1.2. Загальні вимоги до периферійних пристроїв

На відміну від основних (базових) пристроїв ЕОМ, які мають однорідну електричну та механічну структуру, периферійні пристрої є пристроями, окремі вузли, яких побудовані на різних фізичних принципах. Так, розрізняють електронні, електромеханічні, електромагнітні, фотоелектронні, оптичні, пневматичні та інші вузли. Все це, як правило, призводить до підвищених вимог до конструкцій ПП, з точки зору вібрацій, виділення теплоти, появи паразитних електричних та механічних полів. Периферійний пристрій, як засіб зв‘язку людини з ЕОМ, повинен відрізнятися високими ергономічними параметрами. Окрім того механічні вузли ПП повинні відповідати підвищеним вимогам точності, жорсткості конструкції та їх міцності.

Дуже важливим параметром периферійних пристроїв є надійність їх експлуатації. Надійність, як правило, оцінюється безвідмовністю роботи пристрою через характеристики ймовірності безвідмовної роботи та напрацювання на відмову. Ймовірність безвідмовної роботи характеризує середню кількість відмов протягом заданого інтервалу часу, а напрацювання на відмову характеризує середній час, який напрацьовують пристрої до першої відмови.

Основним принципом, який лежить в основі конструювання ПП ЕОМ, є принцип модульності. Цей принцип полягає в компонуванні ПП у вигляді конструктивно завершених монтажних одиниць. Використання принципу модульності значно скорочує терміни проектування та виготовлення пристроїв, забезпечує можливість постійної модернізації складових частин, вибір гнучкої структури пристроїв, а також високу ремонтоздатність.

Тема 2 Пристрої введення інформації

2.1. Клавішні пристрої

2.2. Стандартизація клавішних пристроїв

2.3. Пристрої введення (виведення) аналогової інформації в ЕОМ (аналого- цифрові інтерфейси)

2.1. Клавішні пристрої

Клавішні пристрої введення інформації призначені для ручного введення алфавітно-цифрових символів з метою їх подальшого перетворення в електричні сигнали. Клавішні пристрої можуть виконуватись як автономні, конструктивно завершені одиниці, так і у вигляді вбудованих блоків. В загальному вигляді клавішний пристрій має одну або декілька клавіатур, шифратори, мультиплексори, інтерфейсні регістри, пристрої пам‘яті, схему керування, індикатори контролю за станом клавіатури та ряд інших вузлів.

Рис.1  Структура клавіатури

Клавіатура має модульну конструкцію і є частиною робочого місця оператора, яке повинно відповідати ряду ергономічних вимог. Клавіатура повинна розташовуватись під кутом біля 15 градусів до горизонтальної площини в доступній для оператора зоні та мати клавіші з вільним ходом 4 – 7мм, зусиллям натиску 0,9Н.

Клавіші, що використовуються в клавіатурах, поділяються на дві групи: контактні та безконтактні. Контактні клавіші знайшли широке застосування у якості елементів клавіатур. Вони поділяються за видом перемикачів на електромеханічні, герконові, мембранні, гумові.

Електромеханічні клавіші відрізняються простотою конструкції, їх основою є контактний перемикач, що забезпечує значну потужність перемикання. В той же час він має явні недоліки: наявність “дребезгу”, невисоку частоту перемикання, непостійність електричного опору між контактами, велике зусилля натискання, невеликий термін служби.

Більш надійними є герконові клавіші, в яких комутація здійснюється герметизованими в склі контактами – герконами. Як відомо, герконовий контакт замикається під дією на нього магнітного поля. Тому в склад клавіші вводиться спеціальний кільцевий магніт. Геркон спрацьовує якщо постійний магніт опускається навколо нього при натискуванні клавіші.

В герконових клавіатурах використовують геркони типу КЕМ2, КЕМ3. Така клавіатура відрізняється простотою та великим терміном служби.

Рис.2.  Герконова клавіша

Мембранні клавіші побудовані на базі плоского перемикача, мають дві пластинки з еластичного матеріалу на які нанесені контакти та провідники. Між пластинками знаходиться тонка ізоляційна прокладка з отвором у зоні контактів. Ця прокладка перешкоджає замиканню контактів у ненатисненому стані. Натискання верхньої пластинки призводить до замикання контактів. Мембранні клавіші компактні та технологічні при виготовленні.

Рис.3. Мембранна клавіша

Перемикачі на основі провідної гуми виготовляються у вигляді силіконових клавіш. Клавіші кріпляться прямо на друковану плату, на якій технологічним шляхом нанесено контакти перемикача та схема їх з‘єднання. При натисканні клавіші провідна гума основи клавіші притискається до плати та замикає необхідні контакти.

До безконтактних перемикачів відносяться перемикачі у яких механічні переміщення клавіш перетворюються у зміну ємності, індуктивності або опору і, в подальшому, у зміну напруги або струму. Найбільш перспективними є клавіатури ємнісного типу, клавіатури на основі магніторезисторів, оптоелектричні клавіатури, клавіатури з використанням датчиків Холла, сенсорні клавіатури.

Магніторезистивна клавіша має рухливу частину, аналогічно герконовій клавіші, де змонтовано постійний магніт. В нижній частині клавіші розміщено магніторезистор та електронну схему. При зміні магнітного потоку від натискання клавіші в магніторезисторі відбувається зміна опору більш ніж в п‘ять раз (40 Ом * 5 =200). Це приводить до зміни електричної напруги на виході електронної схеми з логічного нуля до логічної одиниці. Максимальна частота перемикання такої клавіатури досягає 10 Гц при ресурсі 10⁷ перемикань. До недоліків відносять температурну залежність матеріалу магніторезистора.

Ємнісна клавіатура забезпечує найвищі показники надійності. Вона працює на принципі зміни ємності між двома провідниками при натисканні та відпусканні клавіш. Зміна ємності приводить до зміни амплітуди імпульсного сигналу, який пропускається по цій ємності від спеціального генератора. Недолік – низька перешкодостійкість.

Оптоелектронні клавіатури мають у своєму складі джерела та приймачі оптичного випромінювання та клавішу – заслонку. У якості випромінювачів можуть використовуватись світлодіоди, а у якості приймачів – фотодіоди та фоторезистори. Максимальна частота роботи оптичної клавіатури лежить на рівні 12 Гц.

Електронні сенсорні клавіатури являють собою пристрої, в яких процес перемикання викликається дотиком пальців оператора, що приводить до зміни ємності або опору в електронному колі перемикання клавіші. Перевагою таких клавіатур є повна відсутність рухливих частин, високий термін служби, а також малі габарити клавіатур, внаслідок використання інтегральної технології.

2.2. Стандартизація клавішних пристроїв

За розміщенням клавіш настільні клавіатури поділяються на два основних, функціонально майже рівноцінних види. В клавіатурах першого виду функціональні клавіші розміщуються в двох вертикальних рядках і не мають окремої групи управління курсором. Всього в такій клавіатурі 84 клавіші. Цей вид використовувався в персональних комп’ютерах типу ІВМ РС, ХТ і АТ до кінця 80-их років.

Другий вид клавіатури, яку заведено вважати модернізованою, має 101, 102, 104, 108 чи 112 клавіш. Клавіатурою такого виду оснащені всі сучасні персональні комп‘ютери. Кількість функціональних клавіш у такій клавіатурі 12, проти 10 у першого виду. Логічно виділено групу клавіш для роботи з текстами, продубльовані деякі спеціальні клавіші для обох рук.

Розміщення буквених клавіш на комп‘ютерних клавіатурах визначено стандартами. Сьогодні широко використовується стандарт QWERTY, названий за першими шести буквами клавіш верхнього ряду. Йому відповідає вітчизняний стандарт ЙЦУКЕН. Причому, розміщення клавіш кириличного алфавіту практично аналогічне розміщенню на друкуючій машині, відрізняються тільки знаки розділу.

Стандартизація розмірів та розміщення клавіш необхідна для того, щоб користувач міг працювати на будь-якій клавіатурі сліпим методом. Відповідність кожному символу клавіатури певного байта інформації забезпечується застосуванням таблиці кодів ASCII (American Standart Codе for information interchange). Цей американський стандарт кодів для обміну інформацією застосовується на більшості сучасних комп‘ютерів.

Таблиця ASCII передбачає різні кодові слова навіть для клавіш, що мають однакові буквені позначення. Це дозволяє модифікувати функції цих клавіш при написанні спеціальних програм, що визначають реакцію процесора на натискання певної клавіші. Для обробки послідовності натискувань в клавіатурі передбачена спеціальна пам‘ять  натиснутих клавіш, яка може зберігати інформацію до 20 натискувань. Це необхідно для того, щоб дати процесору час на обробку реакцій на натискування клавіш – переривань. Окрім фіксації факту (коду) натискання певної клавіші клавіатура забезпечує також і фіксацію відпускань, посилаючи процессору свій сигнал переривання з відповідним кодом.