Клавіатура

1. Клавіатура, що містить базову плату, блок сполучення і клавіші, кожна з яких складається з рухомої та нерухомої частин, рухома частина має корпус, верхня поверхня якого виконана з прозорого матеріалу, усередині клавіші розміщені клавішний вимикач, гнучкий кабель, пружний засіб і прикріплені до верхньої поверхні клавіші дисплей та дисплейний мікроконтролер, що керує дисплеєм і до складу якого входять ALU (арифметичнологічний пристрій), пристрій керування та синхронізації, ROM (постійна пам'ять), що містить програму функціонування дисплейного мікроконтролера та необхідні константи, RAM (оперативна пам'ять), порт уведення, порт виведення, порт уведення-виведення та внутрішня шина обміну даними, причому нерухомі частини клавіш закріплено на базовій платі, яка здійснює необхідні електричні сполучення, рухомі частини клавіш підключено до базової плати за допомогою гнучких кабелів, виходи порту виведення дисплейного мікроконтролера підключено до відповідних входів дисплея, клавішний вимикач кожної клавіші підключено до порту уведення її дисплейного мікроконтролера, блок сполучення з однієї сторони за допомогою каналу зв'язку підключено до процесорної системи більш високого ієрархічного рівня, яка відрізняється тим, що входи та виходи порту уведення-виведення кожного дисплейного мікроконтролера з'єднані відповідно з виходами та входами портів уведення-виведення усіх інших дисп U 2 UA 1 3 17897 4 усередині клавіші. Кожна клавіша має свій клавішНа Фіг.8 зображена блок-схема клавіатури з ний вимикач або датчик натискання [наприклад, двома відокремленими локальними мережами. датчик Холла, як це описано у ЕР 0 226 392] та Рухома частина клавіші має корпус 1, верхня обладнана засобом повертання рухомої частини у поверхня 2 якого виконана з прозорого матеріалу первісний стан. Нерухомі частини клавіші закріп(див. Фіг.1). До цієї поверхні 2 прикріплено дисплені на платі, яка здійснює усі необхідні електричні лей 3 та дисплейний мікроконтролер 4. На напрязв'язки між компонентами клавіатури. Електричний мній 5 знаходиться пружина 6, яка утримує рухому зв'язок між рухомою частиною клавіші та платою частину ненатиснутої клавіші у первісному стані та або між обома частинами клавіші здійснюється повертає рухому частину натиснутої клавіші у пергнучким кабелем. У складі клавіатури є також вісний стан після її відпускання. На торцевої повецентральний контролер (CPU). З одного боку він рхні напрямної 5 закріплено контактну шайбу 7. проводить послідовне опитування стану клавішних Контактна площадка 8 знаходиться на базовій вимикачей, приймає від них сигнали про клавіші, платі 9 клавіатури, до якої також прикріплено нещо були натиснуті, кодує ці сигнали у вигляді так рухому частину клавіші (ця частина не зображена званих скан-кодів та передає ці скан-коди до комна кресленнях). Контактна шайба 7 та контактна п'ютера. З другого боку центральний контролер площадка 8 створюють спільно клавішний вимикач приймає від комп'ютера коди команд та символів і 7, 8. Кожна клавіша клавіатури підключена до бапересилає ці коди до дисплейних контролерів по зової плати 9 за допомогою гнучкого кабелю 10. шині [ЕР 0 226 392] або по ланцюгової структурі Дисплейний мікроконтролер 4, який керує дис[US 4 897 651], кожна ланка якого є дисплейним плеєм 3, містить ALU (арифметично-логічний приконтролером. Кожний дисплейний контролер стрій) 11, пристрій керування та синхронізації 12, приймає ці коди через свій вхідний порт, декодує ROM (постійну пам'ять) 13, що містить програму їх та, коли передача була адресована до нього, функціонування дисплейного мікроконтролера 4 та видає відповідні електричні сигнали через свій необхідні константи, RAM (оперативну пам'ять) 14, вихідний порт на свій дисплей. Таким чином на порт уведення 15, порт виведення 16 та порт увекожної клавіші-дисплеї виникає відповідне зобрадення-виведення 17 (див. Фіг.2). Обмін даними між ження того чи іншого символу. цими пристроями дисплейного мікроконтролера 4 Застосування таких клавіатур дозволяє корисздійснюється по його внутрішній шині 18. тувачу легко змінювати як набір, так і розклад сиВиходи порту виведення 16 дисплейного мікмволів, що відображує клавіатура. роконтролера 4 підключені до відповідних входів Недоліком цих клавіатур є відсутність зворотдисплея 3 (див. Фіг.3). Клавішний вимикач 7, 8 коних зв'язків між центральним контролером та дисжної клавіші підключено до порту уведення 15 її плейними контролерами через те, що дані тут тедисплейного мікроконтролера 4. Блок сполучення чуть в одному напрямку - від центрального 19 з однієї сторони підключено до процесорної контролера до дисплейних контролерів. Це може системи більш високого ієрархічного рівня (наприпризводити до помилок при відображенні симвоклад, до комп'ютера) за допомогою каналу зв'язку лів, внаслідок чого зменшується надійність, вірогі20. Входи та виходи порту уведення-виведення 17 дність та якість роботи таких клавіатур. кожного дисплейного мікроконтролера 4 з'єднані, Задачею корисної моделі є подолання вказавідповідно, з виходами та входами портів уведенного недоліку та підвищення надійності, вірогідноня-виведення 17 усіх інших дисплейних мікроконтсті та якості роботи відомих клавіатур. ролерів 4 а також з другою стороною блока сполуЦя задача вирішена у рамках корисної моделі чення 19 так, що усі дисплейні мікроконтролери 4 тим, що згадані клавіатури доповнені локальною та комп'ютер утворюють між собою локальну мемережею, обмін даними в якої є двоспрямованим, режу 21. причому локальна мережа, завдяки її протоколам Клавіатура функціонує таким чином. обміну даних, дозволяє розпізнавати помилки обПри включенні живлення здійснюється ініціаліміну даних, а також усувати їх ще до того, як ці зація усіх дисплейних мікроконтролерів 4. Кожен з помилкові дані будуть відображені на дисплеях них одержує свою індивідуальну адресу у локальклавіш. ній мережі 21. Ця адреса заздалегідь програмуУ подальшому корисна модель буде описана з ється та зберігається у постійній пам'яті 13 кожнопосиланнями на креслення: го дисплейного мікроконтролера 4. Під час На Фіг.1 наведено приклад виконання клавіші. ініціалізації також буде активізовано індикацію На Фіг.2 зображена блок-схема дисплейного первісного розкладу символів на клавіатурі, тобто мікроконтролера. на дисплеях 3 клавіш, (наприклад, "англійський" На Фіг.3 показано блок-схему першого варіанрозклад відповідно стандарту IBM). Коди цих симту виконання клавіатури. волів також програмуються заздалегідь і зберігаНа Фіг.4 показано блок-схему другого варіанту ються у постійній пам'яті 13 кожного дисплейного виконання клавіатури. мікроконтролера 4. На Фіг.5 зображена блок-схема центрального При натисканні на клавішу 1 її рухома частина мікроконтролера, що застосовується у другому переміщується до замикання клавішного вимикача варіанті. 7, 8, внаслідок чого виникає електричний сигнал. На Фіг.6 показано блок-схему третього варіанДисплейний мікроконтролер 4 натиснутої клавіші ту виконання клавіатури. одержує цей сигнал через свій порт уведення 15, На Фіг.7 зображена блок-схема центрального кодує цей сигнал (наприклад, як так званий сканмікроконтролера, що застосовується у третьому код) та передає потім цей скан-код через свій порт варіанті. уведення-виведення 17, по локальній мережі 21, 5 17897 6 через блок сполучення 19, по каналу зв'язку 20 на ку 20 та через блок сполучення 19 проводить закомп'ютер. пис нових кодів символів у оперативну пам'ять 26 У протилежному напрямку - від комп'ютера по центрального мікроконтролера 22. Центральний каналу зв'язку 20, через блок сполучення 19, по мікроконтролер 22 приймає ці коди символів через локальній мережі 21, до дисплейних мікроконтросвій перший порт уведення-виведення 27, зберігає лерів 4 - передаються коди символів. Якщо виниїх у своїй оперативній пам'яті 26, а потім послідовкає необхідність змінити набір символів та їх розкно, один за одним, передає ці коди символів через лад (наприклад, на "український"), комп'ютер свій другий порт уведення-виведення 28 по локапроводить послідовний запис нових кодів символів льній мережі 21 на кожний дисплейний мікроконту оперативну пам'ять 14 кожного дисплейного мікролер 4. Дисплейний мікроконтролер 4, до якого роконтролера 4. Дисплейний мікроконтролер 4, до була адресована ця передача, приймає цей код з якого була адресована ця передача, приймає цей локальної мережі 21 через свій порт уведеннякод з локальної мережі 21 через свій порт уведенвиведення 17, зберігає його у своїй оперативній ня-виведення 17, зберігає його у своїй оперативній пам'яті 14, декодує його та формує відповідні сигпам'яті 14, декодує його та формує відповідні сигнали для керування своїм дисплеєм 3. Ці сигнали нали для керування своїм дисплеєм 3. Ці сигнали дисплейний мікроконтролер 4 виводить через свій дисплейний мікроконтролер 4 виводить через свій порт виведення 16 на підключений до нього дисппорт виведення 16 на підключений до нього дисплей 3, і таким чином на дисплею 3 кожної клавіші лей 3, й таким чином на дисплею 3 кожної клавіші клавіатури виникає відповідне зображення симвоклавіатури виникає відповідне зображення симлу. волу. У третьому варіанту виконання, так само як і у У другому варіанті виконання до складу клавідругому варіанті, до складу клавіатури входить атури входить також центральний мікроконтролер центральний мікроконтролер 22, розміщений на 22, розміщений на базовій платі 9 (див. Фіг.4). базової платі 9 (див. Фіг.6). Так само, як і у другому Цей центральний мікроконтролер 22 містить варіанті, перший порт уведення-виведення 27 ALU (арифметично-логічний пристрій) 23, пристрій центрального мікроконтролера 22 підключено до керування та синхронізації 24, ROM (постійну паблоку сполучення 19. Входи та виходи другого м'ять) 25, що містить програму функціонування порту уведення-виведення 28 центрального мікроцентрального мікроконтролера 22 та необхідні контролера 22 з'єднані, відповідно, з виходами та константи, RAM (оперативну пам'ять) 26, а також входами портів уведення-виведення 17 усіх диспперший 27 й щонайменше один другий 28 порти лейних мікроконтролерів 4 так, що центральний уведення-виведення (див. Фіг.5). Обмін даними мікроконтролер 22 та усі дисплейні мікроконтроміж цими пристроями центрального мікроконтролери 4 утворюють між собою локальну мережу 21. лера 22 здійснюється по внутрішній шині 29. На відзнаку від попереднього варіанту, Перший порт уведення-виведення 27 центрацентральний мікроконтролер 22 містить ще порт льного мікроконтролера 22 підключено до блоку уведення 30 та порт виведення 31 (див Фіг.7). У сполучення 19. Входи та виходи другого порту клавіатурі по третьому варіанту не існує електричуведення-виведення 28 центрального мікроконтних зв'язків між клавішними вимикачами 7, 8 та ролера 22 з'єднані, відповідно, з виходами та входисплейними мікроконтролерами 4. Замість цього дами портів уведення-виведення 17 усіх дисплейклавішні вимикачі 7, 8 на базовій платі 9 за допоних мікроконтролерів 4 так, що центральний могою провідників (шин) підключені до порту увемікроконтролер 22 та усі дисплейні мікроконтродення 30 та порту виведення 31 центрального міклери 4 утворюють між собою локальну мережу 21. роконтролера 22. Шини утворюють матрицю, де Клавіатура по другому варіанту виконання фуодні з шин є стрічками, а другі - стовпчиками. Як нкціонує таким чином. показано на Фіг.6, стрічкові шини n1... N з'єднані з Ініціалізація усіх дисплейних мікроконтролерів одними половинами контактних площадок 8, а 4 здійснюється так само, як і у вищеописаному стовпчикові шини n1...N - з їх другими половинами попередньому варіанті виконання клавіатури. так, що ці обидві половини контактних площадок 8 Так само, як і у першому варіанті, сигнал від знаходяться на перехресті стрічкових та стовпчиклавішного вимикача 7, 8 надходить до порту увекових шин, тобто у вузлі матриці. Стрічкові шини дення 15 дисплейного мікроконтролера 4 натиснуn1...N підключені, наприклад, до порту уведення 30 тої клавіші. Цей дисплейний мікроконтролер 4 коцентрального мікроконтролера 22, а стовпчикові дує цій сигнал та передає цю інформацію через шини n1...N - до порту виведення 31 центрального свій порт уведення-виведення 17 по локальній мікроконтролера 22. мережі 21 до центрального мікроконтролера 22. Клавіатура по третьому варіанту виконання Центральний мікроконтролер 22 приймає цю інфункціонує таким чином. формацію через свій другий порт уведенняЦентральний мікроконтролер 22 проводить виведення 28, формує відповідний скан-код та циклічне опитування стану клавішних вимикачів 7, передає цей скан-код через свій перший порт уве8. Він через свій порт виведення 31 послідовно дення-виведення 27, через блок сполучення 19, по посилає електричний сигнал на одну за другою каналу зв'язку 20 на комп'ютер. стовпчикові шини ті... М. При натисканні на якусь Коди символів передаються у протилежному клавішу її контактна шайба 7 замикає обидві полонапрямку, тобто від комп'ютера по каналу зв'язку вини відповідної контактної площадки 8 між собою. 20 через блок сполучення 19 до центрального мікЧерез контакт, що виникає, сигнал з однієї з стовроконтролера 22. При необхідності змінити набір пчикових шин ті... М надходить до однієї з стрічкосимволів та їх розклад, комп'ютер по каналу зв'язвих шин пі... N. Центральний мікроконтролер 22 7 17897 8 приймає цей сигнал через один з входів свого порЛокальна мережа 21 може мати топологію ту уведення 30, кодує його як скан-код та передає "шина", "зірка", "коло" або змішану топологію. Наяцей скан-код через свій перший порт уведеннявність локальної мережі 21 у запропонованій клавиведення 27, через блок сполучення 19, по канавіатурі дозволяє застосувати перешкодозахисні лу зв'язку 20 до комп'ютера. протоколи обміну даними, що є відомими з галузі Подальше функціонування третього варіанта локальних мереж, наприклад, протокол обміну з виконання клавіатури не відрізняється від функціпідтвердженням (АСК) правильного прийому кожонування другого варіанта. ного байта. Інші відомі протоколи, наприклад У якості дисплеїв 3 можуть бути застосовані, CSMA/CD (множинний доступ з контролюванням наприклад, LED- (світлодіодні), OLED-(органічні несучої й розпізнаванням колізій) чи CSMA/CA LED), LCD- (ріднино-кристалічні) або TFT LCD(множинний доступ з контролюванням несучої й (тонкоплівкові транзисторні LCD) індикатори. Можзапобіганням колізій), дозволяють детектувати й на налагодити підсвічування дисплеїв зсередини, запобігати колізії, що можуть виникнути в локальа також регулювання яскравості зображення. Це ній мережі при одночасному натисканні двох або може бути необхідним при недостатній освітленобільш клавіш. Застосування цих протоколів дозвості приміщення, де встановлена клавіатура. ляє розпізнавати помилки обміну даних, а також Клавішні вимикачі 7, 8 можуть мати різноманіусувати їх ще до того, як ці помилкові дані будуть тне виконання, зокрема як магніто-керовані контавідображені на дисплеях клавіш. Крім того, завдякти або як електропровідна гума. Замість контактки виникаючим при застосуванні локальної мережі них можуть бути застосовані безконтактні 21 зворотнім зв'язкам між комп'ютером та диспвимикачі, наприклад оптронні. лейними мікроконтролерами 4 або між центральЦентральний мікроконтролер 22 може мати не ним мікроконтролером 22 та дисплейними мікроодин, а декілька других портів уведенняконтролерами 4, стає можливим кожного часу виведення 28-1, 28-2 й т.д., до кожного з яких чеперевірити дані, що зберігаються у RAM 14 або у рез відокремлені локальні мережі 21-1, 21-2 і т.д. ROM 13 кожного дисплейного мікроконтролера 4 і, підключено свою окрему групу дисплейних мікропри потребі, скоригувати ці дані. Ці технічні рішенконтролерів 4 (див. Фіг.8). Це може мати сенс, коня підвищують надійність, вірогідність та якість ли, наприклад, різні функціональні групи клавіш роботи клавіатури. встановлені в різних місцях станка або прибору. Запропонована клавіатура може знайти застоКанал зв'язку 20 може бути дратовим, волосування для комп'ютерів, в тому числі для портаконно-оптичним, або бездратовим. У останньому тивних, для мікрокалькуляторів, для мобільних випадку він може бути ультразвуковим, оптичним телефонів, для пультів керування різних станків та або радіохвильовим. інших приборів. В залежності від виконання каналу зв'язку 20, Джерела інформації: до складу блоку сполучення 19 можуть входити 1. Патент США US 4 897 651, 30.01.1990р. приймачі-передавачі, підсилювачі та перетворю2. Патент США US 4 551 717, 05.11.1985р. вачі сигналів, пристрої гальванічної розв'язки, 3. Європатент ЕР 0 226 392, 03.12.1986р. тощо. 9 Комп’ютерна верстка В. Мацело 17897 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601