3.2 Устройства непосредственного ввода.
План
Клавиатура, типы клавиатур.
Устройство клавиатуры, интерфейс, скан-коды.
Поиск неисправностей и ремонт клавиатуры.
Клавиатура – одно из важнейших устройств компьютера, используемое для ввода в систему команд и данных.
Существуют такие основные типы клавиатур:
- 101–клавишная расширенная клавиатура;
- 104–клавишная расширенная клавиатура Windows;
-
Устаревшие модели
- 84–клавишная клавиатура АТ
101-клавишная клавиатура может быть условно разделена на следующие области:
Область печатных символов;
Дополнительная цифровая клавиатура;
Область управления курсором и экраном;
Функциональные клавиши.
В 104-клавишной имеются три новые кнопки:
- левая клавиша <Windows>;
- правая клавиша <Wimdows>;
- клавиша <Application> (выполняет те же функции, что и правая кнопка мыши).
Эти новые клавиши помогают реализовать функции, для выполнения которых необходимо нажимать много клавиш или щелкать кнопкой мыши.
Устройство клавиатуры.
В современных клавиатурах используются несколько типов клавиш. В большинстве клавиатур установлены механические переключатели, в которых происходит замыкание электрических контактов при нажатии клавиш. В некоторых клавиатурах высокого класса используются бесконтактные емкостные датчики.
Наиболее широко распространены контактные клавиатуры. Существуют следующие их разновидности:
с механическими переключателями;
с замыкающими накладками;
с резиновыми колпачками;
мембранные.
Механические переключатели: в них происходит замыкание металлических контактов. Достоинство – надежны, контакты самоочищаются.
Замыкающие накладки. Клавиши с замыкающими накладками широко применялись в старых клавиатурах. Они использовались в большинстве старых совместимых клавиатур фирмы Keytronics и др. В них прокладка из пористого материала с приклеенной снизу фольгой соединяются с кнопкой клавиши (рис. 1).
Рис. 1 Конструкция клавиши с замыкающей накладкой из фольги.
При нажатии клавиши фольга замыкает печатные контакты на плате. Когда клавиша отпускается, пружина возвращает ее в исходное положение. При этом пористая прокладка смягчает удар, но клавиатура становиться слишком “мягкой”.
Недостатки: отсутствие щелчка при нажатии (нет обратной связи); коррозия фольги и загрязнение контактов на печатной плате.
Резиновые колпачки.
Клавиатура с резиновыми колпаками похожа на предыдущую конструкцию, но превосходит ее во многих отношениях. Вместо пружины в ней используются резиновый колпачок с замыкающей вставкой из той же резины, но с угольным наполнителем. При нажатии клавиши шток надавливает на резиновый колпачок, деформируя его. Деформация колпачка сначала происходит упруго, а затем он “проваливается”. При отпускании резиновый колпачок принимает свою первоначальную форму и возвращает клавишу в исходное состояние.
Замыкающие вставки делаются из очищенного угля, потому они не подвержены коррозии и сами по себе очищают металлические контакты, к которым прижимаются. Колпачки обычно прессуются все вместе в виде листов резины, покрывающих плату целиком и защищающих ее от пыли, грязи и влаги. Количество деталей в такой конструкции минимально. Все это обеспечивает высокую надежность клавиатуры и ее широкое распространение.
Мембранная клавиатура.
Мембранная клавиатура является разновидностью предыдущей, но в ней нет отдельных клавиш: вместо них используется лист с разметкой, который укладывается на пластину с резиновыми колпачками. При этом ход каждой клавиши ограничен, и такая клавиатура не годиться для обычной печати. Но поскольку рассматриваемая клавиатура состоит фактически из трех пластин и минимума других деталей, она может оказаться незаменимой в экстремальных условиях. Мембранные клавиатуры часто используются в пультах управления (станками, агрегатами и т. п.), то есть там, где необходимо вводить большие объемы данных.
Емкостные датчики являются единственными бесконтактными переключателями, которые получили широкое распространение (рис. 2). Клавиатуры с такими датчиками дороже резиновых, но более устойчивы к загрязнению и коррозии.
В емкостных датчиках нет замыкающихся контактов. Их роль выполняют две смещающиеся относительно друг друга пластинки и специальная схема, реагирующая на изменение емкости между ними. Клавиатура представляет собой набор таких датчиков.
При нажатии клавиши шток смещает верхнюю пластину ближе к неподвижной нижней. Клавиши сконструированы так, что переход между пластинами происходит скачкообразно и при этом слышен щелчок. Когда верхняя пластинка приближается к нижней, емкость между ними увеличивается, что регистрируется схемой компаратора, установленной в клавиатуре.
Из-за отсутствия электрических контактов такая клавиатура устойчива к коррозии и загрязнению. В ней практически отсутствует “дребезжание” (явление, когда при одном нажатии на клавишу символ вводится несколько раз подряд). Долговечность ее – до 25 млн. срабатываний, в отличии от 10-12 млн. для клавиатур других типов. Единственный недостаток такой клавиатуры – высокая стоимость, но она во многом компенсируется удобством и долговечностью.
Единственные производители емкостных клавиатур – IBM и ее дочерняя фирма Lexmark, специализирующаяся на выпуске клавиатур.
Рис. – Клавиша с емкостным датчиком.
Интерфейс клавиатуры.
Клавиатура состоит из набора переключателей, объединенных в матрицу. В клавиатуре установлен буфер емкостью 16 байт, в который заносят данные при слишком быстрых или одновременных нажатиях. Затем эти данные в соответствующей последовательности передаются в систему.
Клавиатура в РС совместимой системе представляет собой небольшой компьютер. Связь с системным блоком осуществляется через последовательный канал, данные по которому передаются по 11 бит, причем 8 из них – данные, а остальные – синхронизирующие и управляющие.
В клавиатуре первых РС использовался микроконтроллер 8048, а в более новых компьютерах применяется микросхема 8049 со встроенной памятью ROM или другие микросхемы, совместимые с 8048 и 8049. Встроенный процессор клавиатуры сканирует матрицу переключателей, вырабатывает при нажатии клавиши соответствующий скан-код и передает его на системную плату. Этот процессор имеет свою память и встроенный последовательный интерфейс.
В компьютере PC/XT последовательный интерфейс клавиатуры соединен с микросхемой 8255 программируемого периферийного интерфейса (Programmable Peripheral Interface - PPI) на системной плате. Это микросхема, в свою очередь, подключена к контроллеру прерываний через линию IRQ 1, которая используется для сигнализации о том, что данные с клавиатуры доступны.
В компьютерах типа AT последовательный интерфейс клавиатуры подключен к специальному контроллеру клавиатуры на системной плате. В качестве такого контроллера используется микросхема 8042 универсального интерфейса периферийных устройств (Universal Peripheral Interface - UPI). Этот микроконтроллер фактически является еще одним процессором со встроенной ROM емкостью 2Кбайт и RAM на 128байт. Существует версия с микроконтроллером 8742, в котором используется микросхема EPROM; такой микроконтроллер позволяет стирать информацию и записывать ее заново. В системе АТ микроконтроллер, установленный в клавиатуре (типа 8048), пересылает данные в контроллер клавиатуры (типа 8042) на системной плате, возможна также передача данных в обратном направлении.
Номера клавиш и скан-коды.
При нажатии клавиши встроенный в клавиатуру процессор (8048 или 6805) определяет координаты замкнутого переключателя в матрице. После этого он передает на системную плату последовательный пакет данных, содержащий скан-код нажатой клавиши. В компьютере АТ контроллер клавиатуры 8042 преобразует текущий скан-код в один из предусмотренных в системе скан-кодов и направляет его в главный процессор компьютера. Иногда нужно знать эти скан-коды, особенно при поиске неисправностей в клавиатуре или необходимости непосредственно прочитать скан-код в программе, которую вы пишете.
Когда клавиша “залипает” или выходит из строя, диагностическая программа, например процедура самоконтроля POST, обычно сообщает ее скан-код. Это означает, что вам придется идентифицировать конкретную клавишу по ее скан-коду. Зная скан-код неисправной клавиши, с помощью этих таблиц можно определить, какая клавиша вышла из строя или нуждается в чистке.
IBM назначает каждой клавише уникальный номер, чтобы отличать ее от остальных. Эти номера нужно знать для идентификации клавиш на иностранных клавиатурах, где на них могут быть нанесены другие символы.
Разъемы для подключения клавиатуры.
Разъемы для подключения кабеля клавиатуры к системному блоку:
- 5-контактный разъём DIN (Deutche Industry Norm – промышленный стандарт Германии);
- 6-контактный разъём mini-DIN;
- с помощью последовательной универсальной шины USB.
Разъёмы для подключения кабеля клавиатуры к самой клавиатуре:
- в большинстве клавиатур кабель подключен внутри корпуса;
- в новых клавиатурах используется разъём SDL (Shielded Data Link –экранированная линия связи)
Беспроводные клавиатуры.
В последнее время большинством производителей выпускается новый тип клавиатур – беспроводные. Такая клавиатура содержит инфракрасный или радиопередатчик, а приемник с помощью кабеля подключается к стандартному разъему клавиатуры системной платы. Естественно, такая клавиатура существенно дороже стандартной и чаще всего используется в домашних системах.
Поиск неисправностей и ремонт клавиатуры.
Самыми распространенными неполадками в клавиатурах являются дефекты в кабеле и “залипание” клавиш.
Обнаружить дефект в кабеле довольно просто. Если клавиатура перестала работать или каждое нажатие на клавишу приводит к ошибке или вводу неправильного символа, то, скорее всего, проблемы связаны с кабелем. Убедиться в этом нетрудно, особенно если под рукой есть запасной кабель. Воспользуйтесь кабелем от исправной клавиатуры и посмотрите, не исчезла ли неисправность. Можно также проверить соединения в кабеле с помощью цифрового мультиметра, предварительно отсоединив кабель от клавиатуры. Проверять его будет значительно роще, если в мультиметре предусмотрен режим пробника со звуковым сигналом. При проверке каждого проводника слегка покачивайте концы кабеля, проверяя устойчивость контакта. Обнаружив разрыв одного из проводников, замените кабель или всю клавиатуру (если это будет дешевле). Из-за низкой стоимости клавиатуры иногда лучше заменить все устройство, чем заказывать новый кабель.
Часто первое сообщение о неисправности клавиатуры появляется во время выполнения процедуры POST. Код ошибки при этом обычно начинается с цифры 3. Если такое сообщение появилось, запишите код ошибки. В некоторых BIOS выводится не код ошибки, а что-нибудь наподобие Keyboard stuck key failure.
Подобное сообщение при “залипании” клавиши выводит BIOS фирмы Phoenix. К сожалению, по такому сообщению нельзя определить, какая именно клавиша неисправна.
Если перед кодом ошибки (ХХ 3xx) стоит двузначное шестнадцатеричное число, значит, это и есть скан-код неисправной клавиши. С помощью таблиц можно определить, какой клавише соответствует конкретный скан-код. Снимите колпачок с подозрительной клавиши и прочистите контактирующие поверхности – в большинстве случаев этого бывает достаточно.
Вопросы для самоконтроля:
Для чего применяется клавиатура, перечислите ее типы?
На какие области условно разделена клавиатура?
Устройство клавиатуры. Перечислите и опишите виды контактных клавиатур.
Интерфейс клавиатуры. Для чего применяются скан-коды?
Поиск неисправностей и ремонт клавиатуры.