8.2 Клавиатура и мышь

Трудно представить современный персональный компьютер без клавиатуры и мыши. Клавиатуры служат для ввода буквенно-цифровой, или текстовой информации в память компьютера, а мыши – для указания какой-либо определенной точки на экране, например, некоторого окна. В переносных компьютерах вместо мыши используют различные трекболы, шаровые манипуляторы, джойстики и другие подобные устройства, служащие для управления специальной меткой – маркером, перемещаемым по экрану. Для ввода текста помимо клавиатуры могут использоваться и другие устройства – устройства автоматического распознавания печатных и рукописных символов, устройства ввода с промежуточного носителя (например, магнитной ленты или с дискеты) и т.п.

Клавиатура. Она состоит из совокупности ключей, замыкаемых при нажатии клавиш, а также схем управления для формирования кода символа, исключения неоднозначности кодирования из-за «дребезга» контактов и выполнения других управляющих функций. Традиционная клавиатура содержит более 100 клавиш. Число клавиш всегда меньше числа символов в алфавите, поэтому на клавиатуре располагают специальные управляющие клавиши, изменяющие коды остальных.

В настоящее время существует несколько разновидностей ключей, но наиболее распространен ключ, показанный на рисунке 8.х, и состоящий из клавиши 1, возвратной пружины 2, плунжера 3, корпуса 4 и собственно контактов 5. При нажатии на клавишу контакты замыкаются, что приводит к изменению электрического сопротивления между ними. [В некоторых клавиатурах вместо механических контактов используют подвижную и неподвижную пластины, при нажатии на клавишу между которыми происходит изменение емкости, или полупроводник, в котором возникает разность потенциалов под действием магнитного поля, создаваемого закрепленным на плунжере подвижным магнитом.]

Рисунок 8.х Устройство ключа клавиатуры

Одна из возможных схем управления клавиатурой показана на рисунке 8.х. Клавиатура представляет собой прямоугольную матрицу, состоящую из ключей, расположенных на пересечении столбцов и строк. Генератор тактовых импульсов, счетчик и дешифратор служат для последовательного опроса состояния ключей в столбцах клавиатуры. Сигнал с дешифратора поступает на очередной столбец клавиатуры и на соответствующий адресный вход ПЗУ (вход Х). Если в данном столбце находится нажатая клавиша, то этот сигнал проходит и на второй адресный вход Y. В ячейках ПЗУ записаны коды символов, таким образом, содержимое ячейки с адресом XY, т.е. код нужного символа, выдается на выходной регистр. Поскольку количество клавиш на клавиатуре меньше числа символов, то в ПЗУ записаны не полные коды символов, а лишь младшие разряды. Старшие разряды определяются содержимым специального регистра, состояние которого фиксируется при нажатии клавиш переключения регистров, например, клавиши Shift. Для исключения влияния «дребезга» контактов выдача символа из регистра осуществляется с задержкой на время завершения переходного процесса.

Рисунок 8.х Схема управления клавиатурой

Для управления клавиатурой можно использовать и микропроцессоры. В этом случае ее шины «XY» подключаются к портам ввода и вывода, а для передачи в компьютер сформированного программным путем кода символа используется второй порт вывода. При микропроцессорном управлении достаточно просто избежать влияния «дребезга» контактов и фиксировать ошибочные состояния, когда одновременно оказываются нажатыми несколько клавиш. Для этих целей программа определения кода символа выполняется несколько раз и производится сравнение полученных кодов. Передача кода символа в выходной порт осуществляется только в случае многократного совпадения полученных кодов.

Мышь. Устройство мыши чрезвычайно простое (см. рисунок 8.х). Снизу механической мыши находится шар, который поворачивается при перемещении мыши по плоскости стола (или специального «коврика»). Шар касается двух расположенных под прямым углом друг от друга валиков, которые при движении мыши валики также поворачиваются. Угол поворота валика пропорционален углу поворота шара и синусу угла между направлением перемещения мыши и осью вращения этого валика. Валики связаны с элементарными преобразователями угла поворота в цифровой код. Чаще всего такие преобразователи устроены в виде диска с прорезями, полупроводникового излучателя света и фотоприемников. Каждый преобразователь имеет по два фотоприемника для определения направления перемещения шара. На выходах фотоприемников формируются импульсы, число которых пропорционально перемещению мыши. Полученные на выходе преобразователей коды передаются в компьютер и служат для пропорционального перемещения маркера по экрану.

Рисунок 8.х Устройство мыши

Однако такая мышь часто начинает плохо работать из-за загрязнения валиков и возникающего проскальзывания. Поэтому современные конструкции мыши отличаются от описанной выше. В последнее время получила распространение «оптическая мышь», в которой вместо шара и преобразователей углов поворота в цифровые коды использован полупроводниковый красный лазерный излучатель. Луч света от этого излучателя направляется на поверхность, по которой осуществляется перемещение мыши, и, отражаясь от нее, попадает в объектив монохромной КМОП камеры, которая «фотографирует» небольшой (около квадратного миллиметра) участок поверхности. «Фотографирование» - это процесс разбиения участка поверхности на небольшие квадратики, число которых может быть 16х16, и вычисление усредненного значения яркости для каждого из них. Фотографирование производится сенсором, расположенным за объективом камеры. Конструктивно оптический сенсор и объектив выполнены в виде одной интегральной схемы, на нижней стороне которой и располагается объектив. Каждому квадратному участку присваивается значение яркости от 0 до 63, где 0 соответствует белому, а 63 – черному участкам. Таким образом, получается мозаичное цифровое описание участка поверхности.

Это цифровое описание участка изображения передается от сенсорного датчика в сигнальный процессор, где запоминается и сравнивается с предыдущим описанием. Если описания полностью совпадают, то мышь не перемещалась; если совпадения не выявлено вовсе, то мышь перемещалась слишком быстро. Если полного совпадения нет, но выявлена некоторая общая часть изображения, то сигнальный процессор определяет величину и направление перемещения мыши (это сделать несложно) и передает новые координаты мыши в компьютер. Поверхность фотографируется с очень большой скоростью – около 1500 снимков в секунду, что позволяет перемещать мышь довольно быстро со скоростью до 25 см/с. «Оптическая мышь» практически не загрязняется и позволяет работать достаточно быстро, но, к сожалению, не на любой поверхности. Существуют оптические мыши, связанные с компьютером не проводами, а через инфракрасный порт. Однако такие мыши не получили особо широкого распространения из-за сравнительно высокой стоимости.