7.1 常用输入设备（课件）-《计算机原理》(电工版第五版) 同步精品课堂

计算机原理 -第30课时- 电工版第五版 常用输入设备 教学目标 了解常用输入设备的类型和作用 掌握键盘的分类、键开关结构及微型计算机键盘的工作原理 熟悉鼠标的发展过程、工作原理与结构 教学重难点 键盘键开关及微型计算机键盘的扫描与接口电路的类型和特点 触点式键开关的工作原理 微型计算机键盘接口电路的工作过程 让我们一起开启单片机的学习之旅。 导入新课 同学们，我们每天使用计算机时都会与各种输入设备打交道，那大家能说出几种常见的输入设备吗？ 为什么输入设备对计算机如此重要呢？ 现在让我们开始学习常用输入设备的相关内容。 新知讲授 输入设备的作用是为计算机提供信息，提供的信息主要有开关信号、编码、坐标和图像。常见的输入设备有键盘、鼠标等，它们在计算机系统中扮演着重要角色，是人与计算机交互的重要工具。 输入设备概述 新知讲授 无论哪种键盘，基本元件都是键开关，可将按键动作转变为电信号。键开关一般分为有触点式和无触点式两种，不同类型的键开关在结构和性能上存在差异。 1.触点式键盘：市场上绝大多数键盘包括机械键盘、薄膜键盘等都是触点式； 2.无触点键盘：静电电容键盘，打字比较舒服，但价格相对要贵； 键盘 - 键开关概述 新知讲授 有触点式键开关 - 干簧管式 01 02 工作原理 干簧管式键开关是抽成真空的玻璃管，内部有两片磁性簧片。按键按下时，磁铁靠近，簧片吸合；按键释放，簧片分开。 性能特点 这种结构防腐能力强，可靠性高，使用寿命长，操作轻便，应用广泛。 新知讲授 有触点式键开关 - 薄膜式 01 02 03 结构组成 薄膜式键开关由基底、衬垫和薄膜构成，基底与薄膜相对面涂有金属膜。 工作过程 按下键帽，上下金属膜接触，开关接通；不按时，因薄膜弹性，金属膜自动脱离。 性能特点 它解决了密封问题，成本低，但薄膜易老化，使用寿命短。 新知讲授 无触点式键开关 - 电容式 01 电容式键开关原理 基于平行板电容器原理设计，键内有固定电极和活动极。 02 按键操作过程 按键按下，极间距离缩短，电容量增大；释放时，电容量减小。 03 性能特点 工作稳定性好，使用寿命长，但电路较复杂。 04 应用领域 常用于微型计算机键盘。 新知讲授 无触点式键开关 - 霍尔效应式 工作原理 霍尔效应式键开关利用霍尔效应，当有电流流经半导体薄片且存在垂直磁场时，会产生霍尔电压。 性能特点 该键开关可靠性高，寿命长，但成本高。 按键状态 按键未按下，无磁场作用，无电压输出；按下时，产生电压信号，经放大后使用。 新知讲授 有触点与无触点键开关比较 有触点式键开关按键时会产生抖动现象，导致一次按键动作变成电路多次通断，造成误码。 键盘抖动现象 可从硬件或软件上消除抖动，但会减慢输入代码速度。 消除抖动方法 高速输入键盘一般采用无触点式键开关。 高速输入解决方案 新知讲授 机械键盘 键盘分类——按工作原理划分 导电橡胶式键盘 无接点静电电容键盘 塑料薄膜式键盘 按工作原理划分，分为机械键盘、塑料薄膜式键盘、导电橡胶式键盘、无接点静电电容键盘 新知讲授 按编码功能划分，分为全编码键盘、非编码键盘 键盘的分类——按编码功能划分 由硬件完成键盘识别功能的，它通过识别键是否按下以及所按下键的位置，由全编码电路产生一个相对应的编码信息（如ASCII码）。 全编码键盘 由软件完成键盘识别功能的，它利用简单的硬件和一套专用键盘编码程序来识别按键的位置，然后由CPU将位置码通过查表程序转换成相应的编码信息。 非编码键盘 全编码键盘 非编码键盘 新知讲授 中国使用ANSI 标准，而国际上多数国家使用的是 ISO 标准，区别是 ISO 的左 Shift 右侧的按键不是 Z 而是 “\” 。 键盘的分类——按键位布局类型 键盘本身的键位也有布局类型的区分，即对应按键在键盘中的位置设置，我们最常用的键位布局类型就是 Qwerty 的类型， 即键盘字母区第一行前六个字母。但不同国家根据语言习惯发展除了不同的配列模式，比如德国、奥地利的 Qwertz，法国的 Azerty。 新知讲授 微型计算机键盘为非编码键盘，使用微处理单元芯片，将键盘管理和矩阵扫描指令写入 ROM，操作时能自动完成规定功能，也称为智能键盘，已标准化。 微型计算机键盘 - 概述 键盘的佩列和布局 ：键盘的配列指的是键盘上包含的键位数量和排列方式 常见有 83 键标准键盘和多种扩展键盘。 新知讲授 83 键标准键盘排列为 16 行 ×8 列的键盘矩阵，由键盘内的 Intel 8048 单片微处理单元控制。该单元内部有 CPU、RAM、ROM 等，通过行列扫描法对键盘矩阵进行扫描。 83 键标准键盘 - 结构与控制 新知讲授 Intel 8048 从数据总线端口输出计数信号，部分计数值分别送到行译码器和列译码器，产生负脉冲步进信号加在行线和列线上，最高计数位控制行扫描或列扫描，实现对键盘矩阵的行、列扫描。 83 键标准键盘 新知讲授 83 键标准键盘 扫描原理 Intel 8048从数据总线端口输出计数信号，部分计数值分别送到行译码器和列译码器，产生负脉冲步进信号加在行线和列线上，最高计数位控制行扫描或列扫描，实现对键盘矩阵的行、列扫描。 按键扫描码获取 当某键被按下，检测电路产生高电平按键状态信号送到Intel 8048的测试端口，8048停止扫描，以当前计数输出值作为按键的位置码，即按键扫描码，并在键盘时钟同步下串行输出。 软复位与状态检测 8048端口通过连接键盘时钟线和数据线来监视其状态。主机可使键盘时钟线为低电平，若超过20ns，8048执行软复位并发送复位成功码；主机也可控制数据线状态，决定是否允许传输。 新知讲授 标准键盘的接口电路 标准键盘接口电路一般设在主机系统板上，通过5芯DIN插座与键盘电缆插头相连。 键盘接口电路位置与连接 插座引脚包括双向时钟线、双向数据线、复位线、地线和电源线。 插座引脚功能说明 标准键盘接口电路主要由串/并转换移位寄存器、中断请求触发器、D触发器、可编程并行接口芯片及门电路组成。 接口电路组成结构 主机通过对可编程并行接口芯片编程控制键盘接口电路的工作。 主机控制机制 新知讲授 标准键盘的接口电路 - 工作原理 当键盘复位成功后，首先对8255A-5的端口PB~PB编程为PB6=1和PBz=0，使键盘 时钟线为高电平，允许键盘输出，并开启中断请求触发器（使触发器的CLR清零端口为高）， 键盘进入正常工作状态。每当用户按下一个键开关时，键盘接口电路就按以下步骤进行操作。 新知讲授 标准键盘的接口电路 - 组成与控制 是一个正常的键盘矩阵图。键盘上面的数字就与下面矩阵里面相同的数字对应。 新知讲授 标准键盘的接口电路 - 工作过程 时钟同步过程 当键盘复位成功后，对接口芯片端口编程使键盘时钟线为高电平，允许键盘输出。来自键盘的时钟信号经同步、延迟和反相后，作为移位寄存器和中断触发器的工作时钟。 扫描码转换与中断请求 带有符号扩展端口的8位移位寄存器将键盘的串行扫描码转换为并行扫描码，移足8位时，产生键盘中断请求信号，同时停止移位寄存器工作，封锁键盘输出新扫描码。 中断响应与处理 当主机CPU响应中断请求后，进入键盘中断程序，读取并行口按键扫描码进行ASCII码转换或状态设定，清除键盘接口，准备接收下一个扫描码，并允许再次工作。 新知讲授 键盘输入与输出的结构如下： 标准键盘的接口电路 Idle 状态下，EC 拉低 16 条输出线并使能键盘扫描中断，按键按下触发 ICU 的 INT11h 中断。EC 逐列扫描（依次输出单列低电平信号），检测行输入信号，当某列扫描时行输入出现低电平时，获取对应列 / 行扫描码。通过该扫描码在 Scan table 中映射为键码，传给 OS 以确定按键。 新知讲授 鼠标是一种点击设备（PointingDevice)，由于它的外形像老鼠，所以称之为鼠标（Mouse）。观看如下视频，讨论鼠标的发展历史。 鼠标的发展过程 新知讲授 鼠标从工作原理区分主要有机电式和光电式两类。 鼠标的工作原理与结构 随堂检测1 简述有触点式键开关和无触点式键开关的优缺点。 【答案】有触点式键开关的优点是结构简单，价格低廉，且理论上有着最理想的开关特性；缺点是按键时会产生抖动现象，抖动会使一次按键动作变成电路的多次通断，造成误码，且大气腐蚀、机械磨损会使其可靠性下降。无触点式键开关的优点是工作中不存在机械磨损或触点抖动等现象，工作稳定性好，使用寿命长，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，或可靠性高，一般大气污染对它没有影响；缺点是电容式键开关电路较复杂，霍尔效应式键开关成本较高。 练一练 随堂检测2 标准键盘接口电路中，将串行扫描码转换为并行扫描码的是___ 答案:串 / 并转换移位寄存器 解析：串 / 并转换移位寄存器可将键盘的串行扫描码转换为并行扫描码，所以选 B。 早期___鼠标必须在专用的光栅板上使用 答案:光电式鼠标 解析：早期的光电式鼠标必须在专用的光栅板上使用，机电式鼠标可在任何平面使用，所以选 B。 练一练 随堂检测3 以下哪种键开关不属于有触点式键开关？（ ） A. 机械簧片式 B. 电容式 C. 薄膜式 D. 干簧管式 【答案】B。解析：电容式键开关属于无触点式键开关，机械簧片式、薄膜式、干簧管式都属于有触点式键开关，所以选 B。 练一练 随堂检测4 微型计算机键盘一般采用哪种键盘？（ ） A. 编码键盘 B. 非编码键盘 C. 智能键盘 D. 标准键盘 【答案】B。解析：微型计算机为降低成本和简化硬件电路，大多采用非编码键盘，智能键盘是微型计算机非编码键盘的一种称呼，但本质上选非编码键盘更准确，所以选 B。 练一练 师生互动 1 请分组讨论在实际应用中，如何根据不同的使用场景选择合适的键盘和鼠标？比如办公室办公、游戏玩家、设计工作者等不同场景。 课题小结 1. 键盘知识解析 常用输入设备 2. 鼠标知识解析 鼠标发展过程 鼠标工作原理与结构 键开关类型 键盘分类与接口 机电式鼠标 光电式鼠标 有触点式键开关 无触点式键开关 谢谢观看 THANKS $