专题七 外部设备 ( 1 )《计算机原理》概念梳理与常考题选讲

《计算机原理》考前概念 梳理与常考题选讲 专题七 外部设备 (1) 主讲人：郭老师 1 一、教材要求 2 一、教材要求 1.理解键盘和键开关的分类。 2.理解鼠标的分类与结构。 3.了解LCD的分类。 4.了解打印机的分类。 5.理解固态盘、机械硬盘、光盘的技术及特点。 3 二、概念梳理 4 7.1 常用输入设备 输入设备的作用是为计算机提供信息。输入设备提供的信息主要有开关信号、 编码、坐 标和图像。 7.1.1键盘 除了常见的标准键盘外，还有各类功能键盘，其形式随着计算机(包括单片机) 的应用 领域不同而存在很大的差异。 二、概念梳理 外部设备的常用功能是实现人机交流和存储大量的信息。 5 1. 键开关 无论哪种键盘，其基本元件都是键开关。对于同一个键盘，它的每一个键开 关结构都是 完全相同的。通过键开关，可以把按键的动作转变为电信号。 键开关的结构多种多样，但一般可以分为有触点式键开关和无触点式键开关两种。 (1)有触点式键开关 有触点式键开关主要有机械簧片式、干簧管式、薄膜式和导电橡胶式等。下面介 绍一下 前3种有触点式键开关。 6 ① 机械簧片式。机械簧片式键开关的结构如图7.1所示。在绝缘材料制成的键杆下 面，连接一块簧片，由于复位弹簧向上的弹力，平时簧片与印制板不接触。当操 作员按下键帽时，键杆下面的簧片与印制板上的铜箱接触，电路即被接通。如果 把簧片改成导电橡胶，则为导电橡胶式键开关。因为橡胶的柔性比簧片要好，所 以工作时，它与印制板上的铜箔接触更为可靠。为保证这类开关触点有良好的导 电性，在触点部位常常镀一层金或银。但大气腐蚀、机械磨损或触点抖动，都会 使其可靠性下降。然而，它们结构简单，价格低廉，且理论上有着最理想的开关 特性(即通、断之间的电阻值为0Ω和2),故在相当多的键盘中，仍然采用 这种结构。 7 ② 干簧管式。干簧管式键开关的结构如图7.2所示。这是一个被抽成真空的玻璃管， 其 内部装有两片磁性簧片。当外磁场达到一定强度时，管内两片磁性簧片就相互 吸引并接触， 即簧片由断开变为接通。因此，当按键被按下时，磁铁靠近干簧管， 于是两片磁性簧片就因 吸合在一起而相互接触；当按键被释放时，由于复位弹簧 的作用，磁铁远离干簧管簧片就 自动分开，恢复到原来相互不接触的位置。 8 ③ 薄膜式。薄膜式键开关的结构如图7.3所示。这种结 构的键开关是由基底、衬垫和薄膜等构成的。它们都由绝 缘 材料制成，但在基底与薄膜相对的面上，涂了一层金 属膜，衬垫厚度为0.05～0.1mm。薄膜上装有键帽，按下 时，上下金属膜接触，开关接通；键帽不按时，由于薄膜 的弹性，上下金属膜自动脱离。 这种开关结构也较好地解决了密封问题，对外界环境 具有较强的防腐能力，成本也低。 但由于薄膜易于老化，且老化后薄膜弹性下降， 所以使用寿命较短。 9 (1)无触点式键开关 无触点式键开关的类型也很多，它们的共同之处是在工作过程中，开关内部 没有机械触 点，而是用按键动作，通过改变某些参数或利用某种效应，来实现电 路的通、断切换。这里主要介绍两种使用较多的无触点式键开关。 ①电容式。由物理学可知，在极间电介质一定的情况下，平行板电容器的电容量 C 与 两极板的相对面积 S 成正比，与极板间距离d 成反比，公式如下： 式中，ε为电介质的介电常数。 10 电容式键开关就是按这一原理设计的，其结构如 图 7.4所示。在键内部，底板上有两片固定电极， 一片 是驱动极，另一片是检测极；与键杆连在一起的是 活动极(金属化薄膜),活动极与驱动极和检测极分别 组 成了两个平行板的电容器。若将电路接在驱动极 和检 测极上，则它们就相当于两个电容器串联。显 然，当按键被按下时，极间距离缩短，电容量增大； 释放时，极间距离变大，电容量减小。 这种键开关在工作中，只有活动极与固定极板 间的距离发生变化，并无实际接触，所以不存在机 械磨损或触点抖动等现象，因而其工作稳定性好，使用寿命也长。此外，这种键 开关还具有结构简单，功耗小，适于小型化和批量生产，以及成本较低等优点， 缺点是电路较复杂。 11 ②霍尔效应式。霍尔效应式键开关即利用霍尔效应制 成的键开关，其原理和结构如图7.5所示。 这种键开关除有键帽、键杆和复位弹簧之外，还 有产生磁场的磁钢和半导体霍尔器件。 当按键未被 按下时，磁钢(永久磁铁)远离霍尔器件，无磁场作用，故无霍尔电压输出；当 按 键被按下时，永久磁铁下移，由于磁场的作用，在霍尔片的垂直方向上加有磁场， 故产生 霍尔电压 Va。这种电压信号很弱，因此需经相关电路放大。 12 1. 键盘 (1)键盘的分类 键盘是微型计算机最常用的输入外部设备之一。它分为编码键盘和非编码键盘。