30. Матри4ные клавиатуры

В основе матричного шифратора лежит матрица из проводников, в узлах которой находятся одиночные ОУ контактного или бесконтактного типа. Функциональная схема матричного шифратора показана на рис. 4.9. Принцип работы шифратора заключается в следующем. В исходном положении, когда не нажата ни одна клавиша, с горизонтальных выходов матрицы снимаются сигналы «единичного» уровня, формируемые с помощью резисторов R1...R8. Эти сигналы собираются сборкой СБ, на выходе которой получается сигнал «нулевого» уровня. Нажатие любой клавиши в таком состоянии не меняет уровней выходного сигнала. Для работы шифратора необходимо организовать последовательное сканирование вертикальных столбцов матрицы с помощью сигнала «нулевого уровня. Эта операция выполняется активным устройством путем последовательной подачи сигналов D1...D8. В этом случае при нажатии любой клавиши на входах матрицы получим код, в котором один из разрядов имеет «нулевое» значение, со сборки СБ снимется «единичный» сигнал «Гот.», который воспринимается исполнительным устройством как сигнал нажатия какой то клавиши. Исполнительное устройство считывает код с выходов матрицы, дополняет его входным кодом матрицы, получая таким образом промежуточный код нажатой клавиши. Например, при нажатии клавиши «Р» с выходов матрицы снимется код 11110111, но только в том случае если на входе матрицы будет установлен код 11011111. Соединяя эти два кода получим код: 1101111111110111, который и может служить адресом шифратора на ПЗУ или входом перекодировочной таблицы при программном преобразовании промежуточного кода. Как следует из принципа работы число клавиш в таких клавиатурах равно числу узлов матрицы, следовательно, при разрядности входов и выходов матрицы, равной 8 можно включить до 256 клавиш, что значительно превышает потребности УЧПУ. Однако число линия связи матричных клавиатур с исполнительными устройствами больше чем в линейных шифраторах. В приведенной на рис.4.10 схеме необходимое число линий связи составляет 17. Это число можно существенно сократить, если, например, для сканирования столбцов матрицы установить дешифратор 3х8 как показано на рис. 4.10. Число линий связи в этом случае сократится до 12. Существенным недостатком таких шифраторов является тот факт, что для его работы необходимо постоянно сканировать столбцы каким либо активным устройством: счетчиком с генератором тактовых импульсов, микропроцессором или основным вычислителем УЧПУ при наличии достаточных у него ресурсов.

Современные клавиатуры УЧПУ и компьютеров представляют собой автономные, функционально законченные блоки, соединяемые с УЧПУ с помощью каналов связи с минимальным числом сигнальных линий. На рис.4.11. показана функциональная схема клавиатуры КТ-2, основой которой является однокристалльная микроЭВМ тип К1816ВЕ51. Схема включает также матричное поле ОУ с размерами 8х8, элемент ПЗУ ROM для хранения программного обеспечения ЭВМ, дешифратор столбцов ДШ и мультиплексор МХ для обнаружения момента нажатия клавиши. Работает схема следующим образом. МикроЭВМ имеет в своем составе три 8-разрядных порта Р1...Р3, из которых Р1 и Р2 полностью используются для связи с ПЗУ, а Р3 разделен на три части: разряды D1...D3 используются для сканирования адресных входов мультиплексоров, разряды D5...D7 через дешифратор сканируют столбцы матрицы, а через разряд D4 организован последовательный канал связи с основным вычислителем УЧПУ. Работает схема следующим образом. Факт нажатия какой либо клавиши фиксируется двумя кодами: кодом на входе дешифратора, с которого в данный момент снимается сигнал низкого уровня и подается на соответствующий столбец матрицы и кодом адреса мультиплексора на информационном входе которого обнаружен сигнал низкого уровня с соответствующей строки матрицы. Таким образом момент нажатия фиксируется появлением сигнала на выходе мультиплексора, подаваемым на вход ТО запроса на прерывание в ЭВМ. Совокупность кодов на входе дешифратора и на адресных входах мультиплексора составляет промежуточный код нажатой клавиши, которых программным способом преобразуется в соответствующий код ISO и по последовательному каналу ИРПС передается в исполнительное устройство. Поскольку имея в своем составе микроЭВМ клавиатура становится активным интеллектуальным устройством, она может выполнять и другие функции, например функции индикатора, для чего канал связи дополняется и входной линией ПрД, через которую информация от исполнительного устройства поступает в микроЭВМ клавиатуры и далее на индикацию. Как видно из функциональной схемы число линий связи канала даже с учетом линий питания не превышает 4. Снижение же скорости передачи за счет использования последовательного канала не играет роли, так как реакция оператора значительно медленнее чем работа любого канала связи со стандартными скоростями работы.

По такому же принципу работают и клавиатуры современных компьютеров, в которых однако для повышения надежности все показанные на рис. 4.11. функциональные блоки реализованы в одной БИС.