Бесплатная техническая библиотека

Мембранная клавиатура. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиолюбителю-конструктору

 Комментарии к статье

Каждый, кто когда-либо занимался созданием аппаратуры с большим числом коммутационных элементов, знает, насколько она сложна и нетехнологична. Так. на панели современного тюнера-усилителя число переключателей доходит до десятка, а в электронных экзаменаторах, автоматических генераторах сигналов телеграфного кода и пультах персональных ЭВМ оно нередко достигает нескольких десятков и даже сотен. Создание компактной, надежной и простой в изготовлении клавиатуры представляет значительную трудность. Между тем существуют весьма несложные конструкции коммутационных узлов, позволяющие существенно упростить изготовление клавиатуры.

Одной из таких конструкций является так называемая мембранная клавиатура. Она состоит из. трех основных элементов (рис.1): подложки 1, прокладки 2 и металлизированной мембраны 3. Подложка представляет собой печатную плату, на которой сформированы неподвижные контакты. Подвижные контакты образованы металлизацией на мембране 3, изготовленной из тонкой - 0,1...0,2 мм - диэлектрической (например лавсановой) металлизированной пленки. Всю конструкцию фиксирует прижимная рама 4, изготовленная из листового диэлектрика или металла.

Рис.1

На внешнюю сторону мембраны наносят маркировку клавиш или соответствующие пиктографические знаки. Между подложкой и мембраной помешают прокладку с отверстиями под каждой клавишей, позволившими подвижному и неподвижному контактам замкнуться при нажатии на мембрану. Толщину прокладки, определяющей зазор между контактами, обычно выбирают в пределах 0,3...0,8 мм. Прокладку можно изготовить из любого изоляционного листового материала.

Такой клавиатуре характерно усилие замыкания около 0,5...2 Н. контактное сопротивление 0,1 ...50 Ом; она очень хорошо согласуется с электронными узлами управления аппаратурой. Как видно из рисунка, клавиатуру можно сделать очень тонкой (менее 2 мм) и при необходимости наклеить на переднюю панель аппарата. Герметичное исполнение клавиатуры обеспечивает надежность работы контактных групп в различных условиях эксплуатации. Хотя контактура может состоять из независимых контактных пар, в наибольшей мере ее преимущества проявляются при матричной адресации клавиш, когда металлизация на мембране и подложке выполнена в виде полос-линий, общих сразу для нескольких контактов.

Рассмотрим особенности алфавитно-цифровой мембранной клавиатуры, предназначенной для введения стандартного набора символов в генератор телеграфных сигналов или микро-ЭВМ.

Клавиатура имеет 79 пар контактов и совместно с электронным блоком - контроллером клавиатуры - формирует на выходе стандартный семиразрядный двоичный код символов русского и латинского алфавитов, а также коды служебных символов в соответствии с таблицей КОИ-7. Для контроля правильности передачи контроллер формирует один разряд дополнения числа бит до четного.

Чертеж печатной платы-подложки, изготовленной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,5...2 мм, показан на рис. 2, а. Расположение клавиш и расстояния между центрами клавишных площадок в ряду и между рядами лучше всего выбрать близкими к стандартным. Кроме клавишных площадок, на краю платы расположены квадратные площадки, через которые в собранной контактуре выведены линии-проводники мембраны. Мембрана в зоне квадратных площадок плотно прижата к подложке.

Рис.2

Мембрана вырезана из алюминированной лавсановой пленки толщиной 52 мкм. Раствором (10%-ным) едкого натра с помощью кисточки с пленки стравливают лишнюю металлизацию и оставляют только проводники линий (показаны черным на рис.2, б).

Прокладка общей толщиной около 0,2 мм изготовлена из двух слоев плоской фототехнической пленки. В прокладке вырезаны круглые отверстия диаметром около 18 мм. Под удлиненные клавиши ("Пробел" и др.) отверстия в прокладке делают в виде щелей. Ширина прокладки должна быть такой, чтобы она прикрывала только поле клавишных (круглых и прямоугольных) площадок на подложке. Маркировку клавиш можно нанести на внешнюю сторону мембраны, защитив ее дополнительным слоем прозрачной лавсановой пленки. Для этой цели пригодна липкая пленка для оклейки обложек книг.

Детали клавиатуры накладывают одна на другую, выравнивают и сжимают в пакет рамой, под которую прокладывают полосу поролона толщиной 1...2 мм. При этом проводники мембраны соединяются с квадратными площадками подложки. Для соединения клавиатуры с электронным блоком на подложке предусмотрены монтажные площадки с отверстиями. Для уменьшения окисления контактов в процессе эксплуатации собирать клавиатуру желательно в сухом помещении.

Перед сборкой рабочую поверхность подложки следует отполировать абразивной пастой или мелом, тщательно промыть этиловым спиртом или ацетоном, а если есть возможность - нанести покрытие контактных площадок, например, сплавом Вуда. Небольшие неровности мембраны можно исправить, нагрев собранную клавиатуру до 100...150 °С в духовом шкафу. Для герметизации по периметру собранной клавиатуры можно нанести клей "Эластосил" или силиконовую пасту СБ-1.

Коды символов, изображенных на клавишах, формирует контроллер (его схема показана на рис. 3), последовательно опрашивающий все клавиши с частотой около 80 Гц. Для этого в контроллере предусмотрен счетчик DD2, DD3, подсчитывающий импульсы тактового генератора, собранного на триггере Шмитта DD1.1 и работающего на частоте около 20 кГц. Число, записанное в счетчике, определяет адрес клавиши в матрице клавиатуры, т. е. номер горизонтальной (соединенной с одним из входов А-Е мультиплексора DD6) и вертикальной (соединенной с одним из выходов 0-15 дешифратора DD5) линий, на перекрестии которых находится замкнутая пара контактов нажатой клавиши.

Рис.3 (нажмите для увеличения)

Для опроса клавиатуры дешифратор четырех младших разрядов адреса DD5 поочередно устанавливает низкий уровень на одной из линий мембраны клавиатуры, а мультиплексор DD6 в соответствии со значением трех старших разрядов адреса подключает одну из линий подложки к входу S триггера DD4.2. Если пара контактов, адрес которой записан в счетчике, разомкнута, на выходе мультиплексора установится высокий уровень напряжения, следовательно, состояние триггера не изменится. Как только в процессе опроса будет найдена замкнутая пара контактов, на прямом выходе мультиплексора DD6 появится сигнал 0, который установит триггер DD4.2 в единичное состояние. Одновременно в текущем цикле опроса через транзистор VT1 разрядится конденсатор С4, заряженный до напряжения источника питания. В этот же момент буферный регистр DD8 запоминает код, соответствующий нажатой клавише [1].

Для преобразования адреса клавиши в стандартный код применено постоянное запоминающее устройство DD7 с прожигаемыми перемычками [2]. В нем хранится таблица соответствия адреса клавиши, поступающего из счетчика контроллера клавиатуры, коду КОИ-7 и значения разряда контроля четности. Применение ПЗУ для перекодирования позволяет подключать клавиши в матрице произвольно, исходя из удобства монтажа.

Как только триггер DD4.2 будет установлен в состояние 1, низкий уровень напряжения на входе DS0 регистра DD8 разрешит запись в него кода клавиши. После записи кода на выходе INT регистра DD8 появится высокий уровень - сигнал OBF,- сигнализирующий о необходимости передачи кода из контроллера клавиатуры в устройство-приемник информации. В свою очередь, приемник информации считывает по линиям DO-D7 код клавиши и по завершении операции выдает в контроллер импульс "Принято", означающий возможность приема следующего кода.

Такой вид асинхронного обмена информацией называют обменом с квитированием. Для того чтобы запретить изменение кода на выходе контроллера до считывания его приемником, низкий уровень сигнала "Готовность" поступает через диод VD2 на вход инвертора DD1.2 и не позволяет принять следующий код нажатой клавиши до тех пор, пока приемник информации не ответит сигналом STR ("Принято"). Способ борьбы с "дребезгом" контактов в контроллере полностью идентичен описанному в [3].

Как уже упомянуто, таблица кодов клавиш записана в ППЗУ. Для упрощения формирования кодов верхнего и нижнего регистров клавиатуры в запоминающем устройстве есть две области (страницы), выбираемые значением разряда адреса А7, т. е. состоянием триггера DD4.1. На первой из них размещена таблица для символов верхнего, а на второй - нижнего регистра. Переключение триггера происходит после нажатия клавиш HP и ВР соответственно.

В клавиатуре имеются функциональные клавиши 1-16 и клавиши управления курсором, коды которых могут быть назначены при программировании (прожигании) ППЗУ. Для прожигания можно воспользоваться ручным программатором [4], в котором следует удалить конденсатор, шунтирующий выводы питания программируемой микросхемы, а число переключателей, задающих адрес, увеличить до восьми.

Кроме упомянутых, контроллер клавиатуры может формировать специальные управляющие коды в пределах 00H-1FH, при одновременном нажатии клавиши "У" и одной из алфавитных клавиш. При этом таблица кодов для клавиш переключается разрядом А8 ППЗУ.

В заключение следует заметить, что мембранная клавиатура, изготовленная в любительских условиях по описанной технологии, имеет относительно низкую износостойкость из-за крайне тонкого алюминиевого покрытия мембраны, поэтому при интенсивной эксплуатации мембрану приходится периодически заменять.

Литература

1. Березенко А. И., Корягии Л. И., Назарьян А. Р. Микропроцессорные комплекты повышенного быстродействия.- М.: Радио и связь, 1981.
2. Лукьянов Д. А. ПЗУ - универсальный элемент радиоэлектронной аппаратуры.- Микропроцессорные средства и системы. 1986, М 1.
3. А. Кузнецов, Д. Митрий, Б. Печатнов. Клавиатурный интерфейс и тональный генератор ЭМС.-Радио, 1985, 4.
4. А. Пузанов. ПЗУ в спортивной аппаратуре.- Радио. 1982, № 1.

Автор: Д. Лукьянов, г. Москва; Публикация: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Смотрите другие статьи раздела Радиолюбителю-конструктору.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Игровая консоль Anbernic RG Cube 26.05.2024 Компания Anbernic представила свою новейшую разработку - портативную игровую консоль RG Cube, предназначенную для фанатов ретро-игр. Консоль Anbernic RG Cube построена на базе процессора Allwinner H616 с четырьмя ядрами Cortex-A53 и графическим ускорителем Mali-G31 MP2. Устройство оснащено 2 ГБ оперативной памяти и 32 ГБ встроенной памяти, которую можно расширить с помощью карты microSD. 3,5-дюймовый IPS-дисплей с разрешением 640x480 пикселей и яркостью 300 нит обеспечивает четкое и яркое изображение. Дисплей поддерживает сенсорное управление, что добавляет удобства в использовании. Для управления играми консоль имеет два аналоговых стика, крестовину, четыре кнопки действия и четыре плечевые кнопки. Эти элементы управления обеспечивают точное и комфортное управление в играх. Также на устройстве есть встроенный динамик, разъем для наушников и порт USB-C для зарядки и передачи данных. Anbernic RG Cube работает на операционной системе Android 11 и поставляется с предустановленными эмуляторами для различных классических игровых консолей, таких как NES, SNES, Game Boy и PlayStation 1. Это позволяет пользователям наслаждаться любимыми ретро-играми. Кроме того, консоль поддерживает игры для Android и потоковые сервисы, что делает ее универсальным устройством для гейминга. Консоль RG Cube предлагает отличный баланс между производительностью и доступностью. Цена устройства составляет 129 долларов, что делает его привлекательным выбором для тех, кто хочет окунуться в мир классических игр без значительных затрат. Этот новый продукт от Anbernic открывает перед пользователями множество возможностей для игры. Сочетание мощного оборудования и предустановленных эмуляторов позволяет наслаждаться богатой коллекцией классических игр. Устройство также поддерживает современные игры и сервисы, что расширяет его функциональность. Anbernic RG Cube - это отличное решение для любителей ретро-игр и тех, кто ищет портативное устройство для разнообразного гейминга. Благодаря высококачественному дисплею, удобным элементам управления и поддержке множества игровых платформ, эта консоль способна удовлетворить самые разные потребности игроков.

Другие интересные новости:

▪ Оптимальные условия для максимально эффективной работы лазерных плазменных ускорителей

▪ Микрочастицы в составе аэрозолей усиливают дождь и ветер

▪ IPS-мониторы LG 27GL850 с временем отклика в 1 мс

▪ Свет из асфальта

▪ Прозрачный адаптер для фотокамер

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Справочник электрика. Подборка статей

▪ статья О. Генри. Знаменитые афоризмы

▪ статья Как оценивалась юридически кража электроэнергии 100 лет назад? Подробный ответ

▪ статья Работа в колодцах, коллекторах, венткамерах. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Электронный термометр на микросхеме DS18B20. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Вечный барометр. Химический опыт

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026