Изучение клавиатуры компьютера

Клавиатура ПК представляет собой унифицированное устройство со стандартным разъемом и последовательным интерфейсом связи с системной платой. В качестве датчиков нажатия клавиш применяют механические контакты (открытые или герконовые), кнопки на основе проводящих материалов, емкостные датчики (рис.1). Под каждой клавишей находится пластмассовый штырь, направленный вер­тикально, нижний конец которого выполнен в виде штемпеля (клейма), изготовленного из смеси резины с металлом или углеродом. Ниже этого штемпеля находится пластина с направляющими и контактными площадками, которая стационарно привинчена к корпусу панели. При нажатии клавиши штемпель соприкасается с этими контактными площадками, благодаря чему замыкается цепь.

Назначение клавиатуры компьютера состоит в том, чтобы передавать команды или информацию в компьютер, для дальнейшей ее обработки.

Клавиатура ПК состоит из четырех основных компонентов (рис.2):

•   кабель;
•   корпус;
•   панель с клавишами;
•   клавишные колпачки.

Рис. 1 - Принцип нажатия клавиши

Рис. 1 - Клавиатура ПК

Принцип действия клавиатуры представлен на рис. 3.
Клавиатура – это матрица переключателей. При нажатии клавиши выключатель под ней замыкается и подает сигнал,  распознаваемый контроллером клавиатуры как сигнал нажатия соответствующей клавиши.  При отпускании клавиши выключатель размыкается, что контроллер воспринимает как сигнал отпускания этой клавиши. По зашитой в ПЗУ таблице контроллер преобразует сигналы нажатия и отпускания в так называемые  стандартные скэн-коды нажатия и освобождения(scan codes). Скэн-код – это однобайтовое число, младшие 7 бит которого представляют идентификационный номер, присвоенный каждой клавише. Скэн-код передается  через буфер клавиатуры второму специальному контроллеру, раcположенному уже на материнской плате компьютера. Для компьютера типа AT в качестве такого контроллера обычно применяется микросхема универсального периферийного интерфейса (Universal Peripheral Interface, UPI) 8049. Компьютер  преобразует скэн-коды в конкретные символы и управляющие команды.

Когда скэн-код поступает в контроллер клавиатуры (8049), то инициализи­руется аппаратное прерывание (IRQ1), процессор прекращает свою работу и выполняет процедуру, анализирующую скэн-код. Данное прерывание об­служивается специальной программой, входящей в состав RОM BIOS. При поступлении скэн-кода от клавиш <Alt>, <Ctrl>, <Shift>, <CapsLock>, <NumLock> изменение статуса записывается в RAM. Во всех остальных случаях скэн-код трансформируется в код символа (так называемые коды ASCII или рас­ширенные коды). При этом обрабатывающая процедура сначала определяет установку клавиш и переключателей, чтобы правильно получить вводимый код ("а" или "А"). Результат обработки  помещается в буфер клавиатуры, расположенный в ОЗУ и представляющий собой область памяти, способную запомнить до 15 вводи­мых символов, пока прикладная программа не может их обработать. В случае переполнения буфера очередное слово не записывается и подается звуковой сигнал.
Контроллер на материнской плате может не только принимать, но и переда­вать данные, чтобы сообщить клавиатуре различные параметры, например, частоту повтора нажатой клавиши и др.

Контроллер 8049 отвечает не только за генерирование скэн-кодов, но и не­обходим для выполнения функций самоконтроля и проверки нажатых кла­виш в процессе загрузки системы. Процесс самоконтроля отображается однократным миганием трех индикаторов LED клавиатуры во время выполнения программы POST. Таким образом, неисправность клавиатуры выявля­ется уже на стадии загрузки PC.

Простейшая схема клавиатуры компьютера показана на рис.4.

Дешифратор последовательно опрашивает состояние ключей, расположенных в столбцах X матрицы клавиатуры. Если какая-либо клавиша нажата, то сигнал через замкнутый контакт поступает на соответствующую горизонтальную шину Y и через селектор (регистр) поступает на вход ПЛМ (ПЗУ). Сигналы с дешифратора и селектора образуют адресный вход ПЛМ (ПЗУ), в ячейках которой записаны коды символов (их младшие разряды). Код символа записывается в выходной регистр. Старшие разряды кода определяются содержимым специального регистра, изменяющего своё значение только при нажатии клавиши изменения регистров (Shift, Alt и др.).

Клавиа­туры PS/2 подключаются через 6-контактный разъем мини-DIN (рис.5). Назначение контактов этого разъема приве­дено в табл. 2. На стороне компьютера для клавиатуры PS/2 устанавливается та же интерфейсная микросхема Intel 8042 или аналогичная ей. Этой микро­схеме назначается то же прерывание (IRQ 1) и тот же адрес порта ввода-вы­вода (0060).

Рис. 5. Разъем клавиатуры PS/2