Скан-коды клавиатуры
При нажатии любой клавиши контроллер клавиатуры (специализированный микропроцессор) вырабатывает два скан-кода, соответствующих позиции этой клавиши, которые передаются в компьютер. Первый скан-код вырабатывается, когда нажимается клавиша, а второй — при ее отпускании. Чтобы отличить второй скан-код, он предваряется посылкой байта со значением FOh.
При получении байта от клавиатуры чипсет системной платы формирует сигнал аппаратного прерывания IRQ1. Появление такого прерывания однозначно требует от процессора начать выполнение подпрограммы BIOS, отвечающей за обработку сигналов клавиатуры. Если полученный байт является скан-кодом нажатой или отпущенной клавиши, то его значение будет записано в буфер клавиатуры, который занимает 32 байта и имеет начальный адрес 0040:001А. Служебные коды, которые может вырабатывать контроллер клавиатуры, передаются для обработки другим подпрограммам BIOS. Блок-схема принципа обработки скан-кодов клавиатуры показана на рис. 4.
Рисунок 4 - Принцип обработки скан-кодов клавиатуры
Рисунок 5 - Принцип работы буфера клавиатуры
В буфере клавиатуры для кода клавиши отводится по 2 байта, т. е. он рассчитан на 16 символов. Чтобы можно было вводить неограниченное количество символов, буфер клавиатуры работает по принципу FIFO («первым вошел - первым ушел»). Принцип работы буфера клавиатуры показан на рис.5 (адреса указаны в шестнадцатеричном счислении).
После того как скан-код клавиши помещен в буфер клавиатуры, его может прочитать любая программа однозадачной операционной системы, например MS-DOS. В многозадачной операционной системе Windows служебные подпрограммы отлеживают, чтобы символы от клавиатуры получала активная в момент ввода символа программа.
Конструкция клавиатуры
Некогда клавиатуры собирались из отдельных клавиш, в которых были одна или несколько групп механических контактов. Иногда в такую клавишу для повышения надежности срабатывания контактов помещалась даже микросхема. Сегодня же практически все клавиатуры используют пленочное контактное поле, а сама клавиша — это механический толкатель, снабженный резиновой «пружиной».
Внутри корпуса клавиатуры находится большой лист пленки, на котором токопроводящей краской нанесены контакты всех клавиш. Один из вариантов выполнения контактов показан на рис.6. В этом случае пружина клавиши выполняется в виде резинового колокольчика, внутри которого есть кружочек токопроводящей резины. При нажатии на клавишу между контактами появляется электрическое соединение.
Вы всегда можете вытащить любую клавишу, поддев ее с помощью тонкой отвертки, т. к. они снабжены простыми пластмассовыми защелками. Эта операция может потребоваться, например для того чтобы изменить раскладку QWERTZ на QWERTY, поменяв клавиши <Y> и <Z>. А вот чтобы получить доступ к контактам, надо разобрать корпус клавиатуры.
Примечание
Основная неисправность клавиатур — это заедание и разбалтывание клавиш, когда не получается надежного нажатия на клавишу. Практически, при активной работе с дешевой клавиатурой «неизвестного» производителя, она выходит из строя через месяц-другой, т. к. плохая пластмасса, неудачная конструкция узла трения клавиши и плохая резина пружины теряют свои первоначальные свойства. Ремонту такая клавиатура не подлежит.
Контактное поле может быть также сделано из трех пластмассовых листов. На верхнем и нижнем листе наносятся соответствующие контакты, а в среднем — вырубаются круглые отверстия. Клавиша при нажатии прижимает верхний лист к нижнему, замыкая контакты, находящиеся под толкателем клавиши. В этом случае клавиши чаще всего снабжаются обычными стальными пружинами, надеваемыми на толкатель.
Рис. 6. Вариант выполнения контактов пленочной клавиатуры
Рисунок 7 - Принципиальная электрическая схема клавиатуры К-157
Так как клавиш у клавиатуры много, а количество выводов у микросхемы контроллера клавиатуры ограничено, то все контакты объединяются в матрицу, которая последовательно сканируется — нажата клавиша или нет. Для примера на рис.7 показана несколько упрощенная принципиальная электрическая схема клавиатуры К-157. Заметим, что для использования в качестве контроллера клавиатуры различными производителями выпускается большое количество микросхем, которые работают по одному и тому же алгоритму.
На рис.7 видно, что информационные линии Р10—Р25 и D0—D7 образуют клавиатурную матрицу, в узлах которой находятся контакты клавиш. Контроллер клавиатуры постоянно опрашивает состояние информационных линий. При замыкании любого контакта вырабатывается код клавиши, который передается в компьютер. Для синхронизации всех событий используется кварцевый резонатор XTAL.
Питание +5 В контроллер клавиатуры получает от системной платы компьютера, где может быть установлен плавкий предохранитель для защиты от перегрузки.
Для приема и передачи данных между клавиатурой и компьютером используются линии DATA и CLOCK.
Обратите внимание, что линия RESET (перезагрузка компьютера) не подключена к интерфейсному кабелю клавиатуры. В настоящее время эта линия считается резервом интерфейса клавиатуры.