Устройство для ввода информации Советский патент 1986 года по МПК G06F3/02 

1

12051

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах для ввода информации и различных пультах с клавиатурой, содержащей матрицу бесконтактных датчиков на реактивных элементах для ввода информации оператором.

Известно устройство ввода информации, содержащее клавиатуру с матрицей бесконтактных датчиков на реак- тивных элементах, связанную через дешифратор со счетчиком, генератор тактовых импульсов и блок сравнения . ,

Недостатком данного устройства является низкая надежность из-за использования сложных, не технологичных в изготовлении датчиков и наличия специальных технических средств для исключения влияния шумового сигнала датчиков.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство ввода информации, содержащее клавиатуру с матрицей бесконтактных датчиков на реактивных элементах, дешифратор, счетчик, генератор тактовых импульсов и блок сравнения, выход которого является стробирующим выходом устройства, причем выходы счетчика соединены с информационными входами дешифратора, выходной регистр и блок анализа, дешифратор подключен через инверторы к шинам матрицы клавиатуры чере ряд полевых транзисторов, образующих аналоговый коммутатор, выбирающий датчики (емкостно-сенсорные) клавиатуры, и через дополнительные транзисторы, осуществляющие заряд и разряд выбранного датчика матрицы, подключен к шинам матрицы клавиатуры, дополнительные транзисторы совместно с емкостными датчиками образуют матрицу интегрирующих цепей, выходы матрицы интегрирующих цепей Подключены, через аналоговый коммутатор на полевых транзисторах к блоку сравнения сигнала датчика с эталонной величиной 2 .

Однако в известном устройстве при использовании в клавиатуре емкосных, емкостно-сенсорных и других датчиков, простых по технологии изготовления , но имеющих малые величины выходных сигналов и обладающих большими внутренними сопротивлениями т.е. датчиков, работающих на высо

5

0

5

0

5

0

5

0

5

362

коомные входы coглacyюш x устройств/;, величина сигнала датчика становится сравнимой с величиной сигнала помехи, например помехи по целям источника питания, собственных помех (так называемых шумов)клавиатуры и других.

При этом выходной кодовый сигнал о срабатывании датчика может быть не сформирован как за счет единичного пропадания сигнала датчика (из-за сигнала помехи во время опроса этого датчика , так и за счет сигнала помехи в любое другое время, вызывающего ложный сигнал о срабатывании какого-либо датчика, так как в обоих случаях во время опроса датчиков и во время формирования выходного кодового сигнала происходит изменение кодового сигнала, записанного в регистр. Это приводит к снижению надежности устройства. Крюме того, невозможно формирование выходного сигнала о срабатывании следующего датчика клавиатуры при наличии сигналов предыдущего датчика, так при этом код, записанный в выходной регистр, изменяете, что рассматривается как ложное срабатывание датчиков и не дает возможности оператору нажимать следующую клавишу, не отпустив предварительно , нажатую ранее. При этом снижается быстродействие устройства.

Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия устройства.

Указанная цель достигается.тем, что в устройство для ввода информации, содержащее клавиатуру, первый дешифратор, счетчик, генератор тактовых импульсов и блок сравнения, выход которого является стробирующим выходом устройства, выходы первой группы счетчика соединены с информационными входами первого дешиф-. ратора, выходы счетчика являются информационными выходами устройства, введены второй дешифратор, делитель частоты, элемент- РШИ и интегратор, при этом выход генератора тактовых импульсов соединен с входом делителя частоты и с первым входом элемента ИЛИ, вьгход .делителя частоты соединен с вторым входом элемента ИЛИ, с входом счетчика и с установочным входом интегратора, выходы второй группы счетчика соединены с информационными входами второго дешифратоpa, стробирующий вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, информационные входы клавиатуры подключены к выходам второго дешифратора управляющие входы клавиатуры подключены к входам первого дешифратора, а выходы клавиатуры подключены к информационным входам интегратора, выход которого соединен с входом блока сравнения.

Кроме того, интегратор содержит диод, многоэмиттерный транзистор и конденсатор, база многоэмиттерно- го транзистора соединена с первым выходом конденсатора и общей шиной коллектор многоэмиттерного транзистора соединен с катодом диода, вторым вьшодом конденсатора и является выходом интегратора, анод диода является установочным входом интегратора, а эмиттеры многоэмиттерного транзистора являются информационны- NiH входами интегратора.

На фиг. 1 изображено устройство с матрицей дифференцирующих цепей, где в качестве реактивных элементов использованы емкостные элементы; на фиг. 2 - то же, где в качестве реактивных элементов использованы индуктивные элементы.

Устройство содержит генератор 1 1тактовых импульсов, делитель 2 час- тоты, счетчик 3, элемент ИЛИ 4, второй дешифратор 5, первый дешифратор 6, блок 7 сравнения, клавиатуру 8, интегратор 9, диод 10, многоэмиттерный транзистор 11, конденсатор 12, стробирующий выход 13, информационные выходы 14.

В устройстве (фиг. l) клавиатура 8 содержит в матрице дифференцирующих цепей две группы шин (вертикальную и горизонтальную), соединенных друг с другом емкостными элементами С1-С64, а резисторы R 1-R подключены первыми вьтодами к вертикальным шинам матрицы.

V

В устройстве (фиг. 2 клавиатура 8, содержит в матрице дифференцирующих цепей две группы шин (верI тикальную и горизонтальную), соединенных друг с другом индуктивными элементами через развязывающие диоды Д1-Д64, а резисторы R1 -R

I подключены первыми выводами к горнi зонтальным шинам матрицы.

Устройство работает следующим образом.

2051364

Сигнал с частотой i, генератора 1 тактовых импульсов через делитель 2 частоты (поделенный в п раз) поступает на вход счетчика 3, выходы кото- 5 рого соединены с информационными входами второго 5 и первого 6 дешифраторов. Счетчик 3 совместно с вторым 5 и первым 6 дешифраторами представляет собой распределитель,

10 опрашивающий матрицу клавиатуры 8 по двум координатам. При этом выходные опрашивающие сигналы нулевого уровня, которые появляются последовательно во времени на каждом вы15 ходе первого дешифратора 6, поступают на управляющие входы клавиатуры 8 и выбирают последовательно вертикальные группы дифференциальных цепей с об щим управляющим входом,

20 ( например , дифференцируюшле цепи, образованные резистором R1 и емкостными элементами С1- С8 на фиг. 1 или резисторами и индуктивными элементами R1 L 1 - R8 18на фиг. 2) .

25 Выходы второго дешифратора 5 сое- . динены с информационными входами клавиатуры 8,, и аналогично работе дешифратора 6 выходные опрашивающие сигналы дешифратора 5 выбирают для

3Q опроса последовательно во времени каждую дифференцирующую цепь из выбранной вертикальной группы дифференцирующих цепей (например, дифференцирующую цепь CIRT на фиг.-1 или R 1 L. 1 на фиг.2). Таким образом, последовательно во времени выбирается и опрашивается каждая дифференцирующая цепь клавиатуры 8.

Так как выходные сигналы второго дешифратора 5 через элемент ИЛИ 4

стробированы частотой генератора 1 тактовых импульсов,-а переключение выходов второго дешифратора 5 осуществляется за время, равное h тактам генератора 1 тактовых импульсов

5 за счет того, что вход счетчика 3 подключен к генератору 1 тактовых импульсов через делитель 2 частоты, то на информационный вход каждой выбранной дифференцирующей цепи

50 клавиатуры 8 поступает п импульсов высокого и низкого уровней, и h сигналов с выхода выбранной дифференцирующей цепи поступают на один из информационных входов интегратора 9

55 (один из эмиттеров многоэмиттерного транзистора П)

Таким образом, каждый бесконтактный датчик клавиатуры опрашивается

35

S12051

ногократно ( раз) в отведенный ему ромежуток-времени и соответственно олучает последовательность ц выходых сигналов от каждого выбранного бесконтактного датчика дифференцирую- 5 ей цепи 5 причем кратность задается елителем 2 частоты,

Так как многоэмиттерный транзистор 1 в интеграторе 9 включен по схеме с общей базой .и, следователь- Ю о, коэффициент усиления схемы по - току с достаточной точностью ) равен динице, каждый выходной сигнал отрицательной полярности с выбранной дифференцирующей цепи, поступающий 5 на один из информационных выходов интегратора 9, вызьшает разряд накапливающего конденсатора 12 интегратора 9 на величину заряда, протекащего через один из переходов змит- 2- тер - база многоэмиттерного транзистора 11 под воздействием этого выходного сигнала отрицательной полярности с выбранной дифференцирующей цепи. При использовании в клавиа- - туре 8 емкостных элементов (фиг. 1) выходной сигнал отрицательной полярности возникает при разряде конденсатора выбранной дифференцирующей цепи, напримет С1, и каждый разряд 30 конденсатора С1 через переход змит- тер - база многоэмиттерного транзистора 11 вызывает разряд накапливающего конденсатора 12 на величину заряда конденсатора С1 . 35

При использовании в клавиатуре 8 индуктивных элементов (фиг.2) накапливающий конденсатор 12 разряжается на величину заряда, протекающего под воздействием ЭДС самоиндук- 40 ции индуктивности выбранного датчика, например ,1, через переход эмиттер - база многоэмиттерного транзистора 11.

За у циклов опроса датчика клавиа-|(5 туры 8 накапливающий конденсатор 12 интегратора 9 разряжается на ве,пичн- ну в п раз большую, т.е. происходит суммирование и сигналов датчика на накопительном конденсаторе 12-. 50

При использовании микросхем серии К 155 в устройстве (фиг.1) с клавиатурой 8 на емкостных элементах резисторы RI -R6 могут быть исключены, если величины емкостей датчи- gj ков не превышают 1000 пФ. При зтом ток заряда емкостей ограничивается за счет резисторов, имеющихся

36,6

внутри микросхем, а при разряде ограничивается входньм сопротивлением многоэмиттерного транзистора 11 . При необходимости для исключения попадания обратного напряжения при разряде емкостных элементов С1 -С 64 клавиатуры 8 на выходы первого де- 1гтфратора 6 эти выходы следует подключать через диоды.

В устройстве,изображенном на фиг. 2, с матрицей 8 на индуктивных элементах LI-L64 часть тока, вызываемого ЭДС самоиндукции индуктивности, протекает через резисто- рыЯ1 - R В, так как они оказываются включенными параллельно переходам эмиттер - база многоэмиттерного транзистора 11. Для исключения шунтирующего влияния резисторов R1 -R8 и, следовательно, увеличения величины заряда, протекающего через переход эмиттер - база многоэмиттерного транзистора 11, на информационные входы дифференцируюш 1х цепей следует подавать уровни логической единицы и не подавать уровней логического нуля.

При срабатывании датчика матрицы В изменяются параметры датчика (например, увеличивается величина емкости С1 - С64 на фиг. 1 или, например, уменьшается величина индуктивности L1 - L64 на фиг. 2) , и, следовательно, изменяется величина выходного сигнала датчика. Соответственно накапливающий конденсатор 12 разряжается во столько раз быстрее (или медленнее), во сколько раз увеличивается (или уменьшается величина выходного сигнала датчика.

Так как цикл опроса датчика осуществляется h - кратно, то величину емкости накапливающего конденсатора 12 (величину заряда на нем) можно выбирать в.п раз большей, чем величина выходного сигнала датчика, т.е. заряда, протекающего через переход эмиттер - база многоэмиттерного транзистора 11 . Таким образом, параметры датчика: емкость в устройстве (фиг.П или индуктивность в устройстве (фиг.2) , оказываются как бы увеличенными в п раз, причем выбором величины п можно выбирать любое увеличение, т.е. поднимать, помехозащищенность каждого датчика до необходимой величины для исключения влияния помех. Кроме того, снятие выходных сигналов датчиков в режиме короткого замыкания, так как выходные сигналы датчика замыкаются че рез перходы эмиттер - база многоэмиттерного транзистора 11, включенного по схеме с общей базой, также повьшает на- . дежность снятия выходных сигналов датчиков , за счет низкоомных информационных входов интегратора 9 и, следовательно, исключения влияния помех, что в совокупности дает возможность использования простых и высокотехнологичных емкостных, индуктивных и других аналогичных бесконтактных датчиков с малыми уровнями выходных сигналов. Преимуществом данной схемы, кроме надежности, является простота, так как накапливающий конденсатЬр 12 используется один для всего устройства. Кроме того, построение устройства с опросом, только одного датчика в отведеннь к для него промежутках времени позво ляет повысить быстродействие ввода информации оператором за счет возможности нажатия следующей клавиши без отпускания предыдущей и определяет экономичность всего устройства по потребляемой мощности.

Выходной сигнал с накапливающего конденсатора 2 поступает на блок сравнения, который может представлят собой, например, триггер Шмидта или компаратор с эталонньи сигналом на втором входе, с которым сравнивается выходной сигнал с накапливаю-, щего конденсатора 12.

Оператор, воздействуя на датчики клавиатуры 8, изменяет параметры датчиков. В устройствеСфиг. 1)при малой величине емкости датчика накопительный конденсатор 12 не успевает разделиться ниже величины эта- локного сигнала за время опроса датчика, и на выходе блока 7 сравнения стробирующий сигнал 13, указывающий на срабатывание датчика, не вырабатьшается. При большой величине емкости датчика накопительный конденсатор 12 разряжается ниже величины эталонного сигнала блока 7 сравнения, при этом на его выходе вырабатывается стробирующий сигнал 13 указьгоаюший на срабатьшание датчика клавиатуры.

Аналогично в устройстве (фиг. 2) при большой величине индуктивности датчика накопительный конденсатор 12 разряжается ниже величины эталонно0

5

0

го сигнала, и на выходе блока 7 сравнения стробирующий сигнал 13, указывающий .на срабатывание датчика, не вырабатывается. При малой величине индуктивности датчика накопительный конденсатор 12 разряжается ниже величины эталонного сигнала блока 7 сравнения, при этом на его выходе вырабатывается стробирующий сигнал 13, указывающий на срабатывание датчика клавиатуры.

В начале опроса каждого датчика клавиатуры 8 выходным импульсом с делителя 2 частоты накопительный конденсатор 12 подготавливается и заряжается до напряжения источника питания через развязывающий диод 10. Для того, чтобы не было опроса датчиков во время процесса заряда накапливающего конденсатора 12 (подготовки интегратора 9 до начал опроса каждого датчика), второй вход элемента ИЛИ А, через 5 который подключен генератор 1 тактовых импульсов к стробирующему входу второго дешифратора 5, подключен к выходу делителя 2 частоты. При этом опрос каждого датчика осуществляется за ( п- гп) тактов, где fn - длительность выходного сигнала делителя 2 частоты в тактах, и суммарный сигнал для каждог о датчика равен сумме(п-т величин сигналов этого же датчика. Это справед- ливо для обоих вариантов устройства. При этом желательно использовать делитель частоты с длительностью выходного сигнала, равной или приближающейся к длительности входного сигнала. ,

Вместо развязывающего диода 10 может использоваться любой усилительный элемент, обеспечивающий заряд накопительного конденсатора 12 до напряжения источника питания выходным импульсом делителя 2 частоты, поступающим на вход усилительного элемента. Причем при отсутствии выходного импульса делителя 2 частоты выход усилителя от накопительного конденсатора 12 должен отключаться для исключения возможности разряда конденсатора I2 через этот усилительный элемент, например, ключе- 5 вой транзисторный усилитель без резистора в выходной цепи, причем для указанной на схеме полярности напряжения питания транзистор должен

0

0

5

0

9

быть р-И-р-тнпа и эмиттер подключается к полюсу источника питания.

Таким образом, изобретение обеспечивает повышение надежности устройства для ввода информации за счет устранения сигналов помех и применения технологичных и просты а следовательноJ надежных, емкостных, индуктивных и других аналогичных, датчиков путем многократного опроса и скорости ввода информации

05136 О

за счет возмож ости оператора нажи- .ать следующую клаяянгу, не отпустив предварительно нажс-тые ранее, так как опрос каждого датчика происхо- г, дит в отведенный только для него промежуток времени, следонатель- по, формирование выходного кодового сигнала о срабатывании отдельного . датчика не мешает формированию выход- iO ных кодовых сигналов о срабатывании других датчиков.

1 едактор Е,Копча

Составитель В.Верховский Техред О.Ващишина

Заказ 8536/51

Тираж 709Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 11.3035, Москва, Ж-35, наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г, Ужгород, уп,Проектная,4

Корректор Й.Муска