表格重新刷新就可以了。例如在德文鍵盤上，子母“Y”和“Z”的位置是互調(diào)的，那么如果要把一條英文鍵盤生產(chǎn)線改造成德文鍵盤生產(chǎn)線，什么都不用改變，只須在控制芯片中刷進一個新的排列表，將“上層導(dǎo)線1－下層導(dǎo)線4”的位置寫作“Y”，“Z”字也作同樣處理就行了，顯然比重新布線要簡單了很多。這也就是為什么非編碼式鍵盤大行其道的原因。第46頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三由于鍵盤排列成矩陣格式，被按鍵的識別和行列位置掃描碼的產(chǎn)生，是由鍵盤內(nèi)部的單片機通過譯碼器來實現(xiàn)的。單片機在周期性掃描行、列的同時，讀回掃描信號線結(jié)果，判斷是否有鍵按下，并計算按鍵的位置以獲得掃描碼。當有鍵按下時，鍵盤分兩次將位置掃描碼發(fā)送到鍵盤接口；按下一次，叫接通掃描碼；釋放時再發(fā)一次，叫斷開掃描碼。因此可以用硬件或軟件的方法對鍵盤的行、列分別進行掃視，去查找按下的鍵，輸出掃描位置碼，通過查表轉(zhuǎn)換為ASCII碼返回。第47頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三掃描識別按鍵鍵盤在掃描過程中，7位計數(shù)器循環(huán)計數(shù)。當高5位(D6一D2)狀態(tài)為全“0”時，經(jīng)譯碼器在0列線上輸出一個“0”,其余均為“1”；而計數(shù)器的低二位(D1D0)通過4選1多路選擇器控制0—3行的掃描。計數(shù)器計一個數(shù)則掃描一行，計4個數(shù)全部行線掃描一遍，同時由計數(shù)器內(nèi)部向D2進位，使另一列線1變低，行線再掃描一遍。只要沒有鍵按下，多路選擇器就一直輸出高電平，則時鐘一直使計數(shù)器循環(huán)計數(shù)，對鍵盤輪番掃描。當有一個鍵被按下時，若掃描到該鍵所在的行和列時，多路選擇器就會輸出一個低電平，去封鎖時鐘門，使計數(shù)器停止計數(shù)。這時計數(shù)器輸出的數(shù)據(jù)就是被按鍵的位置碼(即掃描碼)。

第48頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三8048利用程序讀取這個鍵碼后，在最高位添上一個“0”，組成一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，然后從P22引腳以串行方式輸出。在8048檢測到鍵按下后，還要繼續(xù)對鍵盤掃描檢測，以發(fā)現(xiàn)該鍵是否釋放。當檢測到釋放時，8048在剛才讀出的7位位置碼的前面(最高位)加上一個“1”，作為“釋放掃描碼”，也從P22引腳串行送出去，以便和“按下掃描碼”相區(qū)別。送出“釋放掃描碼”的目的是為識別組合鍵和上、下檔鍵提供條件。第49頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三同時，主機還向鍵盤發(fā)送控制信號，主機CPU響應(yīng)鍵盤中斷請求時，通過外圍接口芯片8255A一5的PA口讀取鍵盤掃描碼并進行相應(yīng)轉(zhuǎn)換處理和暫存；通過PB口的PB6和PB7來控制鍵盤接口工作。第50頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三機械鍵盤、薄膜接觸式鍵盤、電容鍵盤。老機械鍵盤存在著開關(guān)容易損壞、易污染、易老化的缺點，現(xiàn)已基本淘汰。現(xiàn)在基本上用薄膜接觸式鍵盤電容鍵盤在可靠性上比前者有質(zhì)的飛躍，使用壽命較長，。

第51頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三發(fā)展歷史早期的鍵盤是由美國IBM公司推出的，當時采用的計算機鍵盤為83鍵鍵盤。不久IBM又推出了84鍵的鍵盤設(shè)計標準，將鍵盤分為三個區(qū)，即功能區(qū)、打字鍵區(qū)及負責光標控制和編輯的副鍵盤區(qū)，這種鍵盤主要區(qū)域的劃分標準一直沿用至今。隨著微軟Windows視窗操作系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，IBM公司于1986年首次推出了101鍵的標準鍵盤，除添加了F11、F12兩個功能鍵之外，還在鍵盤的中部多加了一組專用的光標控制和編輯的鍵，使鍵盤功能得到了進一步擴充，成為當時業(yè)界的標準鍵盤。后來，為與微軟的Win95操作系統(tǒng)相配合，IBM又推出了104鍵鍵盤，新增了3個功能鍵（亦稱Windows快捷鍵或熱鍵<HotKey>），使以前需要打開好幾個窗口才能完成的某些功能，通過快捷鍵的設(shè)定直接啟動菜單完成，而不必再點擊鼠標，這樣就使計算機的操作更加便易。目前，這種104鍵的鍵盤因其又被業(yè)界所通常采納而又被業(yè)界通稱為標準鍵盤。第52頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三通信PS/2設(shè)備履行一種雙向同步串行協(xié)議。換句話說，每次數(shù)據(jù)線上發(fā)送一位數(shù)據(jù)并且每在時鐘線上發(fā)一個脈沖就被讀入。設(shè)備可以發(fā)送數(shù)據(jù)到主機，而主機也可以發(fā)送數(shù)據(jù)到設(shè)備，但主機總是在總線上有優(yōu)先權(quán)，它可以在任何時候抑制來自設(shè)備的通信，只需把時鐘線電平拉低即可。在稍后的鼠標接口中講解第53頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三什么是鍵盤的鍵位沖突？簡單的說，也就是當你同時按下鍵盤上的幾個鍵的時候，這幾個鍵不能同時反映出來，這就叫做鍵盤的鍵位沖突。例如說，你能想象當你按下Ctrl－Alt－Del時，系統(tǒng)只能接收到前兩個鍵，而死活不承認你按了Del鍵嗎？當然，現(xiàn)實中是不會有這樣的鍵盤的，按不下Ctrl－Alt－Del的鍵盤根本就沒法出廠，但其他一些常見的鍵位沖突就不稀奇了。例如，經(jīng)常有一些鍵盤不能同時對例如A-S-空格這樣的按鍵組合作出反應(yīng)，這樣在FPS游戲中，使用者就會大為吃虧。第54頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三根據(jù)上層薄膜和下層薄膜所經(jīng)過的按鍵，就可以排出一個類似下面的表格：

上層導(dǎo)線1

上層導(dǎo)線2

上層導(dǎo)線3

上層導(dǎo)線4

上層導(dǎo)線5

……

下層導(dǎo)線1

1

2

3

4

5

……

下層導(dǎo)線2

Q

W

E

R

T

……

下層導(dǎo)線3

A

S

D

F

G

……

下層導(dǎo)線4

Z

X

C

V

B

……

……

……

……

……

……

……

……第55頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三第56頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三在非編碼鍵盤的接口控制電路中，就存儲著這樣一張表格，當按下某個按鍵，例如“Q”時，那么在這一點上，上下兩個觸點就會連通，反映到接口電路中，就會檢測到上層導(dǎo)線1與下層導(dǎo)線2被連通了。相對應(yīng)在表中一查，就會知道，被按下的是字母“Q”，然后通過接口輸出其ASCII碼。第57頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三但在同時按下3個或3個以上按鍵時，情況就復(fù)雜了。在一種情況下，例如同時按下“Q”、“D”、“B”時，此時，從表中我們可以看出，上層導(dǎo)線1－下層導(dǎo)線2、上層導(dǎo)線3－下層導(dǎo)線3、上層導(dǎo)線5－下層導(dǎo)線4都分別連通，此時系統(tǒng)完全可以正常識別出按下了這三個按鍵。但當按下“Q”、“D”、“E”

？此時，我們可以發(fā)現(xiàn)，由于第三組連通的導(dǎo)線變成了上層導(dǎo)線3－下層導(dǎo)線2，所以，此時反映到接口控制芯片的信號是：上層導(dǎo)線1－下層導(dǎo)線2－上層導(dǎo)線3－下層導(dǎo)線3統(tǒng)統(tǒng)被連通到了一起。第58頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三但是，問題就在于，除了按下的第三個按鍵是“E”以外，如果按下的第三個鍵是用來連通上層導(dǎo)線1和下層導(dǎo)線3的“A”，也會有同樣的信號組合？事實上，“Q”、“E”、“A”、“D”四個按鍵中按下任何三個都會有同樣的信號組合，兩行都有兩個列輸出，那么此時接口電路怎么判斷呢？究竟是按下了哪三個按鍵或者是同時把四個按鍵都按下了呢？

這個時候，大多數(shù)鍵盤選擇的方式，就是按照一個固定的規(guī)則輸出固定的按鍵組合代碼，對于其他可能的組合方式統(tǒng)統(tǒng)予以忽略，換句話說，在上面的鍵盤中，可能無論你怎么按這四個按鍵，它可能永遠只會輸出“Q”－“E”－“D”的組合，盡管可能你按下的實際是“Q”－“A”－“D”（這里只是一個假設(shè)，實際上為了避免誤碼，大多數(shù)鍵盤根本只輸出兩個按鍵而已）。于是，“鍵位沖突”就出現(xiàn)了。第59頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三由于非編碼鍵盤的固有結(jié)構(gòu)，“鍵位沖突”是不可避免的。于是就需要鍵盤的設(shè)計者絞盡腦汁修改鍵盤的線路排列和待查表格，盡量使可能會有的常用組合按鍵避開沖突鍵位——盡管要做到所有的按鍵都不發(fā)生沖突是不可能的，但你總不能讓Ctrl－Alt－Del相互沖突吧？那這樣的鍵盤還怎么用？還有如果四個方向鍵相互沖突，那賽車類的游戲還怎么玩？

不過，由于市場上的游戲?qū)嵲谔啵總€游戲都可能會有自己常用的按鍵組合，甚至每個人都有自己的習慣按鍵，鍵盤的設(shè)計者當然不可能面面俱到，有經(jīng)驗的設(shè)計師可能會考慮得多一些，至少對最常見的游戲和最常見的按鍵設(shè)置能夠保證不出現(xiàn)問題，但要考慮到所有情況當然是不可能的。第60頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三鼠標輸入原理光電式鼠標例：HDNS2000組成的鼠標

HDNS2000是安捷倫推出的高性能的光學(xué)感測芯片，它的內(nèi)部包含三個基本模塊：圖像拾取系統(tǒng)、DSP處理器、PS/2或四狀態(tài)輸出轉(zhuǎn)換器，如圖1所示。第61頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三在HDNS2000芯片的底部有一個感光眼，如同一個小型的攝像頭，不斷地對物體表面進行拍照，接著將前后兩次的圖像送入DSP中進行處理，以判斷物體移動的方向和大小，最后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為PS/2格式或者以兩通道四狀態(tài)格式輸出。圖2中的（a)與(b)分別為芯片前后兩次拾取的圖像。比較圖2中的(a)和(b)可以看出，物體向左下方移動了一點。第62頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三HDNS2000的圖像拾取系統(tǒng)每秒鐘可以拾取1500張圖像，可以精確地測量最高30.48cm/s（12英寸/s）的運動，解析度為400點每英寸。第63頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三PS2_C：PS/2接口的時鐘端。MODE/XA：復(fù)用引腳，接高電平時表示選擇PS/2模式；否則，為XA輸出。RB/XB：復(fù)用引腳，PS/2模式時為鼠標右鍵輸入；否則，為XA輸出。MB/YB：復(fù)用引腳，PS/2模式時為鼠標中鍵輸入；否則，為YB輸出。LB/YA：復(fù)用引腳，PS/2模式為鼠標左鍵輸入；否則，為YA輸出。XY_LED：激光LED控制輸出，在物體長時間不移動時，HDNS2000可以控制LED關(guān)閉，以節(jié)約能量。VDD3：3.3V直流電源輸入。REFB：內(nèi)部參考引腳，通過電容與VDD3相連。PS2_D：PS/2接口的數(shù)據(jù)端。NRESET：低電平復(fù)位引腳。VDD5：5V直流電源輸入。GND：電源地。OSC2：晶振輸出。OSC1：晶振輸入，外接18.432MHz晶振。第64頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三PS/2接口

第65頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三一般，具有五腳連接器的鍵盤稱之為ＡＴ鍵盤，而具有六腳ｍｉｎｉ－ＤＩＮ連接器的鍵盤則稱之為ＰＳ／２鍵盤。其實這兩種連接器都只有四個腳有意義。它們分別是Ｃｌｏｃｋ（時鐘腳）、Ｄａｔａ數(shù)據(jù)腳、＋５Ｖ（電源腳）和Ｇｒｏｕｎｄ（電源地）。在ＰＳ／２鍵盤與ＰＣ機的物理連接上只要保證這四根線一一對應(yīng)就可以了。ＰＳ／２鍵盤靠ＰＣ的ＰＳ／２端口提供＋５Ｖ電源，兩個腳Ｃｌｏｃｋ（時鐘腳）和Ｄａｔａ數(shù)據(jù)腳都是集電極開路的，所以必須接大阻值的上拉電阻。它們平時保持高電平，有輸出時才被拉到低電平，之后自動上浮到高電平。第66頁，共77頁，2023年，2月20日，星期三ＰＳ／２通訊協(xié)議ＰＳ／２通訊協(xié)議是一種雙向同步串行通訊協(xié)議。通訊的兩端通過Ｃｌｏｃｋ（時鐘腳）同步，并通過Ｄａｔａ（數(shù)據(jù)腳）交換數(shù)據(jù)。任何一方如果想抑制另外一方通訊時，只需要把Ｃｌｏｃｋ（時鐘腳）拉到低電平。如果是ＰＣ機和ＰＳ／２鍵盤間的通訊，則ＰＣ機必須做主機，也就是說，ＰＣ機可以抑制ＰＳ／２鍵盤發(fā)送數(shù)據(jù)，而ＰＳ／２鍵盤則不會抑制ＰＣ機發(fā)送數(shù)據(jù)。一般兩設(shè)備間傳輸數(shù)據(jù)的最大時鐘頻率是３３ｋＨｚ，大多數(shù)ＰＳ／２設(shè)備工作在１０～２０ｋＨｚ。推薦值在１５ｋＨｚ左右，也就是說，Ｃｌｏｃｋ（時鐘腳）高、低電平的持續(xù)時間都為４０μｓ。每一數(shù)據(jù)幀包含１１～１２個位，具體含