Периферийные устройства

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 

высшего образования 

«Оренбургский государственный университет» 

 
 
 
 
 
 

А.И. Сарайкин 

 
 
 
 
 
 
 

ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА 

 

Учебное пособие 

 
 
 
 
 

Рекомендовано ученым советом федерального государственного бюджетного 
образовательного 
учреждения 
высшего 
образования 
«Оренбургский 

государственный университет» для обучающихся по образовательной программе 
высшего образования по направлению подготовки 09.03.01 Информатика и 
вычислительная техника 

 
 
 
 
 
 
 

 

 

Оренбург  

2023 

УДК 004.35  
ББК 32.971.32-04 

С 20  

 

 

Рецензент – доктор технических наук, профессор А.М. Пищухин  

 
 
 

Сарайкин, А.И.  

С 20  
Периферийные устройства [Электронный ресурс]: учебное пособие / 
А.И. Сарайкин; Оренбургский гос. ун-т. – Электрон. текстовые дан. (1 файл: 
1,74 Мб). – Оренбург: ОГУ, 2023. – 1 электрон. опт. диск (CD-R): зв., цв.; 12 
см. – Системные требования: Intel Core или аналогич.; Microsoft Windows 7, 
8, 10; 512 Mб; монитор, поддерживающий режим 1024х768; мышь или 
аналогич. устройство – Загл. с этикетки диска.  
ISBN 978-5-7410-2969-5 

 
 
 
 

В учебном пособии рассмотрены принципы построения и работы основных 

периферийных устройств, представлены их характеристики и параметры. 

Учебное пособие предназначено для обучающихся по направлению 

подготовки 09.03.01 Информатика и вычислительная техника. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

УДК 004.35 
ББК 32.971.32-04 

 
 
 
 
 

ISBN 978-5-7410-2969-5 
 
 
 
 
 
    © Сарайкин А.И., 2023  

© ОГУ, 2023 

Содержание 

 
Введение ............................................................................................................................... 5 

Список сокращений и обозначений ................................................................................... 8 

1 Устройства ввода координат ........................................................................................... 9 

1.1 Компьютерные мыши ................................................................................................ 9 

1.2 Сенсорные экраны .................................................................................................... 11 

1.2.1 Резистивные сенсорные экраны ....................................................................... 11 

1.2.2 Ёмкостный сенсорный экран ............................................................................ 14 

1.2.3 Матричные сенсорные экраны ......................................................................... 16 

1.2.4 Сенсорные экраны на поверхностно-акустических волнах .......................... 16 

1.2.5 Инфракрасные сенсорные экраны .................................................................... 17 

1.2.6 Оптические сенсорные экраны ......................................................................... 18 

1.2.7 Сенсорные экраны по технологии дисперсионных сигналов ....................... 19 

1.2.8 Индуктивные сенсорные экраны ...................................................................... 19 

1.3 Графические планшеты ........................................................................................... 21 

1.4 Джойстики ................................................................................................................. 23 

1.5 Средства виртуальной реальности ......................................................................... 24 

1.5.1 Перчатки виртуальной реальности .................................................................. 24 

1.5.2 Шлем виртуальной реальности ........................................................................ 26 

2 Устройства ввода алфавитно-цифровой информации и команд ............................... 28 

2.1 Алфавитно-цифровые и функциональные клавиатуры ....................................... 28 

3 Устройства ввода графической информации .............................................................. 32 

3.1 Сканеры ..................................................................................................................... 32 

3.1.1 Планшетные сканеры ......................................................................................... 34 

3.1.2 Протяжные сканеры ........................................................................................... 35 

3.1.3 Ручные сканеры .................................................................................................. 35 

3.1.4 Барабанный сканер............................................................................................. 37 

3.1.5 3D сканеры .......................................................................................................... 38 

3.1.6 Проекционные сканеры ..................................................................................... 41 

3.1.7 Слайд сканеры .................................................................................................... 42 

3.1.8 Основные характеристики сканеров ................................................................ 42 

3.2 Веб-камеры ............................................................................................................... 43 

4 Устройства ввода звуковой информации .................................................................... 45 

4.1 Микрофоны ............................................................................................................... 45 

4.2 Синтезаторы звука ................................................................................................... 47 

4.3 Цифровые диктофоны .............................................................................................. 49 

5 Прочие устройства ввода информации ........................................................................ 51 

5.1 ТВ-Тюнеры ............................................................................................................... 51 

5.2 Датчики ..................................................................................................................... 52 

6 Лабораторный практикум по курсу «Периферийные устройства» ........................... 56 

6.1 Основные сведения .................................................................................................. 56 

6.2 Интерфейсные шины микроконтроллера ATmega328P ....................................... 57 

6.2.1 Шина I2C ............................................................................................................. 57 

6.2.2 Шина SPI ............................................................................................................. 61 

6.2.3 Шина UART ........................................................................................................ 66 

6.3 Перечень оборудования и информационных ресурсов, необходимых для 
выполнения практикум по курсу «Периферийные устройства» ............................... 68 

6.4 Лабораторная работа № 1. Изучение принципа работы устройств ввода 
координат ........................................................................................................................ 69 

6.5 Лабораторная работа № 2. Изучение принципа работы устройств ввода 
координат с шестью степенями свободы ..................................................................... 72 

6.6 Лабораторная работа № 3. Изучение принципа работы устройств ввода 
алфавитно-цифровой информации ............................................................................... 77 

6.7 Лабораторная работа № 4. Изучение принципа работы устройств ввода 
графической информации ............................................................................................. 80 

6.8 Лабораторная работа № 5. Изучение принципа работы устройств ввода 
звуковой информации .................................................................................................... 85 

6.9 Лабораторная работа № 6. Изучение принципа работы устройств ввода 
специализированных данных. ....................................................................................... 90 

6.10 Лабораторная работа № 7. Изучение принципов расширения адресации 
устройств, подключенных по I2C шине ...................................................................... 94 

Заключение ....................................................................................................................... 102 

Список использованных источников ............................................................................ 103 

 

Введение 

 

 

Под периферийным устройством (ПУ) понимают любое устройство, 

конструктивно отделенное от микропроцессора и основной памяти, имеющее 

собственное управление и выполняющее запросы микропроцессора без его 

вмешательства [1].  

ПУ подсоединяются к системной шине ЭВМ через адаптер (контроллер) 

периферийного устройства, порт ввода-вывода. 

Адаптер ПУ выполняет две основные функции: 

− осуществляет непосредственное управление ПУ; 

− обеспечивает согласование интерфейса ПУ с системной шиной.  

В результате анализа научно-технической литературы и источников в сети 

Интернет, 
посвященных 
периферийным 
устройствам 
ЭВМ, 
определены 

классификационные признаки (КП) и произведена классификация, которая 

представлена на рисунке 1.  

 

Периферийные устройства ЭВМ

Устройства ввода-вывода

ленточные накопители

устройства хранения

накопители на гибких 

магнитных дисках

накопители на жёстких 

магнитных дисках

модемы

сетевые адаптеры

флеш-накопители

устройства ввода

алфавитно-цифровой 
информации и команд 

звуковой информации

прочие

графической 
информации

координат
устройства передачи 

данных 

Устройства вывода

КП 01
КП 02
КП 03

КП 02_а
КП 02_б

визуальной 
информации

звуковой информации 

тактильной 
информации 
прочие

устройства связи с 

объектом управления

КП 02_в

КП 02_г

 

 

Рисунок 1 – Классификация периферийных устройств 

На рисунке 1 темно-синим цветом выделены классификационные признаки 

“КП 01” – “КП 03”, светло-зелёным цветом – классы и разновидности периферийных 

устройств. Периферийные устройства ЭВМ можно классифицировать по следующим 

признакам: устройства ввода информации, устройства вывода информации и 

устройства ввода-вывода информации. Последние можно разделить на устройства 

хранения, устройства, осуществляющие передачу данных, устройства связи с 

объектом управления и прочие, специализированные устройства. В первой части 

учебного пособия рассмотрены устройства ввода информации в ЭВМ (КП 01). На 

рисунке 2 представлена классификация устройств ввода информации в ЭВМ. 

 

Устройства ввода

сенсорные экраны

графические планшеты 

координат

компьютерные мыши

алфавитно-цифровой 
информации и команд 
графической информации 

сканеры

звуковой информации

цифровые 
диктофоны

фото/видео камеры

микрофоны 

цифровые микроскопы

прочие

датчики

синтезаторы

КП 01
КП 02
КП 04
КП 03

КП 05

тюнеры

джойстики

перчатки и шлемы ВР

алфавитно-цифровые 

клавиатуры

функциональные 

клавиатуры

 

 

Рисунок 2 – Классификация устройств ввода информации в ЭВМ 

 

На рисунке 2 темно-синим цветом выделены классификационные признаки 

“КП 01” – “КП 05”, светло-зелёным цветом – классы и разновидности периферийных 

устройств, рассматриваемые в настоящей работе. 

Учебное пособие состоит из введения, списка сокращений и обозначений, 

шести разделов, заключения и списка использованных источников. 

В первом разделе учебного пособия рассматриваются основные виды устройств 

ввода координат в персональный компьютер (ПК), принцип их работы и особенности 

архитектур, выделены преимущества и недостатки, приведена сравнительная 

характеристика. 

Во втором разделе приведена структура и принцип работы устройств ввода 

алфавитно-цифровой информации и команд. 

В третьем разделе приведена структура и механизм работы устройств ввода 

графической информации.         

Четвёртый раздел посвящён устройства ввода звуковой информации в ПК. 

В пятом разделе представлены специализированные устройства ввода, такие 

как датчики и ТВ-тюнеры. 

Шестой раздел пособия содержит лабораторный практикум по курсу 

«Периферийные устройства». Курс содержит семь лабораторных работ, отражающих 

устройства ввода информации в ПК по пяти классификационным признакам, 

приведённым в данном учебном пособии. Рассмотрены особенности оборудования и 

необходимые информационные ресурсы для разработки устройств ввода информации 

в ПК. 

Учебное пособие изложено на 104 страницах, в том числе приведено 8 таблиц, 

51 рисунок, списка использованных источников из 12 наименований. 

Данное пособие предназначено для обучающихся по направлению подготовки 

09.03.01 «Информатика и вычислительная техника» и рассматривает вопросы, 

связанные с составом и конструктивными особенностями периферийных устройств 

вычислительной техники.  

 

 

 

 

 

 

Список сокращений и обозначений 

 
 
АЦП – аналого-цифровой преобразователь 

ВР – виртуальная реальность 

ГНЧ – генератор низкой частоты 

ГО – генератор огибающей 

ДИО – двуокиси индия и олова  

ИИМ – инерциальные измерительные модули 

КП – классификационные признаки 

ПК – персональный компьютер 

ПЗС – прибор с зарядовой связью 

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство 

ПУ – периферийное устройство 

ППИ – программируемый периферийный интерфейс 

ПЭП – пьезоэлектрический преобразователь 

ПЭТ – полиэтилентерефталат  

ТДС – технология дисперсионных сигналов 

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь 

ЦП – центральный процессор 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Устройства ввода координат  

1.1 Компьютерные мыши  

 

 

Компьютерная мышь представляет собой механический манипулятор, 

преобразующий движение в управляющий сигнал. В частности, сигнал может быть 

использован для позиционирования курсора или прокрутки страниц текста при 

работе с текстовым процессором. 

По принципу работы 
компьютерные мыши бывают механическими, 

оптическими и лазерными.  

Механическая компьютерная мышь, устройство, включающее в себя шарик и 

датчики для отслеживания его перемещения. При перемещении мыши по 

поверхности, шарик вращает пару роликов, вращающихся вместе с прикрепленными 

к ним дисками. Вращение дисков фиксируется оптопарами с помощью радиальных 

щелей, прорезанных в дисках. Когда ролик вращается, щели попеременно то 

открывают путь свету в оптопаре, то закрывают. По количеству импульсов на 

фототранзисторе оптопары, контроллер узнаёт на какое расстояние переместился 

шарик. Для определения направления вращения, в механической мыши используется 

сдвоенный фототранзистор, в котором два чувствительных элемента расположены 

рядом, поэтому фиксируется и направление, и расстояние. В настоящее время мыши 

с шариковым датчиком вышли из массового использования. На смену им пришли 

оптические мыши. На рисунке 3 изображена компьютерная мышь: – а) оптическая; – 

б) механическая. 

В оптической мыши используется технология оптической корреляции, в 

которой небольшая видеокамера с частотой обычно более 1 кГц производит 

фотографирование поверхности, подсвеченной светодиодом, либо инфракрасным 

лазерным диодом. На основе покадрового сравнения изображения, контроллер 

определяет направление перемещения мыши.  

 

а)  
 
 
 
                                       б) 

Рисунок 3 – Компьютерная мышь: а) оптическая; – б) механическая 

 

Поверхность, по которой перемещается мышь (ткань, дерево, пластик или 

специальный коврик), обычно имеет микронеровности. Эти микронеровности 

освещаются ярким светодиодом, установленным под небольшим углом к 

поверхности, из-за чего микронеровности отбрасывают отчетливые тени, которые 

уверенно фиксируются камерой мыши и обрабатываются контроллером. 

Одной из основных характеристик компьютерной мыши является её 

чувствительность. Данный показатель измеряется в dpi (число точек на дюйм). Чем 

выше чувствительность, тем с большей точностью можно перемещать курсор мышки 

по рабочему пространству. Обычно чувствительность механических мышей 

составляет 400-500 dpi. В оптических моделях этот показатель от 800 до 1000 dpi. 

Обычно компьютерные мыши имеют две кнопки управления и колесо 

прокрутки, которые используются при работе с графическим интерфейсом программ. 

При 
этом 
существуют 
компьютерные 
мыши 
с 
рядом 
дополнительных, 

программируемых под определённую задачу кнопок.  

Основными интерфейсами подключения мыши к компьютеру на сегодняшний 

день является интерфейсы USB и Bluetooth. Однако существуют также и устарелые 

интерфейсы PS/2 и RS-232. 

 

 

1.2 Сенсорные экраны 

 

 

Сенсорный экран – специальное устройство, которое крепится к экрану 

отображающего устройства и выполняет функции определения координат точки 

касания [10].  

Существует несколько разновидностей сенсорных экранов: резистивные, 

ёмкостные, матричные, сенсорные экраны на поверхностно-акустических волнах, 

инфракрасные, оптические, ТДС и индуктивные.  Данные сенсорные экраны 

отличаются не только по принципу работы, но и конструктивными особенностями.  

 

 

1.2.1 Резистивные сенсорные экраны 

 

 

Существуют четырёх, пяти и восьми проводные резистивные сенсорные 

экраны.  

Основу конструкции четырёх проводного экрана составляют две прозрачные 

пленки из полиэстера, майлара, пластизола или полиэтилентерефталата (ПЭТ), 

находящиеся друг напротив друга и разделенные микроскопическими шариками
изоляторами. Внутренние, обращенные друг к другу поверхности пленок покрыты 

прозрачным токопроводящим (резистивным) составом на основе двуокиси индия и 

олова (ДИО). Для определенности назовем один из резистивных слоев нижним, а 

другой, расположенный ближе к наблюдателю - передним. Контакт с этими слоями 

обеспечивается посредством двух пар металлизированных полосок электродов. 

Первая пара расположена вертикально, по краям нижнего слоя, а вторая пара - 

горизонтально, по краям переднего слоя. Все четыре электрода подключены к 

микроконтроллеру, который последовательно определяет координаты точки касания 

по вертикальной и горизонтальной оси. 

 

На рисунке 4 изображено устройство резистивного сенсорного экрана.  

 

  

 

Рисунок 4 – Устройство резистивного сенсорного экрана 

 

Работу контроллера в первом случае можно описать следующим образом. На 

вертикальные электроды нижнего резистивного слоя подается постоянное 

напряжение, в результате чего от одного электрода к другому протекает ток. При этом 

на каждом горизонтальном участке нижнего резистивного слоя ток создает падение 

напряжения, пропорциональное длине участка. При нажатии на экран, передний 

резистивный слой деформируется и касается нижнего слоя. В этом случае передний 

слой выполняет роль щупа, определяющего напряжение на нижнем слое в точке 

касания. Горизонтальные электроды переднего слоя замыкаются микроконтроллером 

накоротко и суммарный сигнал поступает через буферный каскад на аналого
цифровой преобразователь (АЦП). Напряжение на входе АЦП определяет положение 

точки касания по горизонтали. Для определения координаты по вертикали передний