Лекция8 (Лекции по микропроцессорной технике)

14

тема: ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА. УВВ.

Вопросы:

1.Устройство ввода: клавиатура; манипуляторы; сканеры.

2.Устройства вывода информации: системы визуального отображения; принтеры.

Литература:

1 вопрос: [1] стр. ;

2 вопрос: [1] стр. ;

1.Устройства ввода

1.1 Клавиатура

Клавиатура - это одно из основных устройств ввода информации в ЭВМ, позволяющее вводить различные виды информации. Вид вводимой информации определяется программой, интерпретирующей нажатые или отпущенные клавиши. С помощью клавиатуры можно вводить любые символы - от букв и цифр до иероглифов и знаков музыкальной нотации. Клавиатура позволяет управлять курсором на экране дисплея - устанавливать его в нужную точку экрана, перемещать по экрану, «прокручивать» экран в режиме скроллинга, отправлять содержимое экрана на принтер, производить выбор при наличии альтернативных вариантов и т.д.

Стандартная клавиатура IBM PC имеет несколько групп клавиш:

1) алфавитно-цифровые и знаковые клавиши (с латинскими и русскими буквами, цифрами, знаками пунктуации, математическими знаками);

2) специальные клавиши: <Esc>, <Tab>, <Enter>, <BackSpace>;

3) функциональные клавиши: <F1> ... <F10...>;

4) служебные клавиши для управления перемещением курсора (стрелки — <Up>, <Down>, <Left>, Right>, клавиши - <Home>, <End>, <PgUp>, <PgDn> и клавиша, обозначенная значком «[ ]» — в центре дополнительной цифровой клавиатуры);

5) служебные клавиши для управления редактированием: <Ins>, <Del>;

6) служебные клавиши для смены регистров и модификации кодов других клавиш: <Alt>, <Ctrl>, <Shift>;

7) служебные клавиши для фиксации регистров: <CapsLock>, <ScrollLock>, <NumLock>;

8) вспомогательные клавиши: <PrtSc>, <Break>, <Grey +>, <Grey ->.

Если клавиша первой, четвертой, а иногда и пятой группы оказывается нажатой дольше, чем 0,5 с, начинает генерироваться последовательность ее основных кодов с частотой 10 раз/с (в IBM PC XT), что имитирует серию очень быстрых нажатий этой клавиши.

Общее число клавиш в основной модификации клавиатуры - 83, в расширенной клавиатуре — до 104. Количество различных сигналов от клавиатуры значительно превышает это число, так как:

• при нажатии и освобождении клавиши в ЭВМ передаются разные кодовые комбинации: при нажатии - порядковый номер нажатой клавиши на клавиатуре (ее скан-код), а при освобождении - скан-код, увеличенный на 80h;

• заглавные и строчные буквы первой группы клавиш (алфавитно-цифровых и знаковых) набираются на разных регистрах. Оперативное переключение регистров производится клавишей <Shift>. Если при нажатой (и удерживаемой в нажатом состоянии) клавише <Shift> «клюнуть» (от английского слова click) любую алфавитную клавишу, то в ЭВМ будет отправлен код заглавной буквы, соответствующий нажатой клавише;

• после однократного нажатия клавиши <CapsLock> (зажигается лампочка на клавиатуре рядом с клавишей) изменяется порядок работы клавиши <Shift>: без нажатия на нее будут набираться заглавные буквы, а при нажатии (совместном) — строчные. После повторного нажатия на <CapsLock> порядок работы клавиши <Shift> восстанавливается, а лампочка гаснет. Такой режим (переключательный) работы клавиши называется триггерным режимом или flip-flор;

• аналогично клавише <Shift> действуют клавиши <Alt> и <Ctrl> - при одновременном нажатии с ними любой другой клавиши в ЭВМ передается не скан-код, а расширенный код (2 байта). Иногда таким же образом используется клавиша <Esc>;

• клавиша <NumLock> является триггерным переключателем дополнительной цифровой клавиатуры: при негорящей лампочке она работает как клавиатура для управления курсором; при зажженной — как цифровая;

• для переключения регистров (или даже групп регистров) иногда используются другие комбинации клавиш: например, программы-русификаторы клавиатуры переключают РУС-ЛАТ с помощью правой клавиши <Shift> или при одновременном нажатии двух клавиш <Shift> (правой и левой) и т.д. Эти комбинации клавиш обладают триггерным эффектом.

Сигналы, поступающие от клавиатуры, проходят трехуровневую обработку: на физическом, логическом и функциональном уровнях.

Физический уровень имеет дело с сигналами, поступающими в вычислительную машину при нажатии и отпускании клавиш.

На логическом уровне, реализуемом BIOS через прерывание 9, скан-код транслируется в специальный 2-байтовый код. Младший байт для клавиш группы 1 содержит ASCII-код, соответствующий изображенному на клавише знаку. Этот байт называют главным. Старший байт (вспомогательный) содержит исходный скан-код нажатой клавиши.

На функциональном уровне отдельным клавишам программным путем приписываются определенные функции. Такое «программирование» клавиш осуществляется с помощью драйвера - программы, обслуживающей клавиатуру в операционной системе.

Устройство клавиатуры не является простым: в клавиатуре используется свой микропроцессор, работающий по прошитой в ПЗУ программе. Контроллер клавиатуры постоянно опрашивает клавиши, определяет, какие из них нажаты, проводит контроль на «дребезг» и выдает код нажатой или отпущенной клавиши в системный блок ЭВМ.

Выпускаемые разными производителями клавиатуры различаются также по расстоянию между клавишами, числу специальных клавиш, способу переключения на цифровой регистр для быстрого ввода числовых данных, углу наклона, форме и текстуре поверхности клавиш, усилию нажима и величине хода клавиш, расположению часто используемых клавиш и др.

В последнее время наблюдаются тенденции отказа от клавиатуры в пользу альтернативных устройств: мыши, речевого ввода, сканеров. Но полностью эти устройства клавиатуру не заменяют.

1.2 Манипуляторы

Устройства вводы мышь (mouse) передает в систему информацию о своем перемещении по плоскости и нажатии кнопок (двух или трех) или вращении колесика.

Обычная конструкция имеет свободно вращающийся массивный обрезиненный шарик в днище корпуса, передающий вращение на два координатных диска с фотоэлектрическими датчиками. Датчики для каждой координаты представляют собой две открытые оптопары (светодиод – фотодиод), в оптический канал которых входит вращающийся диск с прорезями. Оптопары датчиков могут быть оформлены в виде монолитных конструкций, а могут и быть отдельными элементами, установленными на печатной плате.

Манипулятор TracrBall, по сути, представляют собой перевернутую мышь, шарик которой вращают пальцами. Иногда он встраивается в клавиатуру (в портативных компьютерах). Преимущество шара в том, что он не требует для работы свободной плоскости поверхности, а может закрепляться зажимом на краю стола. Однако вращать шар пальцами нравится не всем, хотя при этом можно добиться большей точности позиционирования.

Оптическая мышь (optical mouse) не имеет механических частей. Она ориентируется по лучам, отраженным от специального коврика с сетчатым рисунком. Теоретически этотт надежнее, но загрязнение или повреждение коврика приводит к неожиданным «скачкам», наклон оси мыши относительно оси коврика сильно искажает отображение траектории движения.

Существуют варианты беспроводных мышей (cordless mouse): мышь с аккумуляторным питанием передает интерфейсному блоку инфракрасные или радио- сигнал. Правда, от блока все равно идет кабель к интерфейсу РС, но этот провод неподвижен. Это решение довольно дорого стоит.

1.3 Сканеры

Сканер - это внешнее устройство (П)ЭВМ, позволяющее вводить двухмерное (т.е. плоское) изображение.

Конструкция сканеров в значительной степени определяется типом вводимого изображения: штриховое или полутоновое, монохромное или цветное.

Принцип работы сканера заключается в том, что поверхность изображения освещается перемещающимся лучом света, а светочувствительный прибор (фотоэлемент, фотодиод или фотоэлектронный умножитель) воспринимает отраженный свет, интенсивность которого зависит от яркости освещенного участка изображения, и преобразовывает его в электрический сигнал. Полученный электрический сигнал преобразовывается из аналоговой в цифровую форму и в виде цифровой характеристики яркости точки поступает в ЭВМ.

Такой сканер считывает изображение в графическом виде; полученное изображение может быть сохранено в памяти ЭВМ, обработано графическим редактором или выведено на дисплей либо на принтер. Если был введен текст, то при отображении на дисплее или на принтере его можно прочитать. Использовать же текстовые редакторы для работы (редактирования, форматирования) с таким документом не представляется возможным.

Перед обработкой просканированного изображения текстовым редактором необходимо графическое изображение текста преобразовать в код ASCII или ANSI Такое преобразование осуществляется программными или аппаратными средствами распознавания образов.

Луч света, с помощью которого сканируется изображение, должен последовательно, элемент за элементом осветить все изображение. В зависимости от того, каким образом осуществляется последовательное освещение элементов изображения, различаются оптические читающие устройства:

• со считыванием изображений линейкой фотоэлементов;

• со считыванием изображений матрицей фотоэлементов;

• со спиральной барабанной разверткой;

• со считыванием методом «бегущего луча»;

• слежением за контуром.

Считывание линейкой фотоэлементов заключается в том, что изображение освещается полоской света, а отраженный свет падает на фотоэлементы, смонтированные в виде линейки. Каждый фотоэлемент фиксирует попавшую на него часть светового потока. Электрический сигнал считывается последовательно со всех элементов линейки. После считывания полоска света (вместе со считывающей головкой) перемещается на следующую часть документа (или полоска света неподвижна, а перемещается документ относительно считывающей головки).

Считывание матрицей фотоэлементов производится аналогично, но фотоэлементы смонтированы в виде матрицы (например, размером со считываемый документ). В этом случае документ освещается целиком, а не отдельными полосками. Перемещения документа относительно считывающей головки не требуется.

Если фотоэлементы выполняются в виде микросхемы, то разрешающая способность такого считывателя может быть достаточно высокой. Если же они выполнены в виде отдельных конструктивных элементов и собираются в линейку или матрицу при сборке устройства, то из-за больших физических размеров компонентов считыватель обладает невысокой разрешающей способностью. Повысить разрешающую способность линейки или матрицы можно, проектируя на нее считываемое изображение с увеличением.

Оптические считыватели со спиральной барабанной разверткой состоят из барабана с закрепленным на нем носителем считываемого изображения, зеркала, источника света, фотоэлемента и механического привода для вращения барабана и перемещения зеркала (рис. 8.1).

Зеркало служит для отклонения на 90° тонкого луча света. Отражаясь от зеркала, луч падает на образующую барабана и освещает точку на его поверхности (а к поверхности барабана прикреплен носитель считываемого изображения).

Вращение барабана и перемещение зеркала вдоль его образующей происходят одновременно, благодаря чему луч по спирали «разворачивает» изображение, находящееся на поверхности барабана. Отраженный от барабана свет воспринимается фотоэлементом.

Оптические считыватели методом «бегущего луча» построены по принципу растровой развертки. В качестве луча света может использоваться либо свет от экрана электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), либо лазерный луч, отклоняемый системой зеркал.

Схема считывания изображений методом «бегущего луча» с использованием ЭЛТ приведена на рис. 8.2.

В состав считывателя входят: генератор развертки, ЭЛТ, экран со считываемым изображением, объектив, фотоэлемент и блок кодирования изображения с АЦП.

Генератор развертки вырабатывает напряжение, перемещающее электронный луч на экране ЭЛТ. Нанесенный на экран люминофор является перемещающимся источником света (для этого ЭЛТ должна иметь люминофор с очень коротким послесвечением): электронный луч рисует на экране матрицу точек, которая проектируется на экран со считываемым изображением. Каждый пиксел экрана работает как импульсный источник света: при вспыхивании он освещает соответствующую точку изображения, отраженный свет от которой фиксируется фотоэлементом и преобразовывается в цифровой код изображения.

Считывание «слежением за контуром» производится аналогично (рис. 8.3), но генератор развертки рисует на экране матрицу или растр только до того момента, пока на изображении не встретилась линия. После этого блок сканирования переключает генератор развертки в режим слежения за контуром и запоминает направление перемещения луча - эта информация оформляется как векторное описание считанного изображения.