Герконова клавіша

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.

В безконтактних перемикачах механічний вплив (наприклад, механічне переміщення) перетворюється в зміну ємності, індуктивності або опору, а потім ця зміна перетворюється в електричний сигнал. Для цього може бути використана конструкція мембранного перемикача, у якому між контактами розміщується зтискуюча ізолююча прокладка, котра не дозволяє контактам замкнутися. Тоді факт натискання клавіші визначається по зміні зазору між контактами та пов'язаною з цим зміною міжконтактної ємності, які реєструються спеціальною чутливою схемою. Відомі конструкції безконтактних перемикачів на основі взаємодії феритового сердечника та магніту, які використовують диференційні трансформатори та ефект Холла.

В теперішній час є достатньо широкий набір клавішних перемикачів, в різній мірі задовільняючих ним вимогам. В зарубіжній практиці, наприклад, достатньо широко використовуються безконтактні перемикачі, засновані на ефекті Холла. Перемикачі цього типу містять перетворювач Холла, який складається з власне генератора Холла, підсилювача, тригера Шмідта та одновібратора (Рисунок 2.4). Площа, яку займає перетворювач Холла в інтегральному виконанні, становить 0,25 кв.см.

При натисканні на клавішу постійний магніт, який закріплений на плунжері, зміщується в напрямку перетворювача Холла. В генераторі Холла, який потрапив у магнітне поле, виробляється е.р.с. Холла. Напруга подається на вхід підсилювача, а далі аналоговий сигнал у тригері перетворюється в дискретний. Одновібратор з сигналу, що знімається з плеча тригера, формує одноразовий імпульс. Перевагою цього перемикача є відсутність "дребезгу", висока надійність, довговічність та малі габарити. Недоліком є постійна потреба в електроживленні та порівняно висока вартість.

Ємнісні клавіатури, що забезпечують найвищі показники надійності при порівняно низькій вартості та високій технологічності займають провідне положення на ринку клавіатур. Структура ємнісної клавіатури відображена на рисунку 2.5. При натисканні на клавішу зв'язок між пластинами ємнісної клавіатури різко збільшується, що легко визначити, пропускаючи по ланцюгу імпульсний сигнал. Проблема перешкодостійкості одна з найсуттєвіших для ємнісних клавіатур. Ця проблема вирішується в трьох напрямках: збільшення відношення сигнал/перешкода; введення адаптивного порогу спрацьовування; використання алгоритмічних методів відсіву перешкод.

Структурна схема ємнісної клавіатури

Позначення на рисунку: М – матриця ємнісних перемикачів, АК –аналоговий комутатор, ДШ – дешифратор, Г – генератор прямокутних імпульсів, Ф – формувач імпульсу опитування, ЛЧ – двійковий лічильник, ПВЗ – пристрій вибірки та зберігання, К – компаратор, О1,О2 – одновібратори, РГ – регістр, ПІ – послідовний інтерфейс.

Сканування матриці перемикача здійснюється аналогічно клавіатурі з електромеханічними перемикачами. Для кожної з вибраних ємнісних клавіш формувач генерує імпульс опитування, що призводить до появи позитивного та негативного сплеску напруги. Для натиснутої клавіші такий сплеск буде в декілька раз вищий, ніж для ненатиснутої. Для формування адаптивного порогу (під кожний ємнісний перемикач) рівень напруги безпосередньо перед сплеском запам'ятовується на ПВЗ. Перевищення сплеску над порогом свідчить про те, що клавішу натиснуто. Реєстрація натискання фіксується, як по позитивному перемиканню схеми фіксації (ПВЗ1, К1, О1), так і по негативному (ПВЗ2, К2, О2), що дає можливість ігнорувати імпульсну перешкоду. Збіг сигналів О1 та О2 формує сигнал запису коду вибраної клавіші в регістр. Принцип дії клавіші ілюструє рисунок 2.6.

Оптоелектронні клавіатури, не маючи електричного контакту, за своєю надійністю не поступаються ємнісним, але за стійкістю до дії перешкод значно їх перевищують. Завдяки цьому вони незамінні там, де існує високий рівень перешкод, наприклад, електромагнітне поле, радіаційне випромінювання та інше.

Звичайно, оптоелектронні клавіатури містять в собі лінійки світловипромінювачів та фотоприймачів, отже промені, які їх з'єднують, утворюють матрицю. У вузлах матриць розміщені елементи перемикання так, що при натисканні клавіші вони перекривають випромінювання по рядках та стовпчиках матриці. Контролер клавіатури реєструє перекриття світлових променів та виробляє код відповідно знакомісцю клавіші. Оскільки швидкодія не є першочерговим фактором в людинно-машиннім інтерфейсі, то з метою зменшення апаратних витрат використовують послідовне сканування оптоелектронних каналів. В останній час починають поширюватись модульні оптронні клавішні перемикачі та клавіатури з світловим кодуванням.

На рисунку 2.7 зображена конструкція фотоелектричного клавішного перемикача. Кодування за допомогою клавіатури, побудованої на базі цих перемикачів, здійснюється шляхом переривання світлового потоку при натисканні клавіші. Пристрій складається з матричної панелі (МП), кодуючої маски (KM), зв'язаної з клавішами, джерела світла та фотоприймачів. Джерело світла та фотоприймач встановлені на протилежних стінках корпусу. МП та KM розмішують між ними таким чином, щоб забезпечувалась співосність відповідних отворів в МП та KM. Отвори в МП модулюють промені світла, що падають на фотоприймачі. При натисканні на клавішу між МП вводиться кодуюча маска, яка пропускає світловий потік, необхідний для одержання відповідної кодової комбінації.

Конструкція фотоелектричної клавіатури.

Можна вважати, що при досягненні більш високої якості світлодіодів (мінімальний розкид по яскравості) оптронні клавіатури та модульні оптрони і перемикачі зможуть успішно конкурувати з перемикачами, що використовують ефект Холла.

Сенсорні перемикачі не мають рухомих механічних елементів. Процес вмикання (перемикання) викликається лише дотиком пальців оператора до клавіатури. Робота на сенсорній клавіатурі вимагає певних навиків, оскільки клавіші нерухомі або малорухомі, а "зворотний зв'язок" з оператором замикається через фіксатор інформації, що вводиться.

Перетворення електричного сигналу від тієї чи іншої клавіші в двійковий код (відповідно кодовій таблиці) здійснює шифратор. Шифратори можуть виконуватись на контактній або безконтактній основі, отже останні - на інтегральних елементах - отримали переважний розвиток.

Для узгодження клавіатури з мікропроцесором зазвичай використовуються БІС програмованих мікроконтролерів або мікропроцесорів клавіатури. В перших розробках персональних комп’ютерів використовувались контролери, які мали клавіатурну та дисплейну частини. Прикладом такого контролера є програмований контролер клавіатури й індикації (ПККІ) КР580ВВ79, структурна схема якого наведена на рисунку 2.8.

Буфер даних (БД) служить для узгодження із шиною даних DB7— DB0 локальної магістралі мікропроцесора. Блок керування введенням-виведенням (БКВВ) керує прийманням і видачею керуючої інформації і даних від МП. На входи RD (читання) і WR (запис) подаються керуючі сигнали шини керування локальної магістралі МП. Вхід СD зазвичай з'єднується з молодшим розрядом адресної шини і служить для поділу керуючої інформації і даних. Вхід СS (вибір мікросхеми) з'єднується з дешифратором адреси, що визначає розташування ПККІ в адресному просторі МП.

Буфер клавіатури, що містить схему захисту від дребезгу контактів, приймає по лініях RET0—RET7 код позицій клавіш і запам'ятовує його в стеці клавіатури на 8 байт із механізмом ПРО. Схема аналізу стека (САС) виробляє сигнал переривання на виході INT, якщо черга не порожня. Вхід V/STB використовується для подачі керуючого сигналу при скануванні або стробуванні в режимі введення по стробу. На вхід SН подається сигнал зсуву, який використовується для сканування клавіатури. Лічильник сканування з виходами S0—S3 призначений для сканування стану або клавіш дисплея.

Структура контролера клавіатури типу КР 580ВВ79

Оперативний ЗП зберігає інформацію про натиснуті клавіші, яка відображується на дисплеї. Регістр адреси містить адресу даних, які записуються або зчитуються МП. Регістри відображення зберігають дані, що відображуються на виходах DISPA (0 - 3) і DISB (0 - 3). Схема керування і синхронізації (СКС) здійснює керування роботою мікросхеми. На вхід CLK надходять синхроімпульси, на вхід CLR.- сигнал скидання. На виході BD виробляється сигнал гасіння відображення.

Дата добавления: 2015-07-13