Vstupní zařízení. Klávesnice, myši, tačpedy a digitizéry. X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek

Vstupní zařízení Klávesnice, myši, tačpedy a digitizéry

X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek

Obsah přednášky • Klávesnice, – PC klávesnice.

• • • • • •

Myš. Track Point. Touch Pad. Pen Computing hardware. Technologie dotykových obrazovek. Digitizéry a tablety.

X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

Doporučuji přečíst

• http://www.synaptics.com/technology/cps.cfm • http://www.synaptics.com/support/507003a.pdf


M. Šnorek

Standardní PC klávesnice

• 1 Alfanumerická část (s klávesami Shift, Ctrl, Alt a Caps Lock), • 2 funkční klávesy (Esc a F1F12), • 3 řídicí klávesy (pohyb kursoru, Home, End, PgUp, PgDn, Ins, Del, PrtSc, Pause a Scroll Lock), • 4 numerická část (Num Lock).


M. Šnorek

Kontaktní spínače • •

•

Membránový (membrána vymezuje také mechanický odpor, ~106 sepnutí), s vodivou gumou neboli odporová (velice levné, značné mechanické nevýhody, používaly se u starých kalkulaček, s jistou obměnou používány u moderních klávesnic), jazýčkový spínač (magnet + jazýčkový spínač, ~107 sepnutí).


M. Šnorek

Vibrace U většiny typů realizace kláves nastává problém s vibracemi kontaktů. Přechodový jev trvá typicky 1 až 20 ms podle typu spínače. Filtruje se např. elektronicky (RS klopný obvod). To je ale drahé řešení.


M. Šnorek

Bezkontaktní spínače • Kapacitní, spolehlivý, vydrží 10 sepnutí, • s Hallovým prvkem, podobně, ale stále odebírá značný proud, 8

• s transformátorovou vazbou, vhodný do průmyslových aplikací.


M. Šnorek

Reprezentace kláves Kvůli značné náročnosti na počty vodičů se používají 2 základní metody na eliminaci (zjištění, která je sepnutá): - jeden společný vodič (zhruba do 16 kláves), - matice s posuvnými registry.


M. Šnorek

Problémy tohoto řešení? • Při současném stisku většího počtu kláves nelze stisknutou klávesu správně detekovat. • angl. Ghosting a Masking.


M. Šnorek

Příklad konkrétního řešení • Promyslete si algoritmus programu mikroprocesoru obsluhujícího tento řadič klávesnice!


M. Šnorek

PC klávesnice Hledali jsme odpověď na otázku: „Pracuje běžná PC klávesnice na kapacitním či odporovém principu?“


První pohledy a dojmy • Inspirace „známým“ sloganem: PC klávesnice pracuje na kapacitním principu. • Kde je pravda? • Kapacitní princip je nesporně náročnější na implementaci i když ne nemožný, • mnohem pravděpodobnější je však princip odporový, který se dá realizovat s běžnými jednočipovými mikroprocesory bez nutnosti

konverze signálu. X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

Měření ohmmetrem • Kontaktní úprava gumových „čepiček“ je značně vodivá – desítky až stovky . • Povrchová úprava kontaktů na desce je rovněž velice dobře vodivá, • pravděpodobnost kapacitního principu se začíná blížit nule.


M. Šnorek

Začíná být dostatek důkazů • Každý řádek matice je přímo připojen na vývod mikroprocesoru a přes odpor 100 kΩ spojen s napájením, čímž se zajišťuje definovaná logická úroveň „1“ pro rozpojené kontakty. • Každý sloupec je buď přímo nebo přes diodu spojen s vývodem mikroprocesoru, tedy kapacitní princip definitivně prohrává.


M. Šnorek

Závěr • Většina běžných PC klávesnic pracuje nepochybně na odporovém principu, neboť je to z hlediska použitých součástek nesporně jednodušší.


M. Šnorek

PC Keyboard konektor Computer Signals

DI N41524, Femaleat Computer, 5-pin DI N 180°

6-pin Mini DI N PS2 Style Femaleat Computer

Clock

1

5

Data

2

1

NC

3

2,6

GND

4

3

+5V

5

4

Shield

Shell

Shell


M. Šnorek

Přenosový protokol rozhraní PC klávesnice • Sériový, asynchronní (izosynchronní), ale ne RS 232! • Jeden Start bit (vždy 0), 8 datových bitů, jeden bit liché parity, • pak jeden stop bit (vždy 1). • Tedy celkem 10 bitů.


M. Šnorek

Myš … je také vstupním zařízením!


• • • •

Historie, vývoj Princip funkce Vylepšení, nové technologie Budoucnost


M. Šnorek

Historie, vývoj „Objevitel“: Douglas Engelbart, Stanford, 60. léta. 70. léta, Xerox Palo Alto Research Center. 80. léta, Apple – uvedení na trh pro Macintosh. přelom 80./90. let – MS Windows 3.1. Dnes: nejrozšířenější vstupní zařízení (spolu s klávesnicí), • nepostradatelná pro běžná GUI. • • • • •


M. Šnorek

Princip funkce •

Myš převádí pohyby ruky do signálů použitelných pro počítač.

Hlavní součásti: • • • • •

koule, válečky, dříky a kódové kotouče, infračervená LED + fotoelektrické snímače, základní čip, tedy řadič myši i současně „velkého“ rozhraní. X36PZA - Periferní zařízení

válečky

kódové kotouče

M. Šnorek

infračervenéLED

infračervenésenzory


M. Šnorek

Jak se určuje směr a rychlost pohybu?

• smr ě ~ při přechodu LED 2 otestovat LED 1 • rychlost/vzdálenost ~ počet přechodů


M. Šnorek

Vylepšení, nové myší technologie • • • • • •

Optická myš, bezdrátová myš, bezdrátová optická myš, TrackPoint Mouse, TrackBall (obsoletní technologie), a další. X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

Starší optické myši • Původní myšlenka optické myši – Apple. • Konec 80. let – optická myš se speciální podložkou. • Podložka s reflexivní vrstvou a vzorkem. • Senzory registrovaly pohyb pro „svůj“ směr, • signál se posílal při každém přejezdu vzorku.


M. Šnorek

Optická myš 1999, uvedena optická myš nové generace. • Senzory zachycují 1500 snímků/sec. Hlavní součásti: •

• • •

červená LED, CMOS senzor, procesor digitálních signálů.


M. Šnorek

Princip snímání obrazu a senzorový čip (18x18)


M. Šnorek

Princip detekce pohybu


M. Šnorek

Výhody optické myši • Neobsahuje pohyblivé součásti menší pravděpodobnost selhání, • nedostane se dovnitř nečistota. • Zvýšená rozlišovací schopnost senzorů plynulejší odezva, • nevyžaduje podložku, funguje na téměř každém povrchu.


M. Šnorek

Budoucnost • grafická studia využívají vstupní zařízení pro 3D vstup Myš fy Logitech • Space Mouse, SpaceBall (3 osy) • 6D Mouse - 6 stupňů volnosti: • pohyb v ose x • pohyb v ose y • pohyb v ose z • náklon podél podélné osy • otáčení podél vertikální osy • stoupání/spád podél příčné osy


(roll), (yaw),

(pitch). M. Šnorek

Prstová vstupní zařízení Track Points a Touch Pads


Track point - přínos IBM • • •

Pracuje na odporovém principu, tlakem (až ve třech směrech) se mění odpor materiálu snímače. Vydrží až 107 akcí.

Analogový výstup

Sensor

Zesilovač

μ-processor

Částečněintegrovaný obvod Integrovaný obvod

PS/2 nebo RS232

Příklad obvodu: Philips TPM 754 or 749 µP X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

Typické umístění Track point sensor

Mouse buttons


M. Šnorek

Terminologie Standardní terminologie (IBM, …) “track point” for track point device “touchpad” for touchpad device Dell terminologie “trackstick pointing device” for track point device “trackpad” for touchpad device X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

Touchpad a jeho snímací plocha Pracujena principu zmny ě kapacity! Prst Izolační dotyková plocha Track point Rastrové vodiče

Podložka


M. Šnorek

Pen Computing Zajímavá a dnes oblíbená aplikace


Počátky Pen Computingu 1975


M. Šnorek

Pen Input Hardware • Užívá některou z těchto technologií snímání: – elektromagnetické (magnetické), – elektrické, – ultrasonické, – optické (čárové kódy).

PEN I NK

PAPER

PAD X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

Komerční Pen Systems

Virtual I nk’sMimio(ultrasonic) Wacom’sPL500 (magnetic)


Cross’ CrossPad (magnetic) Anoto’sPen (optical bar code)

M. Šnorek

Nastupující PC


M. Šnorek

Elektromagnetické (magnetické) snímání Magnetic Field

LCTank in Pen

Array of Magnetic Coils in Pad 2000 dpi relative 100 dpi absolute 200 Hz rate


M. Šnorek

Ultrasonické snímání 250 dpi relative 50 dpi absolute 300 Hz rate

Ultrasonic Microphone

Ultrasonic Speaker (40 kHz)

Measure timeof arrival and triangulate


M. Šnorek

Elektrické snímání Ordinary ink is naturally conductive 12 mm

Paper

Electric field

TRANSMITTER RECEIVER Design target 250 dpi relative 50 dpi absolute 100 Hz rate

455 kHz 30 Volts ADC Mux Amp X36PZA - Periferní zařízení

Oscillator M. Šnorek

Pen Hardware Taxonomy T e c h n o lo g y

Pen

Paper

Pad

Com m ent

M a g n e t ic

S p e c ia l N o r m a l

S p e c ia l

U lt r a s o n ic


S p e c ia l

E le c t r ic

N orm al N orm al

S p e c ia l

O p t ic a l I nterf erom et er O p t ic a l Bar Cod e


N orm al

D o m in a n t in m arket E f f e c t e d b y a ir currents T ip c o n t a c t h a r d to detect R e la t iv e t r a c k in g

S p e c ia l S p e c ia l

N orm al

P a g e t r a c k in g


M. Šnorek

Technologie dotykových obrazovek


Historie

• “Objevitel” senzoru "Elograph” je Dr. Sam Hurst, University of Kentucky, v roce 1971. • I první dotykovou obrazovku zkonstruoval v roce 1974 Dr.Hurst.


M. Šnorek

Odporová dotyková obrazovka


M. Šnorek

SAW - s povrchovou vlnou •

SAW - Surface acoustic wave.


M. Šnorek

Optická dotyková obrazovka 1.

Obvykle infračervená


M. Šnorek

Kapacitní


M. Šnorek

Srovnání technologií • Odporové jsou velmi oblíbené do průmyslových aplikací. • Infračervené se používaly spíše dříve. • Kapacitní nereagují na prsty v rukavicích. • Tuto nectnost nemají SAW.


M. Šnorek

Digitizéry a tablety


Specifikace • Opačná funkce ke grafickým zapisovačům: • odměřování a vstup souřadnic bodů do počítače. • Digitalizují se technické výkresy, fotografie, rentgenové snímky atd. • Výrazně vyšší přesnost než použití světelného pera, • rovný povrch pracovní plochy.


M. Šnorek

Kategorie • Velkoplošné digitizéry – digitalizace dat z velkých výkresů, – využití grafického zapisovače se zaměněnou kreslicí hlavou. • Stolní digitizéry – tablety – domácí použití, – snímacím čidlem ručně pohybuje operátor. • Specializované digitizéry – 2D s pohyblivým médiem, – 3D užívané na pracovištích CAD/CAM. X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

Složení • Snímací čidlo a tlačítko, kterým operátor určuje okamžik digitalizace. • Pracovní plocha a převod sloužící ke snímání polohy čidla, • řadič a připojovací elektronika, • může být i displej, na němž se zobrazují informace o souřadnicích, • při nespřažené práci digitizéru vnější paměť digitalizovaných dat. X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

Převod polohy na číselný údaj Použití potenciometru - odporový princip. Snímací čidlo je spojeno s běžcem, měřené napětí se převádí AČ převodníky. Nevýhoda: malá rozlišovací schopnost, výhoda: nízké náklady. Pravoúhlý snímací systém nahrazen dvoupákovým mechanismem polárního systému. • Použití kódových kotoučů v provedení pro absolutní nebo přírůstkové snímání. X36PZA - Periferní zařízení M. Šnorek • • • • • •

Převod polohy na číselný údaj


M. Šnorek

Absolutní snímání • V kterémkoliv okamžiku lze zjistit polohu snímače. • Kódové pravítko s binárním kódem. • Nevýhoda: může poskytovat falešné informace. • Kódové pravítko s Grayovým kódem. • Výhoda: mění se vždy jen jeden bit.


M. Šnorek

Přírůstkové snímání • Pravítko nebo kotouč jsou jednodušší, • snímací zařízení si musí pamatovat předchozí polohu. • Dvojice posunutých čidel je kvůli zjištění směru pohybu.


M. Šnorek

Elektromagnetické řešení převodu - s rastrem


M. Šnorek

Elektromagnetické řešení převodu - s meandrem • Umožňuje pouze přírůstkový režim činnosti, • zato jeho konstrukce je jednodušší. • Jakou může dosáhnout rozlišovací schopnost? X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

Elektrostatický digitizér • Využívá se kapacity mezi vodiči rastru a snímacího čidla. • určení polohy čidla podle relativní hodnoty signálu • relativní hodnota signálu -> příspěvky od jednotlivých vodičů rastru. X36PZA - Periferní zařízení

M. Šnorek

Akustický

• Akustický: využívá šíření zvukových vln vzduchem. • Použití pro prostorovou 3D digitalizaci.


M. Šnorek

Surface-Lit AccuTab (GTCO) • Snímací plocha 914 mm x 1219 mm, • rozlišení 0.00025 in [4000 lpi], • interfejs RS-232.


M. Šnorek

LCD tablet Cintiq (Wacom)


M. Šnorek

Tablet PC


M. Šnorek

Tablet PC 2.


M. Šnorek

Vstupní zařízení. Klávesnice, myši, tačpedy a digitizéry. X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek

Recommend Documents