人機(jī)交互設(shè)備接口

10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口輸入設(shè)備是計(jì)算機(jī)信息的入口，用于接收用戶對(duì)計(jì)算機(jī)的操作指令。近年來(lái)各種新型輸入設(shè)備紛紛涌現(xiàn)，計(jì)算機(jī)輸入方式發(fā)生較大變化，但鍵盤(pán)仍然是主要的輸入設(shè)備。操作者通過(guò)鍵盤(pán)輸入指令以控制計(jì)算機(jī)完成各種工作，也可以通過(guò)鍵盤(pán)向計(jì)算機(jī)錄入文字和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)先后經(jīng)歷了多個(gè)階段，但其基本原理是相似的。鍵盤(pán)分外殼、按鍵和電路板3部分。按鍵開(kāi)關(guān)按結(jié)構(gòu)分有觸點(diǎn)式和無(wú)觸點(diǎn)式兩大類。有觸點(diǎn)式按鍵開(kāi)關(guān)有：機(jī)械式開(kāi)關(guān)、薄膜開(kāi)關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開(kāi)關(guān)和磁簧式開(kāi)關(guān)等；無(wú)觸點(diǎn)式按鍵開(kāi)關(guān)有電容式開(kāi)關(guān)、電磁感應(yīng)式開(kāi)關(guān)和磁場(chǎng)效應(yīng)式開(kāi)關(guān)等。電路板則安置在鍵盤(pán)內(nèi)部。10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口10.1.1鍵盤(pán)的工作原理鍵盤(pán)中有鍵掃描電路，用于發(fā)現(xiàn)按鍵位置，而編碼電路則產(chǎn)生相應(yīng)的按鍵代碼，接口電路負(fù)責(zé)把代碼送入計(jì)算機(jī)。按鍵碼的識(shí)別方式分類，鍵盤(pán)分為編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)。編碼鍵盤(pán)主要依靠硬件電路完成掃描、編碼和傳送，直接提供與按鍵相對(duì)應(yīng)的編碼信息，其特點(diǎn)是響應(yīng)速度快，但硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。非編碼鍵盤(pán)的掃描、編碼和傳送則由硬件和軟件共同完成，其響應(yīng)速度不如編碼鍵盤(pán)快，但可以通過(guò)軟件對(duì)鍵盤(pán)的某些按鍵重新定義，為擴(kuò)充鍵盤(pán)功能提供了較大方便。因此，計(jì)算機(jī)中使用的主要是非編碼鍵盤(pán)。10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口常用的非編碼鍵盤(pán)有線性鍵盤(pán)和矩陣鍵盤(pán)。線性鍵盤(pán)主要適用于小鍵盤(pán)，其按鍵不多，而每個(gè)按鍵均有一條輸入線送到計(jì)算機(jī)接口上，如有12個(gè)鍵，則有12條輸入線，如有n個(gè)按鍵，則有n條輸入線，如圖10.1所示為4鍵電路圖。顯然，當(dāng)按鍵增多時(shí)，受到輸入線寬度的限制。矩陣鍵盤(pán)則克服了以上缺點(diǎn)，其按鍵按行列排放。如圖10.2所示電路，有5行4列，則共有按鍵4×5=20個(gè)，但其送往計(jì)算機(jī)的輸入線僅為5+4=9條。如有i行j列，則可排列i×j個(gè)按鍵，但送往計(jì)算機(jī)的輸入線共i+j條?？梢?jiàn)，此種排列方式適用于按鍵較多的場(chǎng)合，因而得到廣泛應(yīng)用。10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口圖10.14鍵線性鍵盤(pán)示意圖10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口鍵碼識(shí)別主要指矩陣結(jié)構(gòu)的鍵盤(pán)，主要的鍵碼識(shí)別方法有行掃描法、行列反轉(zhuǎn)法和行列掃描法等。圖10.220鍵矩陣鍵盤(pán)原理圖10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口1.行掃描法如圖10.3所示，鍵盤(pán)上的各鍵組合為一個(gè)二維矩陣形式，某一鍵所在的行列號(hào)即為此鍵的編碼。判斷某鍵是否閉合的原理為：首先向所有行輸出低電平，如無(wú)任何鍵閉合，則+5V電平經(jīng)電阻通向所有列線，因而所有列線應(yīng)輸出高電平。如果某一鍵按下閉合，則該鍵所在列與低電平短路，因而該列變?yōu)榈碗娖?。此時(shí)讀列線即可判斷有無(wú)鍵按下。進(jìn)而通過(guò)行列號(hào)識(shí)別哪一個(gè)鍵被按下，從而查找到該鍵的鍵碼。10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口圖10.3行掃描法鍵碼識(shí)別示意圖10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口具體的識(shí)別方法如下：先向第0行輸出低電平，其余各行輸出高電平，然后讀入所有列線的電平值。如果某列線為低電平，表示第0行和該列相交位置上的鍵被按下。如果列線全為高電平，說(shuō)明第0行沒(méi)有鍵按下。然后向第1行輸出低電平，其余行輸出高電平，如果讀入的列線仍然全是高電平，說(shuō)明第1行也無(wú)鍵按下，應(yīng)繼續(xù)檢查第2行。依次類推。直到發(fā)現(xiàn)某一列變?yōu)榈碗娖剑茨虫I按下，則退出掃描。根據(jù)行號(hào)和列號(hào)識(shí)別閉合的是哪一個(gè)鍵，輸出相應(yīng)鍵碼。也就是說(shuō)由行號(hào)和列號(hào)作為該鍵的鍵碼。比如第2行第3列的鍵按下，則鍵碼表示為00100011B。這種由行列位置表示的鍵碼稱為行列碼或位置掃描碼，也稱為鍵盤(pán)掃描碼。10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口2.行列反轉(zhuǎn)法行列反轉(zhuǎn)法也是常用的識(shí)別閉合鍵的方法。其方法為：先向所有行線輸出低電平，同時(shí)讀入列線。如果有鍵按下，則該鍵所在的列線應(yīng)為低電平，其余的列線為高電平。由此確定該鍵的列號(hào)。然后將行和列進(jìn)行交換，向所有列線輸出低電平，讀行線，同樣可確定該鍵的行號(hào)。有行號(hào)和列號(hào)就可以確定該鍵的位置和編碼。如圖10.4所示為8×8鍵鍵盤(pán)，使用8255A的PA端口和PB端口分別作為行線和列線的輸入/輸出接口。首先設(shè)置PA端口為輸出，PB端口為輸入。10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口向PA端口輸出低電平，讀PB端口。若PB端口全為高電平，說(shuō)明無(wú)鍵按下。若PB端口中某一根線為低電平，如PB3，表示第3列有鍵按下。然后設(shè)置PA端口為輸入，PB端口為輸出。向PB端口輸出低電平，讀PA端口，同樣可確定該鍵的行號(hào)。比如PA4為低電平，則說(shuō)明按下的鍵在第4行。于是可以確定行號(hào)和列號(hào)，即可識(shí)別鍵碼。10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口3.行列掃描法行列掃描法是PC機(jī)鍵盤(pán)使用的主要鍵碼識(shí)別方法，硬件結(jié)構(gòu)與行掃描法類似。其工作原理如下：通過(guò)譯碼器向每一行依次輸出低電平，其余各行為高電平。每掃描一行，讀一次列線，如果列線全為高電平，說(shuō)明該行沒(méi)有鍵按下；如果某一列為低電平，說(shuō)明有鍵按下，如此行號(hào)和列號(hào)都已確定。行掃描完成后，依次向每一列輸出低電平，讀行線，同樣可確定行號(hào)和列號(hào)。將兩次所得的行號(hào)和列號(hào)進(jìn)行對(duì)比，如相同，則認(rèn)為該鍵碼正確無(wú)誤，即獲得該閉合鍵的行列掃描碼。10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口圖10.4行列反轉(zhuǎn)法鍵碼識(shí)別示意圖10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口4.抖動(dòng)和重鍵問(wèn)題的解決消除抖動(dòng)的方法主要有兩種：硬件方法和軟件方法。硬件方法采用RC濾波電路消除抖動(dòng)的波形。軟件方法通過(guò)延時(shí)一定時(shí)間，等信號(hào)穩(wěn)定后再去識(shí)別鍵碼。其方法如下：當(dāng)檢查到有鍵按下后延時(shí)約10ms，再檢查是否有鍵按下。如果第二次檢查不到按鍵，說(shuō)明前次檢查為抖動(dòng)；如果第二次檢查到按鍵，說(shuō)明信號(hào)已穩(wěn)定，為有效按鍵，可以讀取其鍵碼。等按鍵釋放后重新進(jìn)行處理。重鍵問(wèn)題是指由于誤操作，兩個(gè)或兩個(gè)以上的鍵同時(shí)被按下閉合，此時(shí)鍵位掃描中會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的行列值。重鍵處理的方法主要有連鎖法和順序法等。連鎖法不停地掃描鍵盤(pán)，重鍵期間不作識(shí)別，僅承認(rèn)最后一個(gè)閉合鍵。順序法則是在識(shí)別某閉合鍵后保持不動(dòng)，直到該鍵釋放后再去識(shí)別其他按鍵。10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口10.1.2PC系列鍵盤(pán)及其接口電路

1.PC系列鍵盤(pán)工作原理PC系列鍵盤(pán)內(nèi)部都有一個(gè)微處理器，鍵盤(pán)在其控制下實(shí)現(xiàn)閉合鍵掃描、鍵碼識(shí)別，并實(shí)現(xiàn)與PC微機(jī)的通信。以PC/XT鍵盤(pán)為例，其與主機(jī)的連接如圖10.5所示。鍵盤(pán)采用的是16×8矩陣結(jié)構(gòu)，其核心為單片機(jī)Intel8048，不僅承擔(dān)鍵碼掃描與識(shí)別，而且負(fù)責(zé)與主機(jī)通信。首先，8048對(duì)鍵盤(pán)矩陣進(jìn)行掃描，獲取按鍵的掃描碼，存入掃描碼緩沖器。掃描碼緩沖器是20字節(jié)的先進(jìn)先出(FirstInFirstOut)隊(duì)列。在主機(jī)允許鍵盤(pán)輸入時(shí)，掃描碼經(jīng)I/O串行接口送往主機(jī)的鍵盤(pán)接口。然后由8255A向CPU申請(qǐng)中斷，CPU響應(yīng)中斷后由鍵盤(pán)中斷服務(wù)程序?qū)㈡I盤(pán)掃描碼轉(zhuǎn)換成ASCII碼或擴(kuò)充碼，與掃描碼一起存入鍵盤(pán)緩沖區(qū)，供主機(jī)系統(tǒng)和用戶應(yīng)用程序使用。10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口圖10.5PC/XT鍵盤(pán)工作原理示意圖10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口PC/XT鍵盤(pán)掃描電路如圖10.6所示，單片機(jī)8048是鍵盤(pán)的控制核心。它內(nèi)部的計(jì)數(shù)器以約10kHz的頻率循環(huán)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器低7位經(jīng)DB6~DB0輸出到譯碼器產(chǎn)生行、列驅(qū)動(dòng)信號(hào)。其中DB6作為分時(shí)控制信號(hào)，DB6為高電平時(shí)，選通74159；DB6為低電平時(shí)，選通74156。DB5~DB2分別經(jīng)4~16譯碼器74159和3~8譯碼器74156輸出行列計(jì)數(shù)信號(hào)，判斷按鍵所在的行列號(hào)。如有鍵按下，則以當(dāng)前計(jì)數(shù)器的低7位作為鍵盤(pán)掃描碼的低7位，最高位為0，將掃描碼存入掃描碼緩沖器，稱為接通掃描碼。按下的鍵在釋放時(shí)也產(chǎn)生一個(gè)掃描碼，其低7位同樣是當(dāng)前計(jì)數(shù)器的低7位，但最高位為1，該掃描碼也存入掃描碼緩沖器，稱為斷開(kāi)掃描碼。在以上過(guò)程中，8048不僅承擔(dān)著掃描、生成掃描碼的功能，還具備消顫、檢查被卡住的鍵等功能。同時(shí)，8048還必須檢測(cè)其內(nèi)部緩沖器，如有數(shù)據(jù)，則依次將其轉(zhuǎn)換為串行信號(hào)，在P2.1輸出的時(shí)鐘信號(hào)作用下同步，經(jīng)P2.2端口送往主機(jī)，由主機(jī)進(jìn)行處理。10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口圖10.6PC/XT鍵盤(pán)掃描電路10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口2.PC系列鍵盤(pán)接口電路PC鍵盤(pán)接口一般安裝在主機(jī)系統(tǒng)板上，一根5芯電纜通過(guò)串行接口把系統(tǒng)板和鍵盤(pán)連接起來(lái)。鍵盤(pán)接口主要完成以下功能：串行接收鍵盤(pán)送來(lái)的接通掃描碼和斷開(kāi)掃描碼，轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)并暫存起來(lái)，然后向主機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)。主機(jī)響應(yīng)中斷讀取掃描碼并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的ASCII碼，存入鍵盤(pán)緩沖區(qū)。對(duì)控制鍵則做相應(yīng)的處理。同時(shí)，接口也接收主機(jī)發(fā)送的命令并傳送給鍵盤(pán)。10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口如圖10.7所示為PC/XT鍵盤(pán)接口電路，其工作原理如下：LS322為串并轉(zhuǎn)換器，DI端接收鍵盤(pán)送來(lái)的串行掃描碼，其時(shí)鐘信號(hào)由鍵盤(pán)輸出的系統(tǒng)時(shí)鐘PCLK同步以后得到。完成串并轉(zhuǎn)換后的并行代碼送至并行接口芯片8255的A端口，當(dāng)IRQ1和8255的PB7均為0時(shí)，LS322的輸入數(shù)據(jù)在時(shí)鐘作用下移位，接收8位后，QH輸出高電平，使中斷觸發(fā)器置“1”，向CPU申請(qǐng)中斷，要求其取走掃描碼，同時(shí)將該信號(hào)送至鍵盤(pán)中單片機(jī)8048的P1.1，使其暫停傳送掃描碼。主機(jī)響應(yīng)中斷，讀取8255的A端口，置PB7為高電平以清除LS322和中斷觸發(fā)器，并置PB6為低電平，禁止接口電路工作。10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口圖10.7PC/XT鍵盤(pán)接口電路10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口3.鍵盤(pán)接口編程舉例在PC/XT的BIOS(基本輸入/輸出操作系統(tǒng))中，與鍵盤(pán)輸入相關(guān)的中斷類型有09H的硬件中斷和軟件中斷INT16H。在DOS操作系統(tǒng)的INT21H也提供鍵盤(pán)操作的常用功能。下面舉兩個(gè)例子說(shuō)明，以便能更好地理解鍵盤(pán)接口電路的工作過(guò)程。10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口(1) INT09H中斷服務(wù)程序中掃描碼的讀取部分：IN AL,60H ;讀8255的A口PUSH AX ;保存AL中的掃描碼IN AL,61H ;讀PB口原輸出狀態(tài)MOV AH,AL OR AL,80H ;置PB7為“1”O(jiān)UT 61H,AL ;清除LS322和中斷觸發(fā)器XCHG AH,AL ;PB口的原輸出值由AH轉(zhuǎn)到ALOUT 61H,AL ;輸出原狀態(tài)PB7=1，PB6=1的值，允許再接收POP AX ;彈出AL中的掃描碼MOV AH,AL ;放入AH10.1PC機(jī)與鍵盤(pán)的接口(2)檢測(cè)鍵盤(pán)緩沖區(qū)是否有字符，如有，將其ASCII碼和掃描碼讀入：CHECK：MOVAH,1 ;置1號(hào)功能

INT 16H ;執(zhí)行中斷

JZ CHECK;ZF=1，繼續(xù)檢測(cè)

MOVAH,0 ;ZF=0，置0號(hào)功能

INT16H

10.2PC機(jī)與顯示器的接口10.2.1LED顯示器及其接口LED即發(fā)光二極管，是一種注入式電致發(fā)光半導(dǎo)體器件，它由P型和N型半導(dǎo)體組合而成，能夠把電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽堋３Ｓ玫腖ED有單個(gè)LED顯示管、數(shù)碼管和點(diǎn)陣顯示器等。一般7段數(shù)碼管應(yīng)用較多，因此主要介紹7段數(shù)碼管及其接口。

1.LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理常用7段LED顯示器的結(jié)構(gòu)如圖10.8所示。圖10.8(a)為其外形和內(nèi)部排列，可見(jiàn)，7段數(shù)碼管實(shí)際共8段，其中a、b、c、d、e、f、g共7段用來(lái)顯示十進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)字與一些字符，另一段DP用來(lái)顯示小數(shù)點(diǎn)。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的段就會(huì)發(fā)光。只要控制不同組合的段發(fā)光，就能顯示出各種數(shù)字與字符。10.2PC機(jī)與顯示器的接口圖10.8LED顯示器的結(jié)構(gòu)10.2PC機(jī)與顯示器的接口LED有兩種接法，各個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極接在一起的稱為共陽(yáng)極顯示器，如圖10.8(b)所示；而陰極連在一起的稱為共陰極顯示器，如圖10.8(c)所示。對(duì)于共陽(yáng)極顯示器而言，發(fā)光的相應(yīng)段須接低電平才能有效，而共陰極則相反，發(fā)光的相應(yīng)段須接高電平。以共陰極顯示器為例，如果要顯示數(shù)字“2”，只要a、b、g、e、d段發(fā)光，而c、f、DP段不發(fā)光即可。也就是說(shuō)，只要在a、b、g、e、d段的陽(yáng)極上加上高電平“1”，而c、f、DP段加上低電平“0”，即可完成數(shù)字“2”的顯示?？梢?jiàn)，只要改變加到各段陽(yáng)極上的代碼，就可以顯示不同的字符或數(shù)字，這樣的代碼稱為段碼。如表10.1所示為了7段LED顯示器在共陰極連接時(shí)顯示的數(shù)字或字符與其對(duì)應(yīng)的段碼。10.2PC機(jī)與顯示器的接口字符DPgfedcba段碼(H)0001111113F100000110062010110115B3010011114F401100110665011011016D6011111017D700000111078011111117F9011011116FA0111011177B011111007CC0011100139D010111105EE0111100179F0111000171P0111001173-10100011046表10.1共陰極LED顯示器段碼10.2PC機(jī)與顯示器的接口2.LED顯示器的接口與編程LED的顯示驅(qū)動(dòng)有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種方式。所謂靜態(tài)顯示，就是指當(dāng)前顯示器顯示某個(gè)字符時(shí)，該顯示器相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止，直到送入新的顯示碼為止。例如，要顯示數(shù)字“7”，只須a、b、c段導(dǎo)通，其余段截止即可。此種顯示方式的每一位數(shù)字都需要一個(gè)8位觸發(fā)器來(lái)驅(qū)動(dòng)。圖10.9所示為3位顯示器的接口邏輯，圖中采用共陽(yáng)極LED。靜態(tài)顯示時(shí)，較小的電流即可得到較高的亮度，故可由8255的輸出口直接驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)連接的缺點(diǎn)是I/O端口利用效率低，一般適用于顯示器位數(shù)較少的場(chǎng)合。當(dāng)顯示位數(shù)較多時(shí)，一般采用動(dòng)態(tài)顯示法。10.2PC機(jī)與顯示器的接口所謂動(dòng)態(tài)顯示是指按位輪流點(diǎn)亮各位顯示器?；蛘哒f(shuō)，接口電路對(duì)各位顯示器輪流進(jìn)行掃描，每隔一定時(shí)間點(diǎn)亮一次。此種情況下，顯示器的亮度不僅與導(dǎo)通電流有關(guān)，還與點(diǎn)亮?xí)r間與斷開(kāi)時(shí)間有關(guān)。如掃描頻率太低，顯示器會(huì)有跳動(dòng)現(xiàn)象。只要適當(dāng)調(diào)整電流和掃描頻率，就可以得到合適亮度的穩(wěn)定顯示。當(dāng)顯示器不多于8個(gè)時(shí)，用于控制顯示器公共極電位的掃描口只須一個(gè)8位I/O接口即可。而控制顯示器各段字型的段數(shù)據(jù)接口也只需一個(gè)8位I/O接口。圖10.10為6位共陰極LED與8255的接口邏輯圖。其中，8255的A端口作為段數(shù)據(jù)接口，經(jīng)同相驅(qū)動(dòng)器7407連接至LED的各個(gè)段。B端口作為掃描口，經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器DS75452連接到LED的公共端。10.2PC機(jī)與顯示器的接口圖10.9LED靜態(tài)驅(qū)動(dòng)電路10.2PC機(jī)與顯示器的接口圖10.10LED動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路10.2PC機(jī)與顯示器的接口

【例10.1】根據(jù)圖10.11所示的靜態(tài)驅(qū)動(dòng)電路編程循環(huán)顯示0~F字符(設(shè)LED為共陰極連接)。程序設(shè)計(jì)如下：DATA SEGMENTL_CODE DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H, DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HDATA ENDSCODE SEGMENT ASSUMECS：CODE，DS：DATASTART： MOVAX,DATA MOVDS,AX MOVBX,OFFSETL_CODE ;BX指向7段顯示碼表10.2PC機(jī)與顯示器的接口L0：MOVCX,10H ;顯示16個(gè)字符

MOVAL,0 ;顯示初值L1： PUSHAX XLATL_CODE ;取顯示碼

OUTPORT,AL ;輸出顯示

MOVDX，0FFFFHDELAY： DECDXJNZDELAY ;延時(shí)

POPAX INCAL ;指向下一個(gè)字符

LOOPL1 ;循環(huán)

JMPL0CODEENDSENDSTART10.2PC機(jī)與顯示器的接口圖10.11LED靜態(tài)驅(qū)動(dòng)電路10.2PC機(jī)與顯示器的接口10.2.2LCD顯示器及其接口

1.LCD的分類目前應(yīng)用較多的LCD主要分為三大類：扭曲向列型LCD，又稱TN-LCD；超扭曲向列型，又稱STN-LCD；有源陣列型LCD，又稱AM-LCD。前兩種也統(tǒng)稱為無(wú)源矩陣LCD，即PM-LCD。扭曲向列型LCD顯示器是LCD的早期產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，單色顯示，一般用于7段數(shù)字顯示器及字符顯示等領(lǐng)域。由于其價(jià)格低廉，使用方便，在計(jì)算器及一些智能儀表及家電產(chǎn)品等領(lǐng)域得到普遍使用。超扭曲向列型LCD顯示器相比扭曲向列型LCD顯示器得到較大發(fā)展，其特點(diǎn)是掃描線增多，視角寬，信息容量大，單色顯示。主要用于便攜式電腦、傳真機(jī)及電子詞典等領(lǐng)域。10.2PC機(jī)與顯示器的接口有源矩陣型LCD是近幾年發(fā)展起來(lái)的，其主流品種為彩色薄膜晶體管液晶顯示器TFT-LCD，也稱為真彩色液晶顯示器。其特點(diǎn)為高分辨率、大容量、大尺寸、視角廣等。此外，AM-LCD在黑暗處也能發(fā)光，因而又稱為背光式顯示器。AM-LCD在便攜式電腦及超薄電視機(jī)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，前景廣闊。10.2PC機(jī)與顯示器的接口2.LCD的原理與結(jié)構(gòu)LCD是利用晶體材料的電光效應(yīng)制作的一種被動(dòng)式顯示器。液晶本身并不發(fā)光，依靠電信號(hào)的控制使周圍環(huán)境光在顯示部位反射或透射而得以顯示。以扭曲向列型為例，它是利用電場(chǎng)效應(yīng)原理制造的。通常情況下，液晶經(jīng)過(guò)處理后其內(nèi)部分子呈90°扭曲，將液晶夾在兩片導(dǎo)電玻璃電極間，如果線性偏振光通過(guò)液晶，其偏振面會(huì)旋轉(zhuǎn)90°。當(dāng)在玻璃電極上施加一定電壓后，液晶的扭曲結(jié)構(gòu)由于電場(chǎng)的存在而消失，其旋光作用也消失，也就是說(shuō)偏振光可以直接通過(guò)。如圖10.12所示，把液晶和玻璃進(jìn)行密封成為液晶盒。液晶盒的上下分別放置兩個(gè)平行的偏振光片。當(dāng)玻璃電極間不加電壓時(shí)，偏振光由于偏振面的90°旋轉(zhuǎn)，不能通過(guò)下偏振片，液晶顯示器成為閉態(tài)，是暗的。而玻璃電極間施加電壓時(shí)，偏振光可順利通過(guò)下偏振片，液晶顯示器被點(diǎn)亮。10.2PC機(jī)與顯示器的接口圖10.12液晶顯示器結(jié)構(gòu)10.2PC機(jī)與顯示器的接口3.LCD顯示器的接口LCD有靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)兩種方式。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)加直流信號(hào)，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)加交流信號(hào)。由于直流驅(qū)動(dòng)會(huì)減少LCD的壽命，因此一般用交流信號(hào)動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。常用的LCD驅(qū)動(dòng)器芯片有段式驅(qū)動(dòng)、點(diǎn)陣式驅(qū)動(dòng)等，這其中有的以串行方式工作，有的以并行方式工作。例如由MOTOROLA公司生產(chǎn)的MC14543是常用的7段碼LCD鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)電路。而PCF8566則是一種串行送數(shù)的通用LCD驅(qū)動(dòng)芯片。圖10.13所示為MC14543與7段LCD的接口。只要在LD鎖存禁止端加高電平，BI熄滅端加低電平，PH端輸入方波，A、B、C、D端輸入BCD碼，則其輸出端就會(huì)輸出相應(yīng)的與PH端同相或反相的方波，從而驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的液晶段亮或暗，顯示出數(shù)字或字符。10.2PC機(jī)與顯示器的接口圖10.13MC14543與LCD的接口10.2PC機(jī)與顯示器的接口10.2.3CRT顯示器及其接口計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，顯示器又稱監(jiān)視器，是十分重要的輸出設(shè)備，也是重要的人機(jī)對(duì)話工具。CRT(CathodeRayTube，陰極射線管)顯示器是通用微機(jī)最主要的輸出設(shè)備，主要分蔭罩式CRT和電壓穿透式CRT。其中又以蔭罩式顯示器最為常見(jiàn)。CRT顯示器按顯示色彩又可分為單色顯示器和彩色顯示器兩類。計(jì)算機(jī)的顯示系統(tǒng)包括顯示器及其顯示適配器兩部分，以下將分別予以介紹。

1.CRT顯示器的結(jié)構(gòu)和原理當(dāng)前使用的CRT顯示器主要是彩色顯示器，其組成原理如圖10.14所示，包括陰極射線管和控制電路兩部分。10.2PC機(jī)與顯示器的接口圖10.14彩色CRT組成原理示意圖10.2PC機(jī)與顯示器的接口顯像管的功能是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)顯示在熒光屏上，從而完成字符或圖像的顯示。其基本工作原理如下：CRT加電以后，陰極被燈絲加熱發(fā)出3支平行的電子束。電子束中大量的電子經(jīng)加速極和陽(yáng)極的吸引后加速離開(kāi)陰極，經(jīng)過(guò)加速極、聚焦極和陽(yáng)極等組成的電子透鏡的聚焦后形成的三束細(xì)電子束在蔭罩板的豎條形細(xì)縫或小孔中匯聚后分別按不同強(qiáng)度準(zhǔn)確轟擊熒光屏上的紅(R)綠(G)藍(lán)(B)三色熒光粉，產(chǎn)生不同顏色的亮點(diǎn)。熒光屏上的每一個(gè)像素都是由紅、綠、藍(lán)三原色組合而成的。同時(shí)，行場(chǎng)掃描電路控制CRT外部的偏轉(zhuǎn)線圈，使光點(diǎn)移動(dòng)從而形成光柵，點(diǎn)亮整個(gè)屏幕。光柵按掃描方式分逐行掃描和隔行掃描兩種方式。逐行掃描可消除屏幕的閃爍感。整個(gè)屏幕被掃描m行，每行有n個(gè)像素點(diǎn)，則整個(gè)屏幕有m×n個(gè)像素。而圖形或字符就是由不同顏色和亮度的像素組成的。10.2PC機(jī)與顯示器的接口顯示器的主要性能指標(biāo)有分辨率、色彩、顯示速度、屏幕尺寸等。分辨率一般用屏幕上像素的多少來(lái)代替，表示為掃描行數(shù)(m)×每行像素?cái)?shù)(n)。顯然，對(duì)于同樣尺寸的屏幕，分辨率越高，相鄰像素間的距離越小，清晰度越高。色彩是指可選擇的顏色數(shù)及一幀畫(huà)面可同時(shí)顯示的顏色數(shù)。顯示速度是指顯示字符或圖像的速度，尤其是動(dòng)態(tài)圖像的顯示速度。速度不夠快時(shí)，顯示動(dòng)態(tài)圖像不流暢，有停頓現(xiàn)象。顯示器的屏幕尺寸實(shí)際上是指顯像管的尺寸。常見(jiàn)的有14英寸、15英寸、17英寸等。我們看到的屏幕尺寸實(shí)際上要小一些。除此之外，顯示器的指標(biāo)還有顯示方式、點(diǎn)距、刷新頻率、帶寬、輻射大小及屏幕類型等。10.2PC機(jī)與顯示器的接口

2.CRT顯示器接口電路CRT顯示器通過(guò)適配器與主機(jī)接口。一般顯示適配器插在主機(jī)內(nèi)部，而顯示器通過(guò)9芯或15芯的D型插座與適配器相連接，其信號(hào)連接如圖10.15所示。其中9芯信號(hào)連接主要用于單色顯示器接口，15芯信號(hào)連接則用于彩色顯示器接口。10.2PC機(jī)與顯示器的接口圖10.15CRT顯示器與適配器的連接10.2PC機(jī)與顯示器的接口

(1)單色顯示適配器(MDA和HGC)。MDA(MonochromeDisplayAdapter)是單色顯示適配器，僅支持黑白、字符顯示方式。其主要性能指標(biāo)為：字符顯示格式為80×25，分辨率為720×350，字符點(diǎn)陣框?yàn)?×14，字符點(diǎn)陣為7×9，配置4KB顯示緩存。該顯示適配器包括顯示數(shù)據(jù)處理和掃描控制兩部分，其控制核心為MC6845芯片。與MDA類似的產(chǎn)品有美國(guó)Hercules公司的HGC(HerculesGraphicsCard)，該卡為單色圖形顯示卡，配置64KB顯示內(nèi)存。除兼容MDA外，還支持基本的720×348單色圖形模式，通過(guò)軟件設(shè)置，它還支持640×400單色圖形模式及模擬CGA圖形模式。10.2PC機(jī)與顯示器的接口

(2)彩色圖形適配器(CGA)。CGA(ColorGraphicsAdapter)是IBM公司最早推出的彩色圖形顯示適配器，支持字符模式和圖形模式。CGA字符顯示屏幕的格式為80×25或40×25，字符點(diǎn)陣框?yàn)?×8，大寫(xiě)字母點(diǎn)陣為7×7，小寫(xiě)字母點(diǎn)陣為5×7。在圖形模式下支持兩種分辨率：320×200和640×200。其中分辨率320×200時(shí)為彩色顯示，色彩種類為2~16。每個(gè)像素可設(shè)置4種顏色，顏色值分別是0、1、2、3。其中顏色0為背景色，可設(shè)置為16種顏色中的任一種。顏色值1、2、3代表的顏色與所選調(diào)色板有關(guān)。當(dāng)選擇調(diào)色板0時(shí)，分別代表綠、紅、黃三色；當(dāng)選擇調(diào)色板1時(shí)，分別代表青綠、洋紅、白3色。分辨率為640×200時(shí)，每個(gè)像素只能顯示2種顏色：0代表黑色，1代表16種顏色中的任一種顏色。10.2PC機(jī)與顯示器的接口CGA共有16KB顯示內(nèi)存，其內(nèi)存起始地址為B8000H。CRT控制器采用MC6845芯片。

(3)增強(qiáng)型圖形適配器(EGA)。EGA(EnhancedGraphicsAdapter)是IBM公司推出的第2代圖形顯示適配器。EGA兼容CGA，但圖形功能強(qiáng)大許多。在BIOS視頻功能調(diào)用INT10H中，EGA除兼容CGA的圖形顯示模式4、5、6外，還有4種附加圖形模式如表10.2所示。10.2PC機(jī)與顯示器的接口模式號(hào)方式分辨率字符列×行字符框顏色0DH圖形320×20040×258×8160EH圖形640×20080×258×8160FH圖形640×35080×258×14210H圖形640×35080×258×1416表10.2EGA附加圖形模式10.2PC機(jī)與顯示器的接口

(4) 視頻圖形陣列適配器(VGA)。VGA(VideoGraphicsArray)是一種高性能的彩色顯示適配器。其特點(diǎn)是采用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)來(lái)增強(qiáng)彩色顯示能力。它除兼容EGA的全部功能外，主要具備以下優(yōu)點(diǎn)：

①分辨率大幅提高。在圖形模式下，VGA可支持以下分辨率：640×400，640×480，800×60,1024×768等。

② 支持的顏色數(shù)增加到256種，色彩豐富。VGA顯示適配器的顯示存儲(chǔ)器容量為256KB以上。圖形方式下CPU訪問(wèn)內(nèi)存的方式有存儲(chǔ)位平面方式和線性方式。線性訪問(wèn)方式下的內(nèi)存起始地址為A0000H。CRT控制器采用專用控制器。10.2PC機(jī)與顯示器的接口

(5)其他顯示適配器。伴隨著VGA的發(fā)展，出現(xiàn)了超級(jí)VGA，即SVGA(SuperVGA)，支持的分辨率有640×480，800×600，1024×768，1280×1024，1600×1200等。可顯示的顏色有256色，64K色，16M色等。常見(jiàn)的顯示標(biāo)準(zhǔn)TVGA和PVGA均是SVGA的一種。TVGA是美國(guó)TridentMicrosystems公司開(kāi)發(fā)的SVGA標(biāo)準(zhǔn)，完全兼容VGA，顯示存儲(chǔ)器容量可達(dá)256KB~2MB。此外，常見(jiàn)的顯示適配器還有XGA、PGA、8514/A等。近幾年出現(xiàn)的2D和3D圖形加速卡，顯示內(nèi)存達(dá)8MB、16MB、32MB，支持色彩則達(dá)16位、24位或32位真彩色，可以處理復(fù)雜的高質(zhì)量圖像。10.2PC機(jī)與顯示器的接口

3.圖形顯示程序設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)上配置了顯示器及其適配器后，就可以進(jìn)行圖形顯示了。適配器的ROM中固化有視頻BIOS程序，專門(mén)提供與圖形顯示有關(guān)的顯示器驅(qū)動(dòng)程序，用戶可以調(diào)用其中的視頻中斷INT10H來(lái)實(shí)現(xiàn)字符或圖像顯示程序的設(shè)計(jì)。INT10H有多種功能，其功能號(hào)置于AH寄存器中。表10.3列出了INT10H的部分功能，供讀者參考。10.2PC機(jī)與顯示器的接口功能號(hào)功能入口參數(shù)出口參數(shù)00H設(shè)置顯示方式AL=設(shè)置方式(0~7)01H設(shè)置光標(biāo)類型CH=光標(biāo)起始行，CL=光標(biāo)結(jié)束行02H設(shè)置光標(biāo)位置DH=行號(hào)，DL=列號(hào)，BH=頁(yè)號(hào)03H讀光標(biāo)位置BH=頁(yè)號(hào)CH=光標(biāo)起始行CL=光標(biāo)結(jié)束行DH=行，DL=列

05H設(shè)置顯示的頁(yè)面AL=頁(yè)面號(hào)06H文本窗口向上滾動(dòng)AL=上滾行數(shù)，AL=0全屏幕為空白，BH=字符填充屬性，CH=左上角行，CL=左上角列，DH=右下角行，DL右下角列07H文本窗口向下滾動(dòng)AL=下滾行數(shù)，AL=0全屏幕為空白，BH=字符填充屬性，CH=左上角行，CL=左上角列，DH=右下角行，DL右下角列

表10.3INT10H功能表10.2PC機(jī)與顯示器的接口

續(xù)表功能號(hào)功能入口參數(shù)出口參數(shù)08H讀光標(biāo)位置的屬性和字符

BH=頁(yè)號(hào)AL=字符，AH=屬性09H在當(dāng)前光標(biāo)位置顯示字符及其屬性AL=字符，BH=頁(yè)號(hào)，BL=屬性，CX=字符重復(fù)次數(shù)

0AH在當(dāng)前光標(biāo)位置顯示字符AL=字符，BH=頁(yè)號(hào)，

CX=字符重復(fù)次數(shù)

0BH設(shè)置彩色調(diào)色板BH=調(diào)色板色別值，BL=色彩值0CH寫(xiě)像素AL=像素色彩值，DX=像素行號(hào)，CX=像素列號(hào)0DH讀像素BH=頁(yè)號(hào)，DX=像素行號(hào)，CX=像素列號(hào)AL=像素顏色值0EH寫(xiě)字符并移動(dòng)光標(biāo)位置AL=字符，BH=頁(yè)號(hào)，BL=前景色0FH讀當(dāng)前顯示方式AL=當(dāng)前顯示方式，BH=頁(yè)號(hào)，AH=屏幕上字符列數(shù)10.2PC機(jī)與顯示器的接口

【例10.2】首先置光標(biāo)開(kāi)始行為4，結(jié)束行為6，并將其設(shè)置到第4行第7列。MOVCH,4MOVCL,6MOVAH,1 ;設(shè)置光標(biāo)類型INT10HMOVDH,4MOVDL,7MOVBH,0MOVAH,2 ;設(shè)置光標(biāo)位置INT10H10.2PC機(jī)與顯示器的接口

【例10.3】在屏幕上畫(huà)出一條向上的紅色斜線。分析：由題可知，本例必須在彩色圖形方式下工作。因此要設(shè)定圖形方式，同時(shí)設(shè)置彩色調(diào)色板。然后通過(guò)循環(huán)寫(xiě)像素畫(huà)出從200行0列到0行200列的紅色直線。源程序如下：CODE SEGMENT ASSUMECS：CODESTART： MOV AH,00H MOV AL,04H;設(shè)置為320×200彩色圖形方式

INT 10H MOV AH,0BH MOV BH,00H MOV BL,00H ;設(shè)置背景色為黑色10.2PC機(jī)與顯示器的接口INT10HMOVAH,0BHMOVBH,01HMOVBL,00H ;設(shè)置調(diào)色板

INT10HMOVDX,200MOVCX,0 ;確定像素起始點(diǎn)位置

MOVAL,02H ;設(shè)置前景色為紅色10.2PC機(jī)與顯示器的接口LP1： MOV AH,0CH;寫(xiě)像素

INT 10H DEC DX INC CX ;指向另一像素

CMP CX,200 JNZ LP1 ;判斷200個(gè)像素是否寫(xiě)完

MOV AH,4CH INT 21HCODE ENDSEND START10.3多媒體技術(shù)及其接口10.3.1多媒體計(jì)算機(jī)概述

1.多媒體技術(shù)的主要特征所謂媒體(Medium)，也稱為媒質(zhì)或媒介，主要是指信息表示、存儲(chǔ)和傳播的載體。通常所說(shuō)的媒體是指感覺(jué)媒體，例如聲音、圖像、圖形、動(dòng)畫(huà)、文字、數(shù)據(jù)、文件等。多媒體技術(shù)就是利用計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備對(duì)多種媒體上的信息和多種存儲(chǔ)媒體上的信息進(jìn)行處理和加工的技術(shù)。由于多媒體技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)把聲音、文字、圖像等多媒體集合成一體的技術(shù)，因而具備以下特點(diǎn)：

(1)交互性(2)集成性(3)協(xié)同性(4)實(shí)時(shí)性10.3多媒體技術(shù)及其接口

2.多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成與配置一臺(tái)完整的多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)包含硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)及外圍設(shè)備等。硬件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、音頻控制卡、視頻控制卡、3D圖形顯示卡、CD-ROM驅(qū)動(dòng)器等。軟件系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)、多媒體驅(qū)動(dòng)程序、多媒體應(yīng)用軟件和多媒體創(chuàng)作工具等。多媒體外圍設(shè)備包括彩色打印機(jī)、圖像掃描儀、錄像機(jī)、數(shù)字相機(jī)、投影儀等。一臺(tái)完整的多媒體計(jì)算機(jī)基本配置如圖10.16所示。10.3多媒體技術(shù)及其接口圖10.16多媒體計(jì)算機(jī)基本配置10.3多媒體技術(shù)及其接口3.多媒體技術(shù)基礎(chǔ)多媒體技術(shù)主要包含計(jì)算機(jī)、通信和大眾傳媒等技術(shù)，主要解決音頻、視頻信號(hào)及文字的獲取、存儲(chǔ)、處理和輸出等問(wèn)題。因此，多媒體技術(shù)主要包含以下內(nèi)容：

(1)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。由于視頻圖像和聲音的數(shù)據(jù)量非常巨大，1GB的存儲(chǔ)空間只能存儲(chǔ)不到40秒的彩色視頻圖像或不到兩小時(shí)的數(shù)字化音頻數(shù)據(jù)。可見(jiàn)，數(shù)據(jù)壓縮是必要的。目前常用的壓縮標(biāo)準(zhǔn)有聯(lián)合圖像專家組(JPEG)和動(dòng)態(tài)圖像專家組(MPEG)以及可視電話編碼特別組H.261等。

(2)大容量存儲(chǔ)處理技術(shù)。由于多媒體系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量很大，即使經(jīng)過(guò)壓縮，也非常巨大。因此需要大容量存儲(chǔ)設(shè)備，如光盤(pán)和硬盤(pán)等。同時(shí)，大量數(shù)據(jù)的處理需要高速CPU、大容量高速內(nèi)存及顯示卡、聲卡等。10.3多媒體技術(shù)及其接口

(3)智能處理技術(shù)。多媒體信息的智能處理包括語(yǔ)音、視頻和圖像的分析、識(shí)別、合成、轉(zhuǎn)換及動(dòng)畫(huà)仿真處理技術(shù)等。

(4)通信技術(shù)。多媒體通信有數(shù)據(jù)量大、媒體種類多的特點(diǎn)，因而要求高的傳輸速率、大的存儲(chǔ)空間和傳輸帶寬。當(dāng)前，采用高速光纖網(wǎng)通信技術(shù)、以異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)為核心技術(shù)的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(B-ISDN)就是合乎要求的通信網(wǎng)。

(5)其他技術(shù)。除以上關(guān)鍵技術(shù)外，并行處理技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、面向?qū)ο缶幊痰榷际前l(fā)展多媒體技術(shù)的重要因素。10.3多媒體技術(shù)及其接口10.3.2多媒體音頻處理技術(shù)

1.音頻信號(hào)壓縮一般的聲音信號(hào)為模擬信號(hào)，而計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)。因此，計(jì)算機(jī)要處理音頻信息，必須首先將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，聲音信號(hào)的數(shù)字化過(guò)程如圖10.17所示。圖10.17聲音信號(hào)數(shù)字化處理過(guò)程示意圖10.3多媒體技術(shù)及其接口一般模擬信號(hào)的帶寬為22kHz，對(duì)它的采樣頻率達(dá)到1倍以上才能保證高保真效果。所以取樣頻率為44kHz，設(shè)量化位數(shù)為16，雙聲道轉(zhuǎn)換，則每秒鐘的存儲(chǔ)容量為：

44000×16×2=1408000b=176KB一小時(shí)數(shù)字信息的存儲(chǔ)容量為：

176×3600÷1000=633.6MB可見(jiàn)，信息量相當(dāng)巨大，不經(jīng)壓縮是很難處理的。數(shù)據(jù)壓縮方法主要分為無(wú)損壓縮和有損壓縮兩類。無(wú)損壓縮主要用于壓縮文件，壓縮的數(shù)據(jù)能恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，包括哈夫曼編碼和行程編碼等。有損壓縮壓縮度高，一般用于聲音和圖像文件的壓縮，壓縮數(shù)據(jù)不能完全恢復(fù)為原始數(shù)據(jù)，但不易被聽(tīng)覺(jué)或視覺(jué)感受到。有損壓縮主要包括波形編碼、參數(shù)編碼和混合編碼等。10.3多媒體技術(shù)及其接口2.電子樂(lè)器數(shù)字化接口(MIDI)MIDI(MusicalInstrumentDigitalInterface)即電子樂(lè)器數(shù)字接口，是一種技術(shù)規(guī)范，是多媒體計(jì)算機(jī)所支持的產(chǎn)生聲音的方法之一，它特別適合于音樂(lè)創(chuàng)作和長(zhǎng)時(shí)間音樂(lè)播放的要求。MIDI產(chǎn)生聲音的方法不是通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換形成數(shù)字音頻，而是根據(jù)MIDI文件中的MIDI信息生成對(duì)應(yīng)的樂(lè)器聲音波形并放大輸出。MIDI聲音處理過(guò)程如圖10.18所示。圖10.18MIDI聲音處理過(guò)程10.3多媒體技術(shù)及其接口

3.音頻控制卡音頻控制卡即通常所說(shuō)的聲卡，由數(shù)字聲音處理芯片DSP、混音芯片、FM合成器芯片、總線接口芯片等組成，主要完成以下功能：

(1)錄制、編輯和播放數(shù)字聲音文件。

(2)控制音量，并能將不同聲源的聲音混合生成混合聲音文件。

(3)錄制聲音文件時(shí)具備壓縮功能，播放聲音文件時(shí)具備解壓縮功能。

(4)具備語(yǔ)音合成功能。

(5)具備語(yǔ)音識(shí)別功能。

(6)具備MIDI功能。10.3多媒體技術(shù)及其接口10.3.3多媒體視頻處理技術(shù)由于圖像信息存在較大冗余，這使得圖像壓縮能夠?qū)崿F(xiàn)。實(shí)現(xiàn)圖像壓縮的方法同樣分為無(wú)損壓縮和有損壓縮兩種。無(wú)損壓縮主要采用統(tǒng)計(jì)編碼的方法，壓縮比一般為(2∶1~5∶1)。有損壓縮利用人的視覺(jué)特性，壓縮后不能完全恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，但壓縮比要大得多。當(dāng)前圖像壓縮技術(shù)已被廣泛應(yīng)用，國(guó)際上對(duì)圖像壓縮技術(shù)的研究也在不斷發(fā)展中，但目前已形成幾個(gè)實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)，即：JPEG、H.261和MPEG。10.3多媒體技術(shù)及其接口(1)JPEG標(biāo)準(zhǔn)。JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織及國(guó)際電子技術(shù)委員會(huì)(ISO/IEC)制定的標(biāo)準(zhǔn)，用戶可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)圖像的壓縮比及保真度，解碼器可參數(shù)化，可應(yīng)用于任何連續(xù)色調(diào)的靜態(tài)圖像，不管圖像內(nèi)容、尺寸、色彩級(jí)差等。

(2)H.261標(biāo)準(zhǔn)。H.261標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際電信聯(lián)盟(CCITT)制定的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，主要用于視頻電話和視頻電視會(huì)議。該標(biāo)準(zhǔn)采用DCT和DPCM混合編碼方案，DCT用于幀內(nèi)編碼，DPCM用于對(duì)當(dāng)前宏塊與該宏塊預(yù)測(cè)值的誤差進(jìn)行編碼。

(3)MPEG標(biāo)準(zhǔn)。MPEG(MovingPictureExpertsGroup)是ISO/IEC制定的動(dòng)態(tài)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，主要包括MPEG視頻、MPEG音頻和MPEG系統(tǒng)3部分。MPEG視頻是標(biāo)準(zhǔn)的核心部分，MPEG系統(tǒng)則保證音頻和視頻的同步。目前MPEG已有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等3種標(biāo)準(zhǔn)。10.3多媒體技術(shù)及其接口

2.視頻控制卡視頻控制卡的主要功能是將圖形、圖像和動(dòng)畫(huà)等模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號(hào)，然后對(duì)這些信息進(jìn)行壓縮、存儲(chǔ)、解壓縮、編輯、傳輸和播放等各種處理。一般視頻控制卡由視頻窗口控制器、視頻緩沖存儲(chǔ)器、A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字解碼器、D/A轉(zhuǎn)換電路及接口電路等組成。其中視頻窗口控制器為控制核心，A/D轉(zhuǎn)換電路把模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號(hào)后，由數(shù)字解碼器進(jìn)行解碼，產(chǎn)生亮度信號(hào)Y和色差信號(hào)U、V，送到視頻存儲(chǔ)器，再經(jīng)D/A電路進(jìn)行彩色空間變換，形成R、G、B信號(hào)送至顯示器。多媒體視頻卡的種類是比較多的，性能也不盡相同，大致分為視頻疊加卡、視頻捕捉卡、電視編碼卡、TV卡及MPEG解壓縮卡等，也有將幾種功能合在一起的視頻卡。一般視頻卡都要配置相應(yīng)的軟件。10.3多媒體技術(shù)及其接口

10.3.4多媒體其他技術(shù)

1.光盤(pán)存儲(chǔ)器隨著多媒體技術(shù)的日益發(fā)展和成熟，對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和便攜等技術(shù)提出了更高的要求，于是，光盤(pán)存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。光盤(pán)存儲(chǔ)技術(shù)充分利用近年來(lái)光學(xué)、光電子技術(shù)、微電子技術(shù)和固體物理學(xué)等領(lǐng)域的最新科研成果，具備存儲(chǔ)容量大、速度高等特點(diǎn)，是對(duì)磁盤(pán)存儲(chǔ)技術(shù)的補(bǔ)充和發(fā)展。光盤(pán)存儲(chǔ)器主要分3類：只讀光盤(pán)CD-ROM(CompactDisk-ReadOnlyMemory)、一寫(xiě)多讀光盤(pán)WORM(WriteOnceReadManyTimes)和可擦寫(xiě)光盤(pán)(ErasableOpticalDisk)。其中CD-ROM以成本低廉、存儲(chǔ)量大、經(jīng)久耐用而廣泛使用。10.3多媒體技術(shù)及其接口

CD-ROM是從CD演變而來(lái)的，特別適用于大容量固定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)場(chǎng)合。CD-ROM存儲(chǔ)系統(tǒng)由激光盤(pán)片和驅(qū)動(dòng)器兩部分構(gòu)成。激光盤(pán)片一般采用塑料做片基，表面涂有反光層和透光保護(hù)膜。數(shù)據(jù)就是記錄在反光層上。光盤(pán)是以一個(gè)連續(xù)的螺旋形軌道來(lái)存放數(shù)據(jù)。軌道是等尺寸、等密度分布的，由于空間得到充分利用，因而光盤(pán)能夠容納更多數(shù)據(jù)。光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器由激光頭系統(tǒng)、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信號(hào)處理電路等構(gòu)成。激光頭為光驅(qū)的核心，其結(jié)構(gòu)示意如圖10.19所示。激光二極管發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直后聚焦到光盤(pán)上，光盤(pán)信息點(diǎn)的反射光按原光路返回經(jīng)偏振分束器射入透鏡，聚焦到光電二極管上還原為電信號(hào)。10.3多媒體技術(shù)及其接口1激光二極管；2準(zhǔn)直透鏡；3偏振分束器；41/4波片；5聚焦鏡；6光盤(pán)；7透鏡；8光電二極管圖10.19激光頭結(jié)構(gòu)示意圖10.3多媒體技術(shù)及其接口主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在系統(tǒng)需要時(shí)帶動(dòng)光盤(pán)高速旋轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)信號(hào)處理系統(tǒng)則完成讀出數(shù)據(jù)信號(hào)的整形放大、數(shù)據(jù)編碼和緩沖存儲(chǔ)等。盡管CD-ROM價(jià)廉物美，但很難適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展對(duì)存儲(chǔ)容量的要求，可以說(shuō)CD-ROM被DVD-ROM取代是必然的，因?yàn)橐粡圖VD(DigitalVideoDisk)的容量可高達(dá)17GB。10.3多媒體技術(shù)及其接口

2.電話語(yǔ)音卡電話語(yǔ)音卡是一種新型多媒體設(shè)備。一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一塊語(yǔ)音卡、一部電話機(jī)，加上相應(yīng)的軟件，就能構(gòu)成一套電話語(yǔ)音系統(tǒng)。該系統(tǒng)能對(duì)外來(lái)語(yǔ)音電話自動(dòng)識(shí)別、語(yǔ)音應(yīng)答，還具備自動(dòng)撥號(hào)、自動(dòng)開(kāi)機(jī)、錄音、放音、傳真等功能，因而可以留言、咨詢、轉(zhuǎn)接及讀取相應(yīng)信息等。由于電話語(yǔ)音服務(wù)系統(tǒng)費(fèi)用低廉，實(shí)現(xiàn)方便，其應(yīng)用已遍及郵電、金融、公安、航運(yùn)、機(jī)關(guān)、企業(yè)、事業(yè)、商業(yè)、醫(yī)療和信息服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域。電話語(yǔ)音系統(tǒng)的建立十分簡(jiǎn)單。只需把語(yǔ)音卡插入主機(jī)內(nèi)部，并與電話線連接，然后再裝入相應(yīng)軟件即可。10.3多媒體技術(shù)及其接口

3.數(shù)字相機(jī)數(shù)字相機(jī)(DigitalCamera)也稱數(shù)碼相機(jī)，其與傳統(tǒng)相機(jī)的不同在于傳統(tǒng)相機(jī)把光影信息用感光物質(zhì)以模擬信號(hào)的方式存儲(chǔ)到膠片上，而數(shù)字相機(jī)則在拍攝時(shí)直接把光影信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并記錄下來(lái)?？梢?jiàn)，數(shù)字相機(jī)的拍攝結(jié)果可以直接輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)部，因此數(shù)字相機(jī)也是多媒體計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備。數(shù)字相機(jī)一般由鏡頭、電荷耦合器件(CCD)、內(nèi)存、液晶顯示界面、電路部分和機(jī)械部分共同構(gòu)成。數(shù)字相機(jī)與計(jì)算機(jī)的連接方式主要有以下兩種：一是通過(guò)串行通信口RS-232C或RS-422等與主機(jī)連接；另一種方式是通過(guò)專用器件，在專用軟件控制下與主機(jī)連接。經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后的照片可通過(guò)視頻線輸出到顯示器或電視機(jī)上顯示，也可以用打印機(jī)進(jìn)行打印。10.4其他常用人機(jī)輸入接口

10.4.1鼠標(biāo)及其接口

1.鼠標(biāo)的分類及工作原理鼠標(biāo)根據(jù)按鍵數(shù)目分為兩鍵鼠標(biāo)和3鍵鼠標(biāo)，按內(nèi)部結(jié)構(gòu)則分為光電式、光機(jī)式及軌跡式、無(wú)線遙控式、NetMouse等。

(1)光機(jī)式鼠標(biāo)。光機(jī)式鼠標(biāo)是最常用的一種鼠標(biāo)，其內(nèi)部有3個(gè)滾軸，其中一個(gè)為空軸，另外兩個(gè)各接一個(gè)碼盤(pán)，分別是X方向和Y方向的滾軸。3個(gè)滾軸都與一個(gè)可以滾動(dòng)的小球接觸，小球的一部分露出鼠標(biāo)底部與桌面接觸。鼠標(biāo)被拖動(dòng)時(shí)，小球因摩擦力而滾動(dòng)，帶動(dòng)3個(gè)滾軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)X方向和Y方向滾軸上的碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。碼盤(pán)上均勻地刻有一圈小孔，碼盤(pán)兩側(cè)各有一個(gè)發(fā)光二極管和光電晶體管。碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，發(fā)光二極管射向光電晶體管的光束時(shí)通時(shí)斷，從而產(chǎn)生表示位移和移動(dòng)方向的兩組脈沖。10.4其他常用人機(jī)輸入接口

(2)光電式鼠標(biāo)。光電式鼠標(biāo)性能較好，它利用發(fā)光二極管與光敏晶體管的組合測(cè)量位移。這種鼠標(biāo)需在專用鼠標(biāo)板上使用。鼠標(biāo)板上印有均勻的網(wǎng)格，發(fā)光二極管發(fā)出的光照射到鼠標(biāo)板上時(shí)發(fā)生強(qiáng)弱變化的反射，反射光經(jīng)過(guò)透鏡聚焦到光敏晶體管上產(chǎn)生電脈沖。由于光電式鼠標(biāo)內(nèi)部有測(cè)量X方向和Y方向的兩組測(cè)量系統(tǒng)，因而可以對(duì)光標(biāo)精確定位。

(3)軌跡球鼠標(biāo)。軌跡球式鼠標(biāo)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理與光機(jī)式鼠標(biāo)相似，區(qū)別在于軌跡球安裝在鼠標(biāo)上部，球座固定不動(dòng)，靠手撥動(dòng)軌跡球來(lái)控制光標(biāo)在屏幕上移動(dòng)。有些軌跡球鼠標(biāo)直接按裝在鍵盤(pán)上。10.4其他常用人機(jī)輸入接口

(4)無(wú)線遙控式鼠標(biāo)。無(wú)線遙控式鼠標(biāo)主要有兩種：紅外無(wú)線型鼠標(biāo)和電波無(wú)線型鼠標(biāo)。紅外無(wú)線型鼠標(biāo)必須對(duì)準(zhǔn)紅外線發(fā)射器后才可以自由活動(dòng)，否則沒(méi)有反應(yīng)；電波無(wú)線型鼠標(biāo)則可以不受方向的約束。

(5)NetMouse。NetMouse是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的1種鼠標(biāo)，在原有兩鍵鼠標(biāo)的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)滾輪鍵。這個(gè)滾輪鍵可以實(shí)現(xiàn)一些原有按鍵不能實(shí)現(xiàn)的功能。10.4其他常用人機(jī)輸入接口

2.鼠標(biāo)的接口當(dāng)前的鼠標(biāo)接口類型主要分為PS/2接口和串行口。PS/2接口鼠標(biāo)采用6針的圓形接口，串行口鼠標(biāo)采用9針D形接口。

(1)串行通信鼠標(biāo)接口。串行通信鼠標(biāo)一般采用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行通信。PC微機(jī)一般有兩個(gè)COM口(串行口)，選用其中一個(gè)即可。串行通信鼠標(biāo)采用RS-232C串行口中的RTS提供電源驅(qū)動(dòng)，SGND作為地線，TXD作為數(shù)據(jù)線，DTR作為聯(lián)絡(luò)線。鼠標(biāo)內(nèi)部的控制板上有微處理器，負(fù)責(zé)判斷鼠標(biāo)是否工作及組織相關(guān)移動(dòng)數(shù)據(jù)。10.4其他常用人機(jī)輸入接口

(2)PS/2接口通信鼠標(biāo)。PS/2接口通信鼠標(biāo)采用PS/2接口進(jìn)行通信，不僅省下一個(gè)COM口，又可避免鼠標(biāo)與聲卡、網(wǎng)卡、多功能卡、CD-ROM等發(fā)生中斷請(qǐng)求信號(hào)和中斷地址沖突，導(dǎo)致鼠標(biāo)不能正常工作。

(3)鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)程序。一般操作系統(tǒng)都附帶鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)程序，優(yōu)質(zhì)鼠標(biāo)能提供比操作系統(tǒng)附帶的驅(qū)動(dòng)程序功能更強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)程序及實(shí)用軟件，能對(duì)鼠標(biāo)各按鍵重新定義，以滿足不同用戶的特殊要求。此外，用戶還可以自己編程實(shí)現(xiàn)對(duì)鼠標(biāo)的控制。DOS操作系統(tǒng)的INT33H就提供了鼠標(biāo)編程的10余項(xiàng)功能。10.4其他常用人機(jī)輸入接口10.4.2筆式輸入設(shè)備及其接口常見(jiàn)的筆式輸入設(shè)備主要有以下幾種：

(1)電磁柵格式。電磁柵格式的筆式輸入設(shè)備由書(shū)寫(xiě)筆和書(shū)寫(xiě)板構(gòu)成。書(shū)寫(xiě)板的有效工作區(qū)是由細(xì)導(dǎo)線組成的柵格，導(dǎo)線形成回路產(chǎn)生電磁場(chǎng)，與書(shū)寫(xiě)筆內(nèi)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)相作用后產(chǎn)生電流。書(shū)寫(xiě)板中的處理器定時(shí)采樣X(jué)方向和Y方向的電流值即可確定書(shū)寫(xiě)筆在書(shū)寫(xiě)板上的位置。此種方法的缺點(diǎn)是精度低，抗電磁干擾能力差。

(2)靜電柵格式。靜電柵格式與電磁柵格式的工作原理相似。區(qū)別在于：靜電柵格式的柵格不形成回路，僅一端連接系統(tǒng)，控制電路利用導(dǎo)線產(chǎn)生靜電。另外其書(shū)寫(xiě)筆不是內(nèi)置線圈，而是筆端有1個(gè)電容性金屬探頭。當(dāng)書(shū)寫(xiě)筆接近書(shū)寫(xiě)板時(shí)，探頭電容量發(fā)生變化，書(shū)寫(xiě)筆通過(guò)導(dǎo)線向書(shū)寫(xiě)板處理器發(fā)送脈沖，從而計(jì)算出書(shū)寫(xiě)筆位置。10.4其他常用人機(jī)輸入接口

(3)電阻薄膜式。此種書(shū)寫(xiě)板的基底為絕緣物質(zhì)，表面涂有透明的電阻薄膜。位置檢測(cè)有兩種方法。第一種方法是在X方向和Y方向先后施加5V電壓，書(shū)寫(xiě)筆沿X方向從一側(cè)移向另一側(cè)時(shí)，會(huì)獲得從0V到5V逐漸增加的電壓值。由此可確定書(shū)寫(xiě)筆在X方向的坐標(biāo)值。同樣可獲得Y方向的坐標(biāo)值。第二種方法是書(shū)寫(xiě)板各角分別安裝一個(gè)電極，而在書(shū)寫(xiě)筆上施加5V電壓。當(dāng)書(shū)寫(xiě)筆在書(shū)寫(xiě)板上移動(dòng)時(shí)，各電極將得到不同的電流，由此計(jì)算出書(shū)寫(xiě)筆的坐標(biāo)值。10.4其他常用人機(jī)輸入接口

(4)電容靜電薄膜式。此種技術(shù)集中了靜電柵格式和電磁柵格式的優(yōu)點(diǎn)。書(shū)寫(xiě)板基底通常為玻璃或塑料等透明物質(zhì)，其下面涂有一層導(dǎo)電材料薄膜。書(shū)寫(xiě)板兩邊分別施加0V和5V電壓，板上形成一個(gè)靜電場(chǎng)。書(shū)寫(xiě)筆的電容性探頭在書(shū)寫(xiě)板表面移動(dòng)時(shí)，可透過(guò)透明物質(zhì)拾取信號(hào)，傳給書(shū)寫(xiě)板處理器的信號(hào)就可確定書(shū)寫(xiě)筆位置。

(5)光筆。光筆是利用光學(xué)原理進(jìn)行交互式作圖的筆式輸入設(shè)備，常用來(lái)確定屏幕上的某一點(diǎn)的位置。光筆的頭部裝有光學(xué)透鏡，將光線聚焦到筆內(nèi)的光纖傳感器上，進(jìn)而傳到脈沖檢測(cè)器，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。10.4其他常用人機(jī)輸入接口

(2.筆式輸入設(shè)備的接口筆式輸入設(shè)備一般通過(guò)串行口與主機(jī)連接。將書(shū)寫(xiě)板的電纜線與微機(jī)的RS-232C串行口連接，并安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，就可以使用了。當(dāng)然，對(duì)于手寫(xiě)漢字或數(shù)字、字符等的識(shí)別，需要安裝一套識(shí)別軟件。10.4其他常用人機(jī)輸入接口10.4.3觸摸屏及其接口

1.觸摸屏的工作原理和類別觸摸屏是一種坐標(biāo)定位設(shè)備，在CRT屏幕上安裝透明感應(yīng)膜，或在屏幕四周安裝感應(yīng)元件，再加上接口電路和軟件后，用戶就可以采用與屏幕接觸的方式對(duì)微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和控制。觸摸屏系統(tǒng)主要由觸摸屏控制器和觸摸檢測(cè)裝置組成。檢測(cè)裝置負(fù)責(zé)檢測(cè)觸摸屏被觸摸的位置，觸摸屏控制器接收檢測(cè)裝置接收到的觸摸信息，轉(zhuǎn)換為觸摸點(diǎn)坐標(biāo)后送給計(jì)算機(jī)。按照工作原理，觸摸屏主要分為電阻式、電容式、紅外線式、表面聲波式等4種。10.4其他常用人機(jī)輸入接口

(1)電阻式觸摸屏。電阻式觸摸屏在顯示器屏幕上加一個(gè)玻璃罩，玻璃罩表面涂有兩層透