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

Transkript

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

2 Obsah přednášky Klávesnice, PC klávesnice. Myš. Track Point. Touch Pad. Pen Computing hardware. Technologie dotykových obrazovek. Digitizéry a tablety.

3 Doporučuji přečíst

4 Standardní PC klávesnice 1 Alfanumerická část (s klávesami Shift, Ctrl, Alt a Caps Lock), 2 funkční klávesy (Esc a F1 F12), 3 řídicí klávesy (pohyb kursoru, Home, End, PgUp, PgDn, Ins, Del, PrtSc, Pause a Scroll Lock), 4 numerická část (Num Lock).

5 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).

6 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.

7 Bezkontaktní spínače Kapacitní, spolehlivý, vydrží 10 sepnutí, s Hallovým prvkem, podobně, ale stále odebírá značný proud, 8 s transformátorovou vazbou, vhodný do průmyslových aplikací.

8 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.

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

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

11 PC klávesnice Hledali jsme odpověď na otázku: Pracuje běžná PC klávesnice na kapacitním či odporovém principu? X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek

12 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.

13 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.

14 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.

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

16 PC Keyboard konektor Computer Signals DI N41524, Femaleat Computer, 5-pin DI N pin Mini DI N PS2 Style Femaleat Computer Clock 1 5 Data 2 1 NC 3 2,6 GND V 5 4 Shield Shell Shell

17 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.

18 Myš je také vstupním zařízením! X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek

19 Historie, vývoj Princip funkce Vylepšení, nové technologie Budoucnost

20 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.

21 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. válečky kódové kotouče

22 infračervenéled infračervenésenzory

23 Jak se určuje směr a rychlost pohybu? smr ě ~ při přechodu LED 2 otestovat LED 1 rychlost/vzdálenost ~ počet přechodů

24 Vylepšení, nové myší technologie Optická myš, bezdrátová myš, bezdrátová optická myš, TrackPoint Mouse, TrackBall (obsoletní technologie), a další.

25 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.

26 Optická myš 1999, uvedena optická myš nové generace. Senzory zachycují 1500 snímků/sec. Hlavní součásti: červená LED, CMOS senzor, procesor digitálních signálů.

27 Princip snímání obrazu a senzorový čip (18x18)

28 Princip detekce pohybu

29 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.

30 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).

31 Prstová vstupní zařízení Track Points a Touch Pads X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek

32 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

33 Typické umístění Track point sensor Mouse buttons

34 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

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

36 Pen Computing Zajímavá a dnes oblíbená aplikace X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek

37 Počátky Pen Computingu 1975

38 Pen Input Hardware Užívá některou z těchto technologií snímání: elektromagnetické (magnetické), elektrické, ultrasonické, optické (čárové kódy). PEN I NK PAPER PAD

39 Komerční Pen Systems Virtual I nk smimio(ultrasonic) Wacom spl500 (magnetic) Cross CrossPad (magnetic) Anoto spen (optical bar code)

40 Nastupující PC

41 Elektromagnetické (magnetické) snímání Magnetic Field LCTank in Pen Array of Magnetic Coils in Pad 2000 dpi relative 100 dpi absolute 200 Hz rate

42 Ultrasonické snímání 250 dpi relative 50 dpi absolute 300 Hz rate Ultrasonic Microphone Ultrasonic Speaker (40 khz) Measure timeof arrival and triangulate

43 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 Oscillator

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

45 Technologie dotykových obrazovek X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek

46 Historie Objevitel senzoru "Elograph je Dr. Sam Hurst, University of Kentucky, v roce I první dotykovou obrazovku zkonstruoval v roce 1974 Dr.Hurst.

47 Odporová dotyková obrazovka

48 SAW - s povrchovou vlnou SAW - Surface acoustic wave.

49 Optická dotyková obrazovka 1. Obvykle infračervená

50 Kapacitní

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

52 Digitizéry a tablety X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek

53 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.

54 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.

55 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.

56 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.

57 Převod polohy na číselný údaj

58 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.

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

60 Elektromagnetické řešení převodu - s rastrem

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

62 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.

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

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

65 LCD tablet Cintiq (Wacom)

66 Tablet PC

67 Tablet PC 2.