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電腦鍵盤工作原理

作者: 時間:2012-01-25 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
功能改進

隨著計算機CPU(硬件)和Windows操作系統(tǒng)(軟件)的不斷升級換代,計算機的發(fā)展進入到了包括多媒體在內(nèi)的高速多功能時代。與此相適應(yīng),計算機鍵 盤也出現(xiàn)了一些新的變化,主要表現(xiàn)在鍵數(shù)的增加及功能的整合。美國蘋果(Apple)公司早在1992年就曾推出過設(shè)有調(diào)整音量按鍵的。時下流行 的多媒體,也叫多功能鍵盤,其特征是增加了一些快捷鍵(或功能鍵),通過設(shè)定主板BIOS或軟件設(shè)定,使這些新增的鍵可以實現(xiàn)開關(guān)、休眠啟動、 CD播放、音量調(diào)整、一鍵上網(wǎng)等特殊功能。此外還出現(xiàn)了一些多功能集成的鍵盤,如將掃描儀、錄音設(shè)備或手寫板、鼠標(biāo)等整合為一體的鍵盤,以及帶有文字編輯 或指紋識別功能的智能鍵盤等。

如前所述,IBM定義的101鍵鍵盤與微軟(Microsoft)所定義的三鍵共同形成的104 鍵Win95鍵盤一般被稱作標(biāo)準(zhǔn)鍵盤,那么標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的104鍵之外如何增加按鍵擴充功能呢?從目前鍵盤發(fā)展情況看,可以有多種方法。單就增加鍵盤按鍵的設(shè) 定技術(shù)看,一般來講,按鍵的增加取決于三個方面的因素:一是CPU能識別,二是操作系統(tǒng)能響應(yīng),三是鍵盤內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)能安排。從前面的介紹可知,CPU和 操作系統(tǒng)這兩個因素是計算機必備的現(xiàn)成技術(shù),不成問題。這樣,增加鍵盤按鍵的關(guān)鍵就在于鍵盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。以下兩種方法可以直接簡便地增加鍵盤按鍵。

目前PC機鍵盤按鍵一直沿用IBM的行列矩陣方式布局排列,稱為掃描矩陣,其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的核心是8048(包括其后續(xù)升級系列)單片機微處理器。根據(jù)單 片機微處理器特定的I/O(即Input/Output輸入/輸出)電路,IBM將鍵盤按鍵的行列矩陣定義為8行×16列=128鍵,而現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤只 使用了其中的104鍵,故尚有128-104=24鍵的陣點閑余,尚未定義。因此,增加按鍵的方法之一是,直接在這尚未定義的24個閑余按鍵陣點中繼續(xù)定 義新鍵以擴增新的功能鍵。方法之二是,通過改變單片機微處理器I/O電路的配線方式,可以把IBM的原8行×16列掃描矩陣變?yōu)椋?+n)行×16列,如 (8+1)行×16列=144鍵等,這樣就會在128鍵之外獲得新增加的一行16個鍵位,再根據(jù)需要為其定義功能。以上兩種方法都可以達到增加104鍵的 標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的按鍵數(shù)的目的。簡而言之,第一種方法是在原掃描矩陣8行×16列的行列點陣中尚未利用的24個點上,根據(jù)需要可任意增加1至24個新鍵;第二種 方法是在單片機微處理器原掃描矩陣8行×16列基礎(chǔ)上再增加一行,變?yōu)?行×16列掃描矩陣,再根據(jù)需要任意增加新鍵,并不會帶來單片機微處理器本身原有 功能的更新。如IBM 的83鍵盤發(fā)展到原來的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤101鍵,其要增加的鍵數(shù)只要通過增加鍵盤的行或列,并在增加的行列陣點上進行定義便可實現(xiàn);而原來的101鍵的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤 后發(fā)展到目前的104鍵的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤,其增加的3個鍵數(shù)可以不增加鍵盤的行和列,只要在原掃描矩陣中尚未定義的點上直接定義就可以。無論是第一種方法還是第 二種方法,都已經(jīng)屬于公有技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)。

什么是鍵盤的鍵位沖突?


簡單的說,也就是當(dāng)你同時按下鍵盤上的幾個鍵的時候,這幾個鍵不能同時反映出來,這就叫做鍵盤的鍵位沖突。例如說,你能想象當(dāng)你按下Ctrl-Alt-Del時,系統(tǒng)只能接收到前兩個鍵,而死活不承認(rèn)你按了Del鍵嗎?

當(dāng)然,現(xiàn)實中是不會有這樣的鍵盤的,按不下Ctrl-Alt-Del的鍵盤根本就沒法出廠,但其他一些常見的鍵位沖突就不稀奇了。例如,經(jīng)常有一些鍵盤不能同時對例如A-S-空格這樣的按鍵組合作出反應(yīng),這樣在FPS游戲中,使用者就會大為吃虧。

對于鍵位沖突問題,用戶中有兩種完全不同的態(tài)度,絕大多數(shù)人根本意識不到鍵位沖突問題的存在,直到遇到?jīng)_突的時候才叫苦不迭,并且大呼“為什么他就能 做這個動作?”;而另一部分人,特別是一些游戲高手,又在孜孜不倦的尋找“沒有鍵位沖突的鍵盤”。這兩種人都是對鍵位沖突的原因認(rèn)識不清楚的。

鍵位沖突的直接起因,是鍵盤的非編碼結(jié)構(gòu)。在2月號的專題中,我們提到過現(xiàn)在的鍵盤幾乎都是非編碼的薄膜接觸式鍵盤,那么什么是非編碼鍵盤呢?在專題里我們沒有詳細(xì)的解釋,下面我們就來詳細(xì)說明一下非編碼鍵盤的原理與結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)的鍵盤,是編碼式鍵盤,它的每個鍵按下時都會產(chǎn)生唯一的按鍵編碼,并且通過專有的一組導(dǎo)線傳輸?shù)芥I盤接口電路,由于其線路和編碼的唯一性,這種鍵盤是不存在鍵位沖突的問題的,但是編碼鍵盤結(jié)構(gòu)復(fù)雜,現(xiàn)在已經(jīng)很少使用了。

而現(xiàn)代的薄膜接觸式鍵盤,任何一個按鍵都有上下兩層薄膜的觸點,我們將它拆開來仔細(xì)看一看(如圖),就會發(fā)現(xiàn)在任何一層薄膜上,導(dǎo)線數(shù)都遠(yuǎn)少于按鍵數(shù),而 且每一條導(dǎo)線都同時連通多個按鍵的觸點,而且,上層和下層的任何兩條導(dǎo)線都最多只在一個按鍵上重合。也就是說,上層的1號導(dǎo)線可能會同時經(jīng)過1、2、3、 4、5……等按鍵,而下層的1號導(dǎo)線可能同時經(jīng)過1、Q、A、Z……等按鍵,且兩條導(dǎo)線只在1鍵上重合。


什么是鍵盤的鍵位沖突?簡單的說,也就是當(dāng)你同時按下鍵盤上的幾個鍵的時候,這幾個鍵不能同時反映出來,這就叫做鍵盤的鍵位沖突。例如說,你能想象當(dāng)你按下Ctrl-Alt-Del時,系統(tǒng)只能接收到前兩個鍵,而死活不承認(rèn)你按了Del鍵嗎?

當(dāng)然,現(xiàn)實中是不會有這樣的鍵盤的,按不下Ctrl-Alt-Del的鍵盤根本就沒法出廠,但其他一些常見的鍵位沖突就不稀奇了。例如,經(jīng)常有一些鍵盤不能同時對例如A-S-空格這樣的按鍵組合作出反應(yīng),這樣在FPS游戲中,使用者就會大為吃虧。

對于鍵位沖突問題,用戶中有兩種完全不同的態(tài)度,絕大多數(shù)人根本意識不到鍵位沖突問題的存在,直到遇到?jīng)_突的時候才叫苦不迭,并且大呼“為什么他就能 做這個動作?”;而另一部分人,特別是一些游戲高手,又在孜孜不倦的尋找“沒有鍵位沖突的鍵盤”。這兩種人都是對鍵位沖突的原因認(rèn)識不清楚的。

鍵位沖突的直接起因,是鍵盤的非編碼結(jié)構(gòu)。在2月號的專題中,我們提到過現(xiàn)在的鍵盤幾乎都是非編碼的薄膜接觸式鍵盤,那么什么是非編碼鍵盤呢?在專題里我們沒有詳細(xì)的解釋,下面我們就來詳細(xì)說明一下非編碼鍵盤的原理與結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)的鍵盤,是編碼式鍵盤,它的每個鍵按下時都會產(chǎn)生唯一的按鍵編碼,并且通過專有的一組導(dǎo)線傳輸?shù)芥I盤接口電路,由于其線路和編碼的唯一性,這種鍵盤是不存在鍵位沖突的問題的,但是編碼鍵盤結(jié)構(gòu)復(fù)雜,現(xiàn)在已經(jīng)很少使用了。

而現(xiàn)代的薄膜接觸式鍵盤,任何一個按鍵都有上下兩層薄膜的觸點,我們將它拆開來仔細(xì)看一看(如圖),就會發(fā)現(xiàn)在任何一層薄膜上,導(dǎo)線數(shù)都遠(yuǎn)少于按鍵數(shù),而 且每一條導(dǎo)線都同時連通多個按鍵的觸點,而且,上層和下層的任何兩條導(dǎo)線都最多只在一個按鍵上重合。也就是說,上層的1號導(dǎo)線可能會同時經(jīng)過1、2、3、 4、5……等按鍵,而下層的1號導(dǎo)線可能同時經(jīng)過1、Q、A、Z……等按鍵,且兩條導(dǎo)線只在1鍵上重合。

這樣,根據(jù)上層薄膜和下層薄膜所經(jīng)過的按鍵,就可以排出一個類似下面的表格:

上層導(dǎo)線1

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