第九章输入输出设备.ppt

1,第九章 输入输出设备,2,9.1 I/O设备概述,主机（主板及内存）以外的设备，也称外部设备。辅助存储器也属于外设。 外设向多样化、智能化、功能复合化、高可靠性的方向发展，人类将最终通过 能听会说，“ 能读会写”的外部设备，使智能计算机成为现实。 输入设备 主要完成输入程序、数据、操作命令、各种图形、图像、声音等信息。 输出设备 输出计算机的处理结果或操作提示。可以是数据、文字、表格、图形、图像或语言。 随着电子器件集成度的提高和价格的下降，主机价格不断下降，使得输入输出设备的成本相对提高，约占整个计算机的70%以上。,3,计算机i/o系统结构演示,4,输入设备,字符输入设备：键盘,图形输入设备：鼠标、光笔,图象：扫描仪、传真机、摄象机,模拟设备：语音输入、AD转换,外设,输出设备,打印机,击打式,非击打式,活字式,点阵式,激光,喷墨,绘图仪,语音输出,显示器,CRT,液晶、等离子体显示器,多媒体,终端设备,外存储器,通信设备,磁盘,磁带,光盘,5,9.2 常用的输入设备,鼠标器、跟踪球和操作杆输入 键盘 触摸屏 图像输入设备（摄像机和数字照相机） 扫描仪 条形码及其技术 光学字符识别技术和语音文字输入系统 光笔、图形板和画笔（或游动标）输入,6,9.2.1 键盘,按结构原理划分：按键分有触点和无触点类型 触点式 利用机械触点的分离与闭合判断电路的通断，由于磨损、氧化等易产生接触不良等故障 无触点式，通过按键上下运动使电容的电量发生变化，达到检测开关的通断，不存在磨损和接触不良等问题，且密封组装有防尘特性 按与主机通信信息划分: 编码键盘和非编码键盘 编码键盘就是当某个键被按下后，能够提供一个与之相对应的的编码信息，功能全部由硬件完成。 非编码键盘是用较为简单的硬件和专用的程序来识别被按键的位置，提供一个与位置相对应的中间代码（扫描码），然后又专用软件将其转换成规定的编码。即功能由软件完成。,7,微机键盘组成原理,计算机键盘常采用电容式无触点键盘，由83110个键组成，排列成16行*8列的长方矩阵，内部由单片机控制。 PC机键盘用单片机8048负责键盘控制 键盘自检、键盘扫描、键盘与主机通信 键盘缓冲区配合工作 采用PS/2接口方式，引脚定义为+5V、信号线、时钟线、地线等6针小圆口结构。,8,1、键盘扫描原理,主机,键盘常用扫描方法：行扫描法 行扫描法过程：第1步先进行全行扫描，即4位行线都输出“0”。通过4位列线输入，进行检查。 若没有按键按下， 则输入全为“1”。 若有键被按下， 相应 列数入为“0”。 第2步在进行逐行扫 描来获得扫描位置码。,+5V,9,2、按键抖动扫描,K,硬件,软件,启动扫描程序,键盘全行扫描,有闭合键？,延时并重扫描,有闭合键？,键盘逐行扫描,输出按键扫描代码,扫描结束,N,N,Y,Y,10,3、IBM-PC机的键盘操作过程 1）初始化：由复位信号禁止键盘工作，并清除移位寄存器和中断请求触发器，准备接收8048送来的扫描码。 2）键盘扫描：由8048执行行列扫描程序，得到扫描码后以串行方式送接口中的移位寄存器。8048中有一个20字节的缓冲区，能存20个扫描码，快速按键时，若干个按键的扫描码可置入缓冲区暂存，按先进先出的原则从缓冲区取出扫描码送往接口。 3）传送扫描码：扫描码由一位标志位和8位数码位组成。8位数码在移位寄存器中组成8位并行扫描码，一位标志位置1中断请求触发器，向CPU发出中断请求IRQ1,11,4）中断处理过程：CPU响应键盘中断后，执行由BIOS提供的键盘中断处理程序，首先从接口并行接收扫描码，并将键盘复位，解除对8048的封锁，键盘可向接口传送下一个扫描码。在中断处理程序中经查表将扫描码转换成相应的ASCII码，并在屏幕上显示出来后返回主程序。 其中，ASCII码(American Standard Code For Information Interchange,美国国家信息交换标准字符码)，每字符用一个字节表示,共有128个字符(最高位为0)。其中 95个字符供显示、打印使用，余下33个 为控制字符。如表9.2所示: (见第296页) 扩展ASCII码可表示256个编码(EBCDIC码),目前微机上就采用。,12,9.2.2 鼠标器,鼠标器是控制计算机显示器上光标移动的输入设 备。一般有2个键，PS/2接口和USB接口方式。 特点：快速、精确地光标定位，优良的人机交互。 分类 机电式 一个外涂橡胶的钢球，两对发光、光电管和栅轮组成，进行代表X、Y方向的定位和测距 光电式 没有机械滚动部分，代之以两对互为直角的光电探测器，分别代表X、Y方向进行定位。 与计算机通信方式 有线和无线(红外和无线电) 指标 ： 分辨率、轨迹速度等 在操作系统中安装鼠标器的驱动程序，就可在系统中配置使用鼠标器。IBM-PC机，通过软中断INT33H调用鼠标器驱动程序，可进行的操作有鼠标器初始化、开始显示光标、停止显示光标、读光标位置与按钮状态、设置光标位置、读鼠标位移量等。,13,9.2.3 扫描仪,扫描仪是把图形图像和字符变为二进制图像数据的计算机输入设备。 分类 台式、手持 黑白和彩色 指标 分辨率、扫描幅面、扫描速度 原理与接口 配有专用软件的扫描仪可以把图形、图像和文字、字符变为二进制图像数据存入计算机存储器，另一方面通过显示器将输入的图形、图像显示出来。其接口有并行口和SCSI接口两种形式。,14,9.2.4 数字相机 当想把一幅美丽的风景变成计算机能够处理的图像，传统的处理过程是：通过使用胶片相机把风景拍摄下来，冲成照片，再通过扫描仪把照片扫描成计算机能够处理的图像。现在，有了数字相机，这一系列工序变得简单多了，当数字相机把某个风景拍摄下来时，它已经是计算机能够处理的图像了。 数字相机与扫描仪类似,采用数千个微小的光传感器将反射光转换为电脉冲。不过,数字相机面临的困难要大一些，因为要在很短的时间里获取全部信息,而扫描仪可以花几十秒甚至几分钟的时间扫完一页。,15,数字拍摄时，数字相机的镜头和普通胶片相机一样打开，但在相机后面接受反射光的不是基于卤化银的胶卷，而是一个布满成千上万个光敏晶体管的微型芯片,这些晶体管就是著名的电荷耦合设备CCD，将光转换成电脉冲，光线越强,电荷量越大。CCD可以把亮度分级，但并不认识颜色。和所有的数字设备一样，这些产品通过把三个基本色混合到一个像素来产生自然的彩色。为了做到这一点数字相机必须分三次来完成一幅彩色相片。 数字相机用三个彩色滤色镜来为CCD提供合适的光线:红色、绿色、蓝色。对每一种颜色,数字相机存储8位颜色信息（即256种颜色），这样每个像素经过三次拍摄,最后可以达到24位的颜色信息（即1670万种颜色），这个数值远远超过了人眼能够分辨的颜色数量。,16,CCD的精度决定了最高分辨率，这是选购数字相机时就考虑的一个重要参数，当然镜头的质量和图像处理技术也是一个重要的性能指标。 一旦按下快门，镜头和CCD完成了相应的感光工作,最后的彩色图像便以压缩图像的格式存放在数字相机的存储器里。一个专门的压缩芯片（通常采用标准的JPEG压缩方法)使原始位图图像压缩到只有原来大小的几十分之一甚至更小，然后数据存入数字相机的存储器里。大多数字相机允许用户设置图像质量,至少有两种：高质量和低质量。高质量相片通常可达到800*600个像素甚至更高。一般的数字相机只能存放有限的高质量图像，通常只有几十张，这主要是由数字相机存储器的大小决定的。如果是存储低质量的图像照片,那么可以存储上百张或几百张。,17,数字相机多数使用集成的硅存储器。现在Intel、Kodak和其它一些厂商推出基于PC卡的存储器规范作为数字相机的标准,主要的特点是模块化。当数字相机的存储器用完时只要插入另一块PC卡,就像以前装一个新的胶卷一样。而如果采用的是集成存储器保存相片，当存储器用完时,必须连上计算机,把相片传给计算机后,才能拍摄新的照片。 数字相机的照片是以0、1来保存的数字图像信息,所以如果数字相片不送入计算机那就没有多少价值了。有几种方法可以把图像从数字相机传送到计算机中：使用串行电缆,USB电缆、闪存卡。,18,现在，大部分数字相机使用标准的串行电缆,串口连接意味着任何台式计算机或笔记本计算机均能与数字相机通信（当然需要有相应的软件）。但是，串行连接也意味着速度慢,可能会发生冲突，电缆也比较粗大笨拙。更新的数字相机具有USB总线功能。USB提供了更快的传输速度,可以达到12MBS，而串口通信最多只能达到每秒几百KB,所以传送照片时USB的数字相机比基于串行方式连接的数字相机快得多。同时，采用USB方式的相机与计算机相连时，不需要拨下调制解调器或其它串行设备,因为它采用另外的端口。 另一个正在发展的选项是使用前面提到过的标准的PC卡模块,这是一种闪存卡，可以存储高达几十MB的数据，而且存储满后可以换卡，当暂时没有计算机用来传送数据时，这种进项就极为重要了，这种卡对一个常在郊外或山地进行摄影工作的摄影工作者来说是非常有意义的。,19,9.2.5 数字摄像机 数字摄像机的工作和普通摄像机非常相似,但有更多的功能和更快的速度。它和数字相机类似，采用电荷耦合器件CCD获取光线井将其转换成模拟电脉冲,然后再转换成0、1的数字信息。彩色摄像机通常用三个CCD芯片来建立真彩色合成。 数字摄像机必须在1S内拍摄30幅图像，把光转换成电，再转换成二进制的数字信息，这样各个图像就可以连在一起成为相应的视频。 摄像机还必须获取模拟的声音,对波形进行采样获取相应的数字信息。,20,数字摄像机使用基于磁带的介质或小硬盘,而不是数字相机中所用的静止不动的存储器,原因是视频动态文件太大了,用芯片存放过于昂贵。 同时,数字摄像机也面临把数据传送至计算机的挑战，即使是USB的12MBs数据传输速率也不足以传送巨大的视频动态文件。正是由于这个原因，许多厂商看中了IEEE1394总线标准，即它的传输速率可以达到200-800MBs,而且还有即插即用的安装。,21,9.2.6 语音与文字输入系统 目前计算机输入字符与数据，主要用键盘敲入，人们正在研究如何让机器能够听懂话，识别字的功能。为了达此目的，一系列相应学科正在形成与发展。其中包括模式识别、人工智能、信号处理和图像处理，并在此基础上产生了语音识别、文字识别、自然语言理解与机器视觉等学科。 语音与文字输入的实质是要让计算机从语音的声波和文字的形状中领会到含义，并将它转换成计算机可以处理的代码。其核心环节是对声波和文字图形的识别，从学科上说这属于模式识别（Pattern recognition）范畴。例如每个英文字母在书写时，其形状大小都有变化。同一个字不同地区的人发音很不一样，但它们属于同一类。,22,这里把待辨认的一段声波或一个文字图形称为样本，把它们的类别叫做模式（nattern）。实现将样本划定其模式的系统叫做模式识别系统，具体来讲就称为语音识别系统或文字识别系统。图9.3是其系统构成，由信息获取、预处理、特征提取、分类器学习和分类决策等环节组成。 信息获取利用传感器（sensor）将语音或文字转换成电信号，并进一步将模拟量转换成数字量，这就是信息获取过程。,23,语音与文字识别系统的系统构成,特征 提取,信息 获取,预处 理,分类器学习,分类决策,24,语音通过空气振动产生的声波，传到话筒引起话筒内 部簧片振动，又转换成电流变化，在这里话筒就是传感 器。至于文字常用扫描器（scanner）作传感器，当文 件放入扫描器中时，扫描器从上到下对文件进行逐行 扫描，从纸面上反射的光强与该点的黑、白有关。根 据光的强弱转换成二进制码。 一般从传感器输出的是模拟量，要将它转换成数字 量。 预处理 从传感器采集到的信号，往往有畸变或噪音，预处 理阶段的一个主要任务是消除或削弱噪音。例如用对 同一页纸扫描若干次，再取平均值等方法来减轻噪音 的影响。 预处理阶段还包含对输入信息进行划分的内容。例 如，按字符、单词或词组进行分段，以便进一步识 别。,25,特征提取 语音或文字输入到计算机后，通过与机内已存入的标准语音或文字相比较。找出其最相似者而实现识别。所以机器内存有标准语音库或文字库，统称模型库。 但识别过程并不是将输入信号，例如某一汉字直接与模型库中每个汉字比较，实际上存在机器内的模型是根据该文字的特点并按某一规律转换成的某种代码或向量。待识别的输入信号也按同一规律转换成相应的代码或向量，比较是在这种代码或向量的基础上进行的。在模式识别中，把这种代码或向量称之为“特征表示”。,26,分类器学习 分类器学习是将作为标准的文字或语音送入机器，它的方法是人们一方面用键盘敲入某个字符的代码。另一方面同时用传感器送入它的语音或文字，计算机将该字符的代码及从语音或文字抽取得到的特征表示，一起存到模型库内以备样本比较用。 文字输入系统要送入不同字体或手写体模型。语音输入系统若按使用者来分，有特定人专用与非特定人使用两类。特定人专用，则要让指定的使用人按所用词汇逐个对机器进行训练；非特定人使用的系统需要选择若干口音不同的人对机器进行训练。,27,分类决策 分类决策是对输入信号进行识别，并赋予识别结果、此时输入信号已转换成特征表示方式。有两种分类决策方法： 1、将输入的特征表示与模型库中的模型（特征表示）逐个进行比较，找出最相似者，输出其类别代号。 2、根据模型库所有模型特点设计出一些决策规则并使用这些规则对输入信号进行计算，确定其类别。,28,9.2.7 汉字识别 汉字识别主要分为脱机手写汉字识别、联机手写 汉字识别和印刷体汉字识别三类，其难易程度也按上 述次序从难到易排列。 汉字识别实际上是一个模式识别问题，其困难首 先在于常用汉字的数量极大，相似字较多；其次是汉 字字形的多变性，不仅手写体如此，即使是印刷体汉 字，不同字体（宋、仿宋、黑、楷等）、不同字号 （从特大号到小七号）不同印刷方法（铅印、激光打 印、胶印和计算机打印等）和不同印刷厂所印刷的汉 字也是不同的。由于印刷文本的输入工作量很大，因 此迫切需要解决自动输入问题。目前我国已有几个商 品化的印刷汉字识别系统出现，其识别率可达到95 98、如要实现完全的印刷文本自动输入，还 有相当多困难待解决。,29,印刷汉字识别系统又有单一字体印刷汉字识别系统和多种字体印刷汉字识别系统之分。后者可以用同一字库实现对宋、仿宋、黑、楷四大字体的识别，对字形变化有一定的适应能力，适应范围较宽，是研究方向。一个实用的印刷汉字识别系统，除了要有良好的核心，即识别算法以外，还有更大量的工作要在识别以前的预处理模块和识别之后的预处理模块”中完成。预处理模块主要包括字的正确切分，人的认字过程是将字的切分识别和对字的理解在瞬间同时完成的，从而保证了字符切分的正确性。,30,而计算机是串行工作的，使字符的正确切分变得很困难。在目前的识别系统中，大约有30误识来自切分错误。对计算机来说，识别一篇文章是逐段、逐行、逐字地从上至下和从左到右进行的。对于报纸和杂志等版面较复杂的文章（即除了文字外，还有图或表格），则需要将一个版面分成很多块将图和表格区分出来，并把文字一行一行、一字一字划分开来。 预处理模块的作用是利用上下文关系对若干个尚无完全确定的字（或词组），识别出正确结果；同时还要进行类似于人工校稿的工作，诸如编排文字、调整结构和修改错误等。 至于联机手写输入（笔输入）指的是以手写的形式实现人与计算机交互的手段，它除了上述各特点外，还具有以下功能。,31,笔输入由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括“笔与供书写和定位的手写板、手写板又有电磁式和电阻式两种。对于电磁式手写板必须与电磁式专用笔（有线与无线均可）相配合，而电阻式手写板，可以用一般的尖状硬物作为笔。笔输入技术采用绝对定位技术，使得手写板上写入的内容能以自然的方式从上到下、从左到右出现在计算机显示器屏幕上。 笔迹保留是笔输入技术所提供的独特功能同时能方便地完成绘画、作图等功能。 手写字符识别是笔输入技术中的核心问题、定位控制、笔迹保留和字符识别等功能均由软件完成。,32,9.2.8 语言识别 语言信息处理技术包括自动语言识别、语言合成、语言理解、自动电话查询和翻译等，是当今世界上研究的一个重要方面。自从日本在1981年提出第五代计算机的研制计划以后，人机语言通信越来越受到重视尽管最终没有取得预期结果，但产生了巨大宣传效果。 语言识别系统，有孤立单词识别系统和连续语言识别系统两种。在语言理解系统中要求适应自然语言，自然语言的语法不很规范并带有习惯性的无意义的发音。语言识别系统根据使用范围的不同又可分成供特定人使用的和供任意人使用的两种。孤立单词和连续语言又有词汇量大小问题，美国的某些公司和大学，在大词汇量语言识别方面取得了较好的成绩。,33,80年代中期中国在汉语孤立音节识别系统方面获得迅速发展。西方语言单音节词很少，孤立音节识别没用处。而汉语，一个音节就是一个单位，至少对应一个汉字（因有同音字），但到目前为止，识别率都没超过90，孤立词语言识别率取决于同汇量的大小，可达95以上。 语言识别系统至今还没有达到真正实用水平。还有许多问题要研究。例如前面提到过的切分问题、训练问题等。,34,9.2.9 条形码及其技术 条形码又叫条码。条码的定义是由一组宽度和反射率不同的平行相邻的“条和“空”，按照预先规定的编码规则组合起来，用以表示一组数据的符号。这组数据可以是数字、字母或某些符号。 条码元素用以组成条码符号的条和空，统称条码元素。 条与空可规定几种不同的宽度，由若干条和空组成一个字符。 条码是表示数据的符号，在市场上即表示某种商品的代号，这个符号可由机器自动识别并送入计算机中。在超级市场中的商品，都用条码识别。条码也可应用于仓库管理、图书管理等领域。,35,条码技术主要包括条码编码规则及标准、条码译码技术、印刷技术、光电扫描技术、通信技术、计算机技术等。 要阅读条码符号所包含的信息需要一个扫描装置，根据目前的印刷技术。条码符号最窄元素的宽度可达到 0. 15mm左右，扫描器的分辨率应与之对应。在正常工作时，扫描器与条码符号之间要保持的距离称为工作距离，而允许的最大工作距离和最小工作距离之差称为扫描景深。,36,扫描器将扫描得到的脉冲数字信号送到译码器译码，按照一定的编码规则解释成计算机可识别的信号，并通过数据通信接口送入计算机。通常条码译码器采用微处理器及相应硬件来完成译码工作。80年代后期已有专用译码芯片上市。 扫描器和译码器合起来称为阅读器。 一个完整的条码符号由两侧静区、起始字符、数据字符、校验字符（可选）和终止字符组成。在印制条码符号时要留出静区。在扫描条码时要从静区开始，以保证阅读效果。条码符号的第一个字符是起始字符，是特殊规定的条空结构。在它后面才是真正的数据字符。条码符号最后一个字符是终止字符。如选用的条码还要求有校验字符，则校验字符位于数据字符与终止字符之间。有的条码符号在字符之间留有“位空” ，有的则不留，分别称为离散型条码和连续型条码。,37,9.2.10 光笔、图形板和画笔（或游动标）等输入 1 .光笔（Light Pen）的外形与钢笔相似，头部装有一个透镜系统，能把进入的光会聚为一个光点。在光笔头部附有开关，当按下开关时进行光的检测，光笔就可始取显示器屏幕上的坐标。光笔与屏幕上的光标配合，可使光标跟踪光笔移动，在屏幕上画出图形或修改图形，这个过程与人用钢笔画图的过程类似，经操作员确认后即可存入计算机。 2.画笔（Stylus）为笔状，它不是用于显示器屏幕，而是用于图形板（Tablet）。当画笔接触到图形板上的某一位置时，画笔在图形板上的位置坐标就会自动传送到计算机中去，随着笔在板上的运动可以画出图形。图形板和画笔结合构成二维坐标的输入系统主要用于输入工程图等。,38,将图纸贴在图形板上，画笔沿着图纸上的图形移动，读取图形坐标，即可输入工程图。 为了提高读图精度，常用游动标（Cursor）代替画笔与图形板配合使用。游动标是一个手持的方形坐标读出器，游动标上有一块透明玻璃，玻璃上刻有十字标记。十字标记的中心就是游动标的中心。使用时将十字中心对准图形的坐标点上，它比画笔读取的坐标更精确。 3.图形板是一种二维的AD变换器，因此图形板也称作数字化板。坐标量测的方法有电阻式、电容式、电磁感应式和超声波式几种。以电磁式为例，图形板是一块电磁感应板，手持的游动标中有一个感应线圈，当线圈的中心（十字标的中心）置于板上某点时，便在该点产生感应电压，得到坐标值。,39,图形板与画笔（或游动标）配合的输入方式，比光笔与屏幕相结合的输入方式有许多优点。光笔不能输入纸上的图形信息，而图形板方式很容易做到。光笔和持笔的手能挡住图形，而且由于屏幕玻璃的厚度，光的折射作用和人眼与光笔的视角等影响常使画出的图形偏离预想的位置。而图形板无此问题，而且长时间使用光笔，悬空的手臂会感到疲劳。 由于上述种种优点，目前图形板输入方式得到广泛应用，尤其是在集成电路图、机械、建筑图等用图纸输入的系统中。更是如此。,40,4.跟踪球 其原理与机械式鼠标器完全一样，只是将滚球做得大一些并放置在固定的球座里。使用时用手指转动球，就可实现鼠标器一样的功能。由于它的座子是固定不动的。不需要供鼠标器滑动的额外桌面空间，甚至可安装在键盘上，这对要求尺寸紧凑和使用空间窄小的场合很有利，如便携机可用这种跟踪球。 5.操作杆 便携机中经常采用操作杆（Stick）。其结构是在一种薄片状底盘的上面设置一个操作杆（直径约5mm的小圆杆）其露在便携机键盘面板上的部分只是这个操作杆，底盘结构也很小巧，占用很小空间。这是鼠标器和跟踪球不能相比的，它通常被设置在空格键下面的空余地方。,41,使用时用手指轻压小圆杆，显示器上的光标将按照圆杆受力的方向在屏幕上移动。一般在底盘上设置4个应变规片或压敏电阻来感受圆杆所受的压力。 当按杆时应变规片产生细微形变被检测，将其转换成电压信号。然后将电压信号经模数（AD）变换器转换成数字信号，再经专用IC转换成移动光标信号。经上述一系列变换，就把按杆的压力信号变成移动光标的信号。,42,9.2.11 触摸屏 触摸屏就是为改善人机对话而兴起的一种输入方式，触摸屏已被广泛应用在各个应用领域的控制和查询等方面。 触摸屏是透明的，可安装在任何一种显示器屏幕的外面（表面）。使用时，展示器屏幕上根据实际应用的需要显示出用户所需控制的项目或查询的内容（标题），供用户选择。用户只要用手指（或其他东西）点一下所选择的项目（或标题），即可由触摸屏将此信息送到计算机中。所以显示屏上显示的项目或标题相当于伪按键”。 实际上触摸屏是一种定位设备，用户通过与触摸屏的直接接触，向计算机输入的是接触点的坐标位置，以后的工作就由程序去执行了。,43,触摸屏系统一般包括两部分，触摸屏控制器（卡）和触摸检测装置。 触摸屏控制卡上有微处理器和固化的监控程序，其主要作用是将触摸检测装置送来的触摸信息转换成触点坐标，再送给计算机。同时它能接收计算机送来的命令，并予以执行。触摸屏的控制卡及其电源可以安装在显示器内，称为内置式；也可放在显示器外面，称为外挂式。 触摸屏根据其所采用的技术可分成5类：电阻式、电容式、红外线式、表面声波技术和底坐式矢量压力测力技术。 红外线触摸屏的传输介质是红外线。安装外挂式红外触摸屏的方法非常简单，只要用双面胶将一个框架装在显示器上面即可。,44,红外触摸屏的电路就藏在这个框架的边框里，触摸屏内的微处理器通过键盘接口直接与计算机通信，不需要任何控制卡和电源。自带键盘接口的红外触摸屏安装更加简单，不必打开机箱甚至不必关断计算机电源，用双面胶固定好触摸屏后，将插头插入主机键盘口就安装完毕。键盘接口的红外触摸屏一般还提供一个自动信号切换盒以便与键盘共享计算机的键盘接口，自动信号切换盒内部是一个敏感的翘翘板式电路控制的四路双向模拟开关，信路切换时间只有50us，因此和键盘几乎可以同时使用。,45,红外触摸屏在屏幕四边放置红外发射管和红外接收管，微处理器控制驱动电路依次接通红外发射管并检查相应的红外接收管，形成横竖交叉的红外线阵列。例如32X32的红外触摸屏即在上下左右各有32对红外传感器，检查完这64对红外传感器大约需要30ms时间。用户在触摸屏幕时手指挡住经过这一点的横竖两条红外线，微处理器能在15ms的时间内检测到这个点的位置并发给计算机相应的X坐标和Y坐标。能被感知的触针可以是手指或其他任何不透明或者对光散射的透明物体。,46,9.3 常用的输出设备-显示器,输出设备 输出计算机的处理结果或操作提示。可以是数据、文字、表格、图形、图像或语言。 监视器 打印机,47,9.3.1 显示器概述,1. 分类： CRT、液晶、等离子 性能： 屏幕尺寸、点间距、对比度、幀频、行频、扫描方式、灰度等级或彩色数量。 显示方式： 字符/数字（A/N)方式、 全点可寻址 (APA)方式,48,视频放大电路,同步信号,帧扫描电路,行扫描电路,高压,CRT,主机信号,49,9.3.2 显示器的性能指标,屏幕尺寸：显示器屏幕的对角线长度， 长宽比例为 4：3 点间距：显示器屏幕上象素间的距离 颜色数：每个像素点可显示的颜色数（灰度级） 对比度：图像（字符）与背景的浓度差 帧频：字符或图像每秒在屏幕上出现的次数 行频：单位时间内电子束从屏幕左到右的扫描次数 扫描方式：电子束扫过荧光屏上所有像素的方式， 分隔行和逐行扫描方式,50,9.3.3 字符显示器 字符显示设备是计算机系统中最基本的外部设备。 光栅扫描显示器显示字符的方法是以点阵为基础的。这种方法将字符分解成m*n个点组成阵列，将点阵存入由ROM构成的字符发生器中。在CRT进行光栅扫描的过程中，从字符发生器中依次读出点阵，按照点阵的0和1控制扫描电子束的开关，就可以在屏幕上组成字符。 点阵的多少取决于显示字符的质量和字符块的大小。字符块指的是每个字符在屏幕上所占的点数，也称作字符窗口，它包括字符显示点阵和字符间隔。图9.5（a）是字符A用点阵（7X9）表示的例子以及它位于字符窗口中的情况，图9.5（b）为字符发生器的逻辑结构。,51,7*9点阵,52,53,对应于每个字符窗口，所需显示字符的ASCll代码被存放在视频存储器（VRAM）中，对于在屏幕上能显示25行80列的显示器，应有2000个单元存放字符信息。字符发生器ROM的高位地址来自VRAM的ASCll代码，低位地址来自称为光栅地址计数器的输出RA3RA0,它具体指向这个字形点阵中的某个字节。在显示过程中，按照VRAM中的ASCll码和光栅地址计数器访问ROM依次取出字形点阵，就可以完成一行字符的输出。,54,视频,信号,CPU,控制,ASCII,代码,点计数器,水平地址,计数器,点振荡器,(16.257MHz),光栅地址,计数器,垂直地址,计数器,水平同步信号,垂直同步信号,定时控制电路,55,图9.6是字符显示器的原理框图，其中定时控制电路的核心是点计数器、水平（字符）地址计数器、光栅（线）地址计数器和垂直（帧）地址计数器。由它们控制显示器的逐点、逐字、逐（线）行、逐屏（帧）的刷新显示。字符采用 7列*9行点阵形式。 点振荡器输出16.257MHZ的点时钟，用来控制字符发生器中每（线）行9个点（7+2）依次移位输出，其中2点为空格。点计数器对点时钟（7+2）分频；输出的字符时钟是显示控制器的定时信号，同时它也控制移位寄存器的加载（S端为移位控制端，L为并行输入控制端）。当一个字符的9个点输出结束以后，输出下一个字符中同一行的9个点。,56,水平地址计数器对一行的显示进行控制。送出当前要显示的这一行字符的VRAM地址。每行有效显示80个字符。另外，当光栅从一行（线）的结束回到另一行开始时，在屏幕上不应该显示，这一段称为水平回扫消隐期，它控制移位寄存器不要加载。水平消隐期占用18个字符时钟的时间。这样水平计数器分频为（80+18）。 光栅地址计数器（线计数器）对字符窗口的高度进行控制。因为字符窗口的高度（即分频）为14（9+5），其中字符点阵高度为9，行间隔为5个点阵。它控制一行字符的行点阵逐行输出，并在最后5行进行行间消隐。,57,垂直（帧）地址计数器控制一屏幕25行字符的显示，与水平回扫类似，当光栅到达屏幕底部时，需要回到屏幕顶部这一过程称为垂直回扫，垂直回扫需要一行的显示时间。回扫期间同样需要消隐，垂直消隐命令控制移位寄存器不要加载。这样垂直地址计数器分频数为（25+1）。 视频存储器（VRAM）的地址由水平地址（字符）计数器和垂直（帧）地址计数器决定，VRAM输出的ASCll代码作为字符发生器ROM的高位地址，ROM的低位地址来自光栅（线）地址计数器。ROM的输出在L信号的控制下并行加载到移位寄存器，然后在点时钟控制下移位输出形成视频信号，输出到显示器。显示器在水平同步、垂直同步和视频信号的控制下，连续不断地进行屏幕刷新，就能保持稳定而不消失的字符图像。,58,字符显示原理 地址 VRAM 字符发生器 显示器屏幕 行 列（ ASCII码 ） ROM 00 00 00 01 . . 00 79 . . 24 79 ASCII码作为ROM的高地址，光栅计数器为低地址 扫描屏幕,R编码,E编码,S编码,T编码,.,.,.,.,.,.,.,.,T点阵,E点阵,R点阵,.,0,0,79,24,59,VRAM的地址是由行计数值（高位）和字计数值形成（低位），这两个值也表示了其字符在屏幕上的具体位置。 VRAM中的内容是该位置应该显示字符的ASCII代码。 用该代码作为高位地址和线（光栅）计数值作为低地址组成了字符发生器中字符成型存储器ROM的地址。从ROM中就可获得该字符的点阵代码。,60,例题：某显示器工作在A/N方式下屏幕可以显示25行×80列字符，其字符点阵为7列×9行，字符列间隔为2，字符行间隔为5。点脉冲频率为16.257MHZ，其中行回扫时间相当L18个字符，帧回扫时间为M1。求: 1. 扫描一行象素点的频率（光栅（线）计数器）？ 2. 扫描一行字符所用的频率（水平计数器）？ 3. 扫描一帧信息所用的频率（垂直计数器）？ 解：已知点时钟频率为16.257MHZ. 点计数器的频率6.257MHZ/(7+2)=1.806MHZ 扫描象素行（线）的频率 1.806MHZ/(80+18)=18.43KHZ 字符行显示频率18.43KHZ/(9+5)=1.32KHZ 帧扫描频率1.32KHZ/(25+1)50HZ,61,图形及汉字的显示原理(APA),图形的像素组合不规则，无法做图形发生器。而是在显示存储器中为每个像素点存储一个影像。根据灰度级的不同决定使用几个bit来表示。,62,显示器缓存（视频存储器）容量M与像素总数（ 行Nc×列Nr）和显示色彩数C的关系 M（字节）=（Nc×Nr×LOG2 C）/8位 汉字 的显示 通过汉字的机内码找到汉字点阵码送 到显示缓存的指定位置。 汉字的点阵码存放在硬件ROM中或 软件字库中。,63,显示控制适配器,是监视器的控制电路和接口部件，可将显示缓冲区送出的信息转换成视频控制信号，控制CRT的显示 组成： 显示缓冲存储器、字符发送器ROM、CRT控制电路、屏幕扫描控制逻辑电路等 指标： 分辨率（垂直点数*水平点数） 、颜色数C 、 VRAM容量与分辨率和颜色数C的关系 C=V容量（位）/（垂直点数*水平点数） 颜色属性N（位）=LOG2 C,显示适配器结构图,BIOS ROM,系统 总线 接口 及 FIFO,控制寄存器,时序控制器,位块传送 画线 填域 颜色扩充等,调色板 CLUT 256× 24,R,G, B DAC,VRAM接口,点时钟和存储器时钟,VRAM (1,2或4MB),系统总线,至显 示器,65,以上适配器是由刷新存储器VRAM、显示控制器、ROM BIOS三部分组成，插在PCI总线槽（或将其做在主板上）。它一方面与系统总线相接，另一方面通过15针D型插口与显示器电缆连接，将水平、垂直同步信号和R、G、B三色模拟信号送至显示器。显示器上边有以24针插头与视频卡连接。 VRAM 存放显示图案的点阵数据，其存储容量取决于设定的显示工作方式。如设定VESA显示模式中的方式码为118H时，其分辨率位1024*768，颜色深度为24位，则显示一屏画面需要如下的存储器容量。 1024*768*24/8=2304KB,66,ROM BIOS 含有少量的固化软件，用于支持显示器所需的显示环境。 显示控制器 它依据设定的显示方式，反复的读取显存中的图像点阵数据，将它们转换成R、G、B三基色信号，并配以同步信号送至显示器刷新屏幕。另外还有图形加速功能，有位、块传送，画线等如图所示，采用的是AVGA芯片。 在电子枪中设有一个控制栅极，用控制栅和阴极之间的电位差来控制电子束电流的大小。当控制栅所加的信号为1时，电子枪发射具有一定能量的电子束，是屏幕上相应位置的象素点发亮；当信号为0时，电子枪不发射电子束，使其象点称为暗点。若改变所加信号的电平大小，则可控制象点具有不同的灰度。,67,彩色CRT在其显示头中设有三个电子枪，分别发射能产生红、绿、蓝三种基色的电子束。它们受三套视频放大电路的控制，用R,G,B信号与亮度信号I的不同组合可控制三束电子的强弱。相应地荧光屏上的象点由能发出红、绿、蓝光的小点组成，当一束（或二束、三束）电子流轰击对应的荧光粉小点时，屏幕上的象点便出现红、绿、兰三基色之一或由三基色合成的其他颜色。例如IRGB为0100，对应象点为红色；为1100淡红色；0010时为绿色；0111时为白色。IRGB能组合成16种颜色，加下表所示。若IRGB分别有多位代码信号控制，则可合成更多的颜色。见下面介绍的调色板技术。,68,强白,1 1 1 1,黄,1 1 1 0,淡紫红,1 1 0 1,淡红,1 1 0 0,淡青,1 0 1 1,淡绿,1 0 1 0,淡兰,1 0 0 1,灰,1 0 0 0,白,0 1 1 1,棕,0 1 1 0,紫红,0 1 0 1,红,0 1 0 0,青,0 0 1 1,绿,0 0 1 0,兰,0 0 0 1,黑,0 0 0 0,组合成的颜色,I（亮度） R（红） G 绿） B（兰）,69,调色板技术 为了节约硬件开销在显示卡的存储器中设置了一个256