Клавиатура. Манипуляторы-указатели

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция 2.

Клавиатура. Манипуляторы-указатели.

Вопросы

1. Общая характеристика клавиатуры

2. Интерфейс клавиатуры и мыши

3. Скан-коды и системная поддержка

4. Манипуляторы-указатели

1. Общая характеристика клавиатуры

Клавиатура РС представляет собой унифицированное устройство со стандартным разъемом и последовательным интерфейсом связи с системной платой.

Датчики клавиш представляют собой механические контакты (открытые или герметичные в стеклянных колбах магнитоуправляемые - герконы) или кнопки на основе токопроводящей резины, или емкостные датчики или датчики Холла. Емкостные датчики и датчики Холла не имеют подвижных контактов и являются наиболее надежными для клавиатуры. Независимо от типа применяемых датчиков, все клавиши объединены в матрицу, рис.2.1.

Рис. 2.1. Матрица клавиатуры

Место расположение букв А, В, С на данной матрице может быть описано соответствующим кодом (скан-код):

А - 23d ; В - 55d; С - 410d

Скан-коды передаются в компьютер по факту нажатия и отпускания клавиш: при нажатии передается ее скан-код, т.е. номер идентифицирующий ее расположение на клавиатуре, после ее отпускания передаются 2 байта:

1-й байт - содержит признак отпускания - F0;

2-й байт - не модифицированный скан - код.

Для клавиш, генерирующих пару кодов (префикс и расширенный код) при отпускании сначала передается префикс (Е0 или Е1- верхний или нижний регистр, например) затем признак отпускания F0, а затем передается расширенный код.

Е0 (Е1) F0 расширенный код

Типовая клавиатура имеет внутренний контроллер, выполненный на микросхеме из семейства MCS - 48 фирмы Intel, осуществляющий контроль клавиш матрицы и управление индикаторами, внутреннюю диагностику и связь с системной платой последовательным интерфейсом по линиям КВ - Data и КВ - Cloсk.

В стандартном исполнении существуют 3 типа клавиатур:

-клавиатура ХТ - 83 клавиши без индикаторов, добавленных на более поздних разработках (Num Lock, Caps Lock);

- клавиатура АТ - 84 клавиши, отличающаяся появлением дополнительной клавиши SysRec и индикаторов Num Lock, Caps Lock, Scroll Lock, а также двунаправленным интерфейсом с системной платой, обеспечивающий программирование параметров клавиатуры и ее диагностику;

- расширенная клавиатура - 101/102 клавиши, используемая для моделей АТ и PS/2 и являющаяся современным стандартом. Другие расширенные клавиатуры могут иметь 104, 105 или 122 клавиши.

Расширенная клавиатура имеет следующие группы клавиш:

- основной клавиатуры;

- цифровые клавиши;

- функциональные клавиши;

- клавиши управления курсором и экраном;

- клавиши управления питанием;

- кнопки быстрого доступа к приложениям. По электрическому интерфейсу Клавиатуры ХТ и АТ совпадают, а по логическому они не совместимы. Клавиатура PS/2 отличается от АТ только разъемом. В остальном - полное совпадение. Современные клавиатуры работают в одном из трех наборов (таблиц) скан-кодов:

2. Интерфейс клавиатуры

Подключение клавиатуры к системной плате осуществляется последовательным синхронным интерфейсом, состоящим из двух обязательных сигналов: КВ - Data и КВ - Cloсk. Контроллер интерфейса клавиатуры и его разъем расположены на системной плате. Разъем клавиатуры может быть двух типов:

- обычная 5 контактная розетка DIN, рис. 2.2;

- малогабаритная розетка mini-DIN, рис 2.3.

Рис.2.2. Рис2.3.

Обозначение клемм на схемах:

Рис2.2. 1 - KB Clock; 2 - KB Data; 3 - КВ - Reset #;

4 - GND (общий - заземление);5 - +5В.

Рис.2.3.1 - KB Data; 2 - пустой; 3 - GND (общий - заземление);

4 - +5В; 5 - KB Clock; 6 - Ключ.

Процессор общается с клавиатурой через контроллер интерфейса клавиатуры, используя порт 60h. Прием скан кодов осуществляется чтением этого порта. О необходимости чтения скан-кода контроллер сигнализирует процессору через аппаратное прерывание, сигнал которого вырабатывается по каждому срабатыванию клавиши. Кроме того, этот же контроллер транслирует команды, посылаемые к клавиатуре. С использованием шины USB появились клавиатуры с контроллером 8042. они имеют и встроенный ХАБ для подключения мыши через USB. При этом со стороны BIOS для такой клавиатуры требуется специальная поддержка.

Контроллер интерфейса клавиатуры и мыши 8042/8242.

Программируемый микроконтроллер последовательных интерфейсов клавиатуры и мыши расположен в пространстве ввода-вывода CPU по адресам 060 RW и 064 RW через параллельный интерфейс, рис 2.4.

Рис. 2.4. Структурная схема взаимосвязи контроллера клавиатуры и мыши

клавиатура мышь плата контроллер

Режим работы контроллера (разрешение работы клавиатуры и мыши, прерывания от них, трансляция скан-кодов и др.) задается командным байтом, посылаемым в контроллер по специальной команде и регистра команд. Контроллер имеет 2 внешних порта по которым реализует последовательные интерфейсы связи со всеми устройствами.

Регистр состояния порта 064 R

Алгоритм работы контроллера с клавиатурой

3. Скан - коды и системная поддержка

Скан - коды

Скан -коды передаются от клавиатуры в компьютер по фактам нажатия и отпускания клавиш.

При нажатии клавиши передается ее скан-код, соответствующий номеру расположения клавиши на клавиатуре. Некоторые клавиши передают цепочку кодов, начинающихся с префикса Е0 или Е1, за которыми следуют байты расширенного кода. Набор Set#1. Свойственный первым клавиатурам. При отпускании клавиша клавиатуры передает скан-код с инвертируемым битом 7. При этом префиксы передаются без изменений, а модифицированные расширенные скан-коды передаются в порядке обратном прядку передачи при нажатии. Принятый способ сигнализации отпускания не позволяет использовать скан-коды: 60h, 61h, 5A, 6E и больше 79h и 00.

Набор Set#2. Соответствует клавиатурам со 101/102 и более клавиш.

При отпускании передаются два байта:

1-й байт 2-й байт

Клавиши, генерирующие пару кодов (префикс и расширенный код) при отпускании передается следующим образом:

Если клавиша генерирует пару кодов при нажатии, то при отпускании каждая пара кодов дает тройку кодов с обратным порядком их следования.

Набор Set#3. Существует но практически не используется.

Номер набора клавиатуре и ее контроллеру задается центральным процессором по команде F0. При включении питания у современных клавиатур устанавливается набор 0. Контроллер клавиатуры осуществляет трансляцию принимаемых кодов наборов Set#1 или Set#2 в набор Set#0, коды которого доступны процессору при чтении из порта 60h.

Считыванием из порта и интерпретацией скан-кодов занимается программа центрального процессора, выполняемая обработчиком прерываний IRQ. Автоповтор. При удержанной нажатой клавише котроллер клавиатуры выдает скан-код и далее через некоторое время контроллер клавиатуры генерирует серию посылок скан-кода, которые будут вызывать серию прерываний у процессора IRQ1 с передачей этого кода до тех пор, пока клавиша не будет отпущена. Если не отпуская этой клавиши , нажать другую, то будет передан скан код второй клавиши и при ее удержании автоповтор начнется для нее, т.е. автоповтором пе6редаются только последние байты из этих цепочек. Системная поддержка. Системная поддержка клавиатуры осуществляется на уровне BIOS. Коды, принятые от клавиатуры, считываются и обрабатываются обработчиком аппаратного прерывания IRQ1. Результат обработки помещается в клавиатурный буфер, из которого по программному прерыванию Int 16h этот результат может быть извлечен позже. Начальное тестирование клавиатуры осуществляется процедурой POST, которая запускает диагностический тест. При обнаружении ошибки выдается сообщение с указанием скан-кода клавиши и для продолжения рекомендуют нажать клавишу F1, чтобы начальная загрузка не останавливалась по ошибке клавиатуры.

Русификация клавиатуры поддерживается на программном уровне с помощью загружаемого драйвера, который замещает обработчик IRQ1 драйвера BIOS, перехватывая вектор прерывания процессора Int 9h

Прерывания, вызванные приходом кодов нажатия и отпускания клавиш обрабатывает BIOS Int 9h.

Интерфейс прикладного уровня представляет BIOS Int 16h, основное назначение которого - извлечение слов из клавиатурного буфера

Функция задается в регистре АН при вызове.

Результата помещается в регистр АХ.

4. Манипуляторы-указатели

Устройство ввода мышь передает информацию в систему о своем перемещении по плоскости нажатии кнопок (от двух до трех и более). Обычная конструкция имеет в своем составе шарик, передающих вращение на два координатных диска с фотоэлектрическими датчиками. Датчики для каждой координаты имеют две открытые оптопары (светодиод-фотодиод) в оптический канал которых входит вращающийся диск с прорезями.

Оптическая мышь имеет встроенную видеокамеру с процессором, обрабатывающим полученное изображение.

3D - мышь . Кроме двух координат перемещения на плоскости позволяет задавать третью координату с дополнительного колесика, вращаемого пальцем. Интерфейсы мыши. Различают несколько видов:

Bus Mouse - использование специализированной платы адаптера.

Serial Mouse - использует интерфейс RS 232C и двух полярный сигнал с уровнями +3В и - 3В.

PS/2- Mouse - использует однополярный сигнал с напряжением +5В

USB Mouse - обычный последовательный интерфейс

Совместимости этих интерфейсов нет и поэтому для различного способа подключения мыши имеются специальные переходники, позволяющие выбирать ее способ подключения. Причем эти переходники предназначены только для универсальных мышей, имеющих встроенный контроллер, который распознает к какому интерфейсу подключена мышь. Bus Mouse это один из первых вариантов мыши. Эта мышь содержит только датчики и кнопки, а обработка их сигналов производится на специализированной плате адаптера. Для этой мыши используется 9 проводной кабель со специальным разъемом, внешне погожим на разъем мыши PS/2 Главный недостаток заключается в том, что адаптер занимает разъем системной шины, адреса ввода-вывода и прерывания.

Serial Mouse - мышь с последовательным интерфейсом, подключаемая через 9- или 25 контактный разъем СОМ-порта. Имеет встроенный контроллер, обрабатывающий сигналы координатных датчиков и кнопок. Каждое перемещении и нажатие кнопок кодируется двоичным сигналом по интерфейсу RS-232. Недостаток Serial Mouse является тол, что она занимает СОМ-порт и требует полного использования его штатной линии прерывания.

Две основные разновидности мышей: MS Mouse и PC Mouse требуют различных драйверов и поэтому многие мыши имеют переключатель MS/PC.

MS Mouse - характеризуется 7 битными данными в трехбайтном пакете. Положительное перемещение по координате Х вправо, а по координате У - вниз. Для трехкнопочной мыши добавляется четвертый байт.

PC Mouse - характеризуется 8 битовыми данными при пяти байтовом пакете. Положительное перемещение по координате Х вправо, а по координате У - вверх. PS/2- Mouse эта мышь появилась с компьютерами PS/2. Ее интерфейс и разъем аналогичен клавиатурному и реализуется тем же контроллером, что и клавиатуры. Отличие работы интерфейса мыши от клавиатуры заключается в том, что специальные команды каждого байта записываются в порт 64h, но перед записью каждого байта записывается код D4 h. Мышь работает в трех режимах:

- токовом - посылает данные по любому изменению состояния;

- опросе - передает данные только по запросу процессора;

- диагностики - возврат эхом данных, посылаемым контроллером.

Мышь с этим интерфейсом имеет поддержку BIOS, обеспечивающую ее настройку. Драйвер мыши обеспечивает прерывания по вектору 74h от запроса IRQ12.

Размещено на Allbest.ru