Основные параметры, классификация, принципы работы

Клавиатура – это стандартное клавишное устройство ввода, предназначенное для ввода алфавитно-цифровых данных и команд управления. Клавиатура относится к стандартным средствам ПК, поэтому для реализации ее основных функций не требуется наличие специальных системных программ (драйверов). Необходимое программное обеспечение для работы с клавиатурой находится в микросхеме постоянной памяти в составе базовой системы ввода-вывода BIOS. Именно поэтому ПК реагирует на нажатие клавиш на клавиатуре сразу после включения.

Клавиатуры имеют по 101-104 клавиши, размещенных по стандарту QWERTY (в верхнем левом углу алфавитной части клавиатуры находятся клавиши Q, W, E, R, T, Y). Отличаются они лишь незначительными вариантами расположения и формой служебных клавиш, а также особенностями, обусловленными используемым языком.

Набор клавиш клавиатуры разбит на несколько функциональных групп:

- алфавитно-цифровые;

- функциональные;

- управления курсором;

- служебные;

- клавиши дополнительной панели.

К основным параметрам современных клавиатур можно отнести:

- механизм клавиш;

- тактильные параметры: жесткость клавиш и длина хода;

- форм-фактор определяющих клавиш (обе Shift,. Backspace и Enter). Когда эти клавиши имеют удобные форму и расположение, то работа облегчается;

- эргономичностъ клавиатуры;

- группы дополнительных клавиш. Это могут быть интернетовские, мультимедийные, клавиши сна и другие группы клавиш. Ускоряют работу, позволяя меньше переключаться на мышь и обратно;

- интерфейс.

Механизм клавиш

Существует три основных типа механизма клавиш: мембранный, полумеханический и механический (с кликом или без). Мембранные клавиатуры обычно дешевле механических в несколько раз.

Мембранные клавиатуры

Название происходит оттого, что при нажатии клавиши замыкаются две мембраны. Возврат клавиши осуществляется резиновым куполом (с «шахтой» в центре). Для разделения мембран служит промежуточная пленка с отверстиями. Так как мембраны находятся на внутренних сторонах пленок, то конструкция хорошо защищена от внешних воздействий. В более защищенной реализации все выглядит как единый резиновый коврик с выступающими куполами, расположенными под клавишами. Плюсами мембранного типа клавиш являются защищенность, низкий шум и низкая цена. Минус данного типа — недолговечность.

Полумеханические клавиатуры

В этих клавиатурах используются более долговечные и непротирающиеся металлические контакты. Все это размещается на печатной плате. Клавиша возвращается резиновым куполом.

Механические клавиатуры

В механических клавиатурах клавиша возвращается пружиной. Минусы такого механизма: отсутствие герметичности и высокая стоимость. Плюсом является долговечность и надежность, особенно когда контакты позолочены. Долговечность, то есть число нажатий, при котором обеспечивается надежный контакт, для мембранных клавиатур составляет 10—30 млн, у механических (полумеханических) — 50 млн. и даже 100 млн. для позолоченных контактов. Однако для обычного пользователя 20 млн. при обычной работе хватит на 10 лет и более. За это время сменится минимум 2 поколения клавиатур.

Тактильные параметры

К тактильным параметрам относятся жесткость клавиш и длина хода.

Жесткость клавиш определяется силой нажатия на клавишу. Средней длиной хода клавиши считается 3.5 мм. Для тех, кто бегло набивает текст, предпочтительнее более короткий ход. Оба параметра определяются вкусом пользователя и осмысленно выбираются только после накопления личного опыта. Еще один тактильный параметр – клик. Клавиатуры бывают с кликом пли без. В буквальном переводе click — щелчок. Точный перевод — тактильный (осязательный) барьер, появляющийся на середине нажатия и со щелчком преодолеваемый (откуда название). Реализуется дугообразной тонкой пластиной под клавишей, которая «рывком» прогибается. Клик позволяет точно чувствовать, что клавиша нажата, и не пропускать буквы при быстром наборе. Обычно клик встречается у механических клавиатур, но иногда и у клавиатур других типов.

Форм-фактор клавиш

Форм-фактором клавиш клавиатуры называется форма и расположение клавиш. Различные клавиатуры имеют различные форм-факторы, которые определяются следующими клавишами: Backspace, Enter, левый и правый Shift. Например, клавиша Enter может иметь следующие формы: прямую, L-образную и Г-образную.

Эргономичные клавиатуры

В свое время компания Microsoft потратила почти два года на разработку клавиатуры нового типа, предназначенную для ОС Windows 95. Эта клавиатура была названа Natural Keyboard. В буквальном переводе — естественная клавиатура, в литературном – эргономичная. Впоследствии это название стало нарицательным.

Отличительные черты Natural Keyboard:

1) развернутые в стороны вертикальные ряды клавиш, относящиеся к зоне каждой руки. Пользователь избавлен от необходимости напряженно держать кисти рук параллельно друг другу;

2) профиль алфавитной части клавиатуры представляет выпуклую дугу. Пользователь избавлен от необходимости напряженно держать кисти рук параллельно плоскости стола;

3) есть подставка для отдыха рук.

Недостатком таких клавиатур является их громоздкость.

В дальнейшем появились «разломанные» клавиатуры, позволяющие регулировать угол разворота двух половинок. Каждая половина имеет свои ножки, так что можно еще регулировать наклон в различных направлениях.

Интерфейс

Клавиатуры бывают проводные и беспроводные (wireless, cordless и т.д.). Последние, как следует из названия, не требуют кабельного подключения (точнее, могут работать и так и так). Поэтому, говоря об интерфейсе, будем иметь в виду проводные клавиатуры. Используются следующие интерфейсы:

АТ, он же DIN. Используется для системных плат с питанием AT. Представляет собой толстый круглый разъем – 5-контактный DIN (знаком еще по старой электронике, где использовался для передачи низкочастотных аудио и видео сигналов);

PS/2. Используется для системных плат с питанием ATX. Представляет собой тонкий круглый разъем – 6-контактный miniDIN. Такой же используется для PS/2 мыши. Чтобы их не перепутать, в спецификации PC'99 для этих штекеров предусмотрена различная цветовая раскраска: фиолетовый для клавиатуры и зеленый для мыши;

USB. Может использоваться со всеми новыми материнскими платами, так как в последних есть USB-порты и поддержка в BIOS'е. Разъем плоской прямоугольной формы.

Если рассмотреть сильно упрощенную принципиальную схему клавиатуры, представленную на рис. 19, можно заметить, что все клавиши находятся в узлах матрицы.

Рис. 19. Упрощенная принципиальная схема клавиатуры

Все горизонтальные линии матрицы подключены через резисторы к источнику питания +5 В. Клавиатурный компьютер имеет два порта – выходной и входной. Входной порт подключен к горизонтальным линиям матрицы (X0-X4), а выходной – к вертикальным (Y0-Y5).

Устанавливая по очереди на каждой из вертикальных линий уровень напряжения, соответствующий логическому 0, клавиатурный компьютер опрашивает состояние горизонтальных линий. Если ни одна клавиша не нажата, уровень напряжения на всех горизонтальных линиях соответствует логической 1 (так как все эти линии подключены к источнику питания +5 В через резисторы).

Если оператор нажмет на какую-либо клавишу, то соответствующая вертикальная и горизонтальная линии окажутся замкнутыми. Когда на вертикальной линии процессор установит значение логического 0, то уровень напряжения на горизонтальной линии также будет соответствовать логическому 0.

Как только на одной из горизонтальных линий появится уровень логического 0, клавиатурный процессор фиксирует нажатие на клавишу. Он посылает в центральный компьютер запрос на прерывание и номер клавиши в матрице. Аналогичные действия выполняются и тогда, когда оператор отпускает нажатую ранее клавишу.

Номер клавиши, посылаемый клавиатурным процессором, однозначно связан с распайкой клавиатурной матрицы и не зависит напрямую от обозначений, нанесенных на поверхность клавиш. Этот номер называется скан-кодом (Scan Code).

Слово scan (сканирование) подчеркивает тот факт, что клавиатурный компьютер сканирует клавиатуру для поиска нажатой клавиши. Но программе нужен не порядковый номер нажатой клавиши, а соответствующий обозначению на этой клавише ASCII-код, который не зависит однозначно от скан-кода, так как одной и той же клавише могут соответствовать несколько значений ASCII-кода. Это зависит от состояния других клавиш. Например, клавиша с обозначением «1» используется еще и для ввода символа «!» (если она нажата вместе с клавишей SHIFT).

Все преобразования скан-кода в ASCII-код выполняются программным обеспечением. Как правило, эти преобразования выполняют модули BIOS. Для использования символов кириллицы эти модули расширяются клавиатурными драйверами.

Если нажать на клавишу и не отпускать ее, клавиатура перейдет в режим автоповтора. В этом режиме в центральный компьютер автоматически через некоторый период времени, называемый периодом автоповтора, посылается код нажатой клавиши. Режим автоповтора облегчает ввод с клавиатуры большого количества одинаковых символов.

Следует отметить, что клавиатура содержит внутренний 16-байтовый буфер, через который она осуществляет обмен данными с компьютером.

Внутренний контроллер клавиатуры способен определить факты нажатия и отпускания клавиш, при этом можно нажимать очередную клавишу, даже удерживая несколько ранее нажатых. При нажатии клавиши клавиатура передает идентифицирующий ее скан-код. При удержании клавиши в нажатом положении через некоторое время клавиатура начинает автоповтор передачи скан-кода нажатия этой клавиши. Задержка автоповтора (Typematic Delay) и скорость автоповтора (Typematic Rate) для клавиатур AT программируются командами, посылаемыми в контроллер 8042. Расширенная клавиатура позволяет выбирать один из трех наборов скан-кодов.

Задание параметров автоповтора, выбор таблиц скан-кодов, управление светодиодными индикаторами, а также управление режимом сканирования матрицы клавиш и запуск диагностического текста осуществляется командами, посылаемыми центральным процессором в порт 60h (см. интерфейс клавиатуры). Перед посылкой команды необходимо убедиться в готовности контроллера к их приему – бит 1 порта 64h должен иметь нулевое значение.

При начальном тестировании POST в случае ошибки клавиатуры выводится сообщение с возможным указанием скан-кода залипшей клавиши.

Скан-коды

Скан-коды передаются от клавиатуры в компьютер по фактам нажатия и отпускания клавиш. При нажатии клавиши передается ее скан-код – номер, идентифицирующий ее расположение на клавиатуре. При отпускании клавиши клавиатура XT передает ее скан-код, увеличенный на 80h, а клавиатура AT передает 2 байта: в первом содержится префикс FO, во втором – скан-код. Прием байта от клавиатуры вызывает аппаратное прерывание IRQ1 (вектор 09h). Расширенная клавиатура позволяет выбирать один из трех наборов скан-кодов, по умолчанию устанавливается Set#l, совместимый с XT и АТ-84. Интерпретацией скан-кода, который считывается из порта 060h системной платы, занимается программа основного процессора.

Поиск по сайту: