第5章 人机交互设备

5.2 键盘
键盘的历史非常悠久，早在1714年就出现了各
种形式的打字机，而最早的键盘就出现在那个时期
的打字机上。直到1868年，“打字机之父”—美国
人克里斯托夫·拉森·肖尔斯设计出了适合现代打字机
的规范键盘，即“QWERTY”键盘。如今，键盘早
已成为了将各种指令和数据输入到计算机中的主要
输入设备之一。
人机交互设备
鼠标的主要技术参数 鼠标使用注意事项
打印机
扫描仪的分类 扫描仪的结构和工作原理
打印机的分类 打印机的结构和工作原理 打印机的主要技术参数 打印机使用注意事项
扫描仪
扫描仪的主要技术参数
扫描仪使用注意事项
5.1 人机交互设备概述
人机交互设备是指人和计算机之间建立联
系、交流信息的输入/输出设备。这些输入/输
5.2.2 键盘的结构和工作原理
1.键盘的结构 键盘分为外壳、按键和电路板3部分。平时 只能看到键盘的外壳和所有按键，电路板被安置 在键盘内部，用户是看不到的，如图所示。
5.2.2 键盘的结构和工作原理
（1）键盘的外壳 外壳主要用来支撑电路板和为操作者提供一 个方便的工作环境。多数键盘外壳上有可以调节 键盘与操作者角度的支撑架，通过调节这个支撑 架，用户可以改变键盘的角度。键盘的外壳与工 作台的接触面上装有防滑减震的橡胶垫。许多键 盘外壳上还有一些指示灯，用来指示某些键的工
5.2.2 键盘的结构和工作原理
扫描法原理图
5.2.2 键盘的结构和工作原理
（2）反转法
反转法利用一个可编程的并行接口（如8255A）来实现。其识别 按键的过程是：将行线接到一个并行端口，先让它工作在输出方式， 将列线接到另一个并行端口，先让它工作在输入方式；编程使输出端 口往各行线全部送低电平，然后读取列线的值，如果有某一个键被按 下，则必有一条列线为低电平。然后进行线反转，通过编程对两个并 行端口进行方式设置，使连接行线的端口工作在输入方式（原来是输 出方式），使连接列线的端口工作在输出方式（原来是输入方式）， 并将刚才读到的列线值通过所连接的并行端口再输出到列线，然后读 取行线的值，那么闭合键所对应的行线必为低电平，这样当一个键被 按下时，就可以确定一对唯一的行值和列值。
算机中。计算机能够接收各种各样的数据，既可以是
数值型的数据，也可以是各种非数值型的数据，如图
形、图像、声音等都可以通过不同类型的输入设备输
入到计算机当中进行存储、处理和输出。常见的输入
设备有键盘、鼠标、扫描仪等。
5.1 人机交互设备概述
2.输出设备 输出设备与输入设备一样，也是一种计算机与 外界交互的装置。用于将各种计算结果的数据或 信息以数字、字符、图形、图像、声音等形式表 示出来。常见的输出设备有显示器、打印机等。
5.2.1 键盘的分类
（2）塑料薄膜式键盘
塑料薄膜式键盘由一层按键、三层塑料薄膜及电路板
组成。最上层是中心有凸起橡胶垫的按键，三层塑料薄膜中
最上层是正级电路，中间是间隔层，下层是负极电路。对应 每个按键，上下两层薄膜中都有相应的触点，间隔层有相应 的小孔。当按键按下时，上下两层薄膜触点通过小孔而导通。 薄膜式键盘具有价格低廉、无机械磨损，低噪音的特点。目
5.3.1 鼠标的分类
2.按接口分类 按接口来分类，鼠标可以分为COM、PS/2、 USB三类。COM口鼠标需要占用计算机的一个串行 接口，已经被淘汰。后来改用PS/2接口鼠标，目前 还有一定保有量。而USB鼠标随着USB接口的广泛 使用而发展起来，成为目前市场上的主流产品。
5.3.1 鼠标的分类
5.2.1 键盘的分类
1.根据按键的接触方式分类
（1）机械式键盘 机械式键盘的底部有一块PCB板，PCB板上 固定着100多颗机械式按键及电路，这些按键的 结构类似于金属接触式开关，通过触点导通或断 开来判断按键是否被触发。机械式键盘的优点是 经久耐用、工艺简单、易维护，而缺点是不防水 、敲击费力、噪音大且成本高。
5.2.1 键盘的分类
（4）无接点静电电容式键盘
这类键盘是这四类键盘中技术含量最高的，其按键使 用了类似电容式开关的原理，通过按键时改变电极间的距
离，引起电容容量改变从而获得按键通断信号。特点是无
磨损且密封性较好，但造价较高。
5.2.1 键盘的分类
2.根据键盘的控制形态分类 （1）编码式键盘 编码式键盘由内部复杂的硬件电路来提供按 键编码。当某个按键被按下时，硬件电路直接按 该键所在的位置产生相应的按键编码（ASCII字 符码）。这种键盘响应速度快，但硬件电路复杂 且按键编码固定，导致按键编码不易修改和扩充 ，目前很少使用。
5.3.1 鼠标的分类
鼠标分类方法有很多，通常可按照键数、接口形式、有
无连线以及内部结构来进行分类。
1.按键数分类
按键数来分类，鼠标可以分为传统双键鼠标、三键鼠标和新 型的多键鼠标。与双键鼠标相比，三键鼠标上多了一个中键，
中键在某些程序中有特殊定义，能起到事半功倍的作用。后来
人们为了方便上网浏览网页，又使用滚轮来代替中键，并将中 键的功能融入到滚轮中。多键鼠标是鼠标发展的一个新方向， 它将更多的应用程序功能键定义到鼠标键上，方便日常操作， 大大提高了工作效率。
5.2.1 键盘的分类
3.根据键盘的接口分类 早期AT主板的键盘接口是一个较大的圆形接 口，俗称“大口”，已淘汰。后来的ATX主板改 用PS/2接口作为键盘和鼠标的专用接口，俗称“ 小口”，但键盘和鼠标的PS/2口不能互换；目前 亦有PS/2键鼠通用接口。随着USB接口的广泛应 用，现在很多厂商推出了USB接口的键盘。
微机原理及组装维护技术
本章学习目标
了解常用的人机交互设备
理解键盘、鼠标、显卡、显示器、打印机、扫 描仪的结构和工作原理 掌握键盘、鼠标、显卡、显示器、打印机、扫 描仪的主要技术参数
熟悉键盘、鼠标、显示器、打印机、扫描仪的 使用注意事项
目录
5.1 人机交互设备概述
5.2 键盘 5.3 鼠标
作状态。
5.2.2 键盘的结构和工作原理
（2）按键 对键盘而言，虽然按键数目有所差异，但按键布局基本 相同，共分为5个区域，即主键盘区、编辑键区、功能键区、 小键盘区和特殊键区。 （3）电路板 电路板是整个键盘的核心，主要由逻辑电路和控制电 路组成。逻辑电路排列成矩阵形状，每一个按键都安排在矩阵 的交叉点上。而控制电路由按键识别电路、编码电路、接口电 路等组成（现大多由单片机电路来实现）。
以用棉签清除，也可以拆开键盘进行清除。
5.2.4 键盘使用注意事项
（4）不要让液体流入键盘。大多数键盘没有 防水功能，一旦有液体流进，便会使键盘受到损害， 造成接触不良、腐蚀电路和短路等故障。当大量液 体进入键盘时，应当立即关闭计算机，将键盘接口 拔下，打开键盘，用干净、吸水的软布擦干内部的 积水，最后放在通风处自然晾干。
前市面上销售的键盘大多数都是塑料薄膜式键盘。
5.2.1 键盘的分类
（3）导电橡胶式键盘
导电橡胶式键盘的按键信号通过导电橡胶接通下方印 刷线路板上的触点而产生。其结构非常简单，上层是中心 有凸起导电橡胶垫的按键，下层是正负极平行交叉的触点
，当按键按下时，导电橡胶使其下面触点的正负极接通。
这类键盘是由机械键盘向薄膜键盘过渡的产品，目前市面 上比较少。
转换，向键盘接口输出按键的扫描码（加奇偶校验位）；
5.2.2 键盘的结构和工作原理
主板上的键盘控制器通过键盘接口收到串行扫描
码后，完成奇偶校验和串并转换，并向CPU发出键
盘中断请求，由CPU响应键盘中断INT 09H而调入
扫描码，并将其转换为按键编码（ASCII字符码）， 保存到键盘缓冲区中，以便程序使用。
线性键盘
矩阵键盘
5.2.2 键盘的结构和工作原理
在计算机键盘中，常采用扫描法和反转法来识别按键 。 （1）扫描法
扫描法识别按键的过程是：首先判断是否有键被按下，即先进行 全扫描，将所有行线置成低电平，然后读取全部列线；如果读取的列 值全是高电平，则说明没有任何一个键被按下；如果读取的列值不是 全1，则说明有键按下，再用逐行扫描的方法确定哪一个键被按下。 先扫描第一行，即置该行为低电平，其他行为高电平，然后读取列线 ，如果某条列线为低电平，则说明第一行与该列相交的位置上的按键 被按下；如果所有列线全是高电平，则说明第一行没有键被按下，接 着扫描第二行，依此类推，直到找到被按下的键，这样来确定一对唯 一的行值和列值。
5.2.2 键盘的结构和工作原理
2.键盘的工作原理
常用的非编码键盘有线性键 盘和矩阵键盘。 线性键盘是指每一个按键均有 一条输出线，若有N个键，则需 N条线进行识别，适应于键少场 合。 矩阵键盘的按键按行（M行） 和列（N列）排列，可排M×N 个按键，按键识别只需M+N条 线，适应于键多场合，计算机 键盘就采用这种方式。
3.按有无鼠标连线分类
按有无鼠标连线来分类，鼠标可分为有线鼠标和无线鼠
标两类。无线鼠标采用无线技术与计算机通信，从而省掉
了电线带来的束缚。无线通信方式通常分为蓝牙、Wi-Fi 、红外线等多种无线技术标准。但从目前所使用的主流无 线鼠标来看，用得最多的还是采用2.4GHz频率和使用蓝 牙的两类无线鼠标。
5.2.1 键盘的分类
（2）非编码式键盘
非编码式键盘内部只使用较为简单的硬件和软件来对按 键进行识别，根据按下按键的位置生成位置状态代码（扫描码）
传送给计算机，然后由计算机内的软件把这些位置状态代码转换
为相应的按键编码（ASCII字符码）。这种键盘的响应速度不如 编码式键盘快，但它结构简单，且可以通过软件为按键重新定义 编码，键盘功能扩充方便，目前计算机大多使用这种键盘。
5.2.2 键盘的结构和工作原理
反转法原理图
5.2.2 键盘的结构和工作原理
PC系列键盘是由键盘内的单片机程序根据以上的两种方 法之一（通常采用扫描法）来识别按键的当前位置的。如果 有闭合键就根据其位置（行值和列值）获得对应的扫描码， 当闭合键松开时也对应一个扫描码，前者为闭合扫描码，后 者为断开扫描码，键盘内部电路里有一个16字节的FIFO队 列缓冲器，用于存放按键的扫描码，然后对扫描码进行并串