1 URZĄDZENIA PERYFERYJNE SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCHMarek Niedostatkiewicz Katedra Metrologii i Systemów Elektronicznych ETI PG 2003/2005
2 URZĄDZENIA PERYFERYJNE SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH3. Urządzenia wejściowe Marek Niedostatkiewicz Katedra Metrologii i Systemów Elektronicznych ETI PG 2003/2005
3 Urządzenia interfejsu uzytkownikaKlawiatury i przyciski Urządzenia wskazujące mysz pulpity i ekrany dotykowe pióro świetlne drążek sterowy (joystick)
4 Urządzenia interfejsu uzytkownikaKlawiatura: najważniejszy element większości systemów komputerowych zbudowana (PC) z klawiszy, matrycy i mikrokontrolera sterującego alternatywne koncepcje klawiatur: np. klawiatura analogowa problem wandaloodporności klawiatur narażonych na uszkodzenia
5 Urządzenia interfejsu uzytkownikaKlawiatura: QWERTY - skąd pochodzi taki układ klawiszy (Christopher Shole)? klawiatury Dvoraka przyciski - dotyczą nie liter a funkcji (ang. keys vs buttons) istnieją przyciski z mikrowyświetlaczami problem wandaloodporności klawiatur narażonych na uszkodzenia
6 Urządzenia interfejsu uzytkownikaBudowa klawiatury: klawiatury stykowe kontraktonowe zbliżenie magnesu powoduje przełączenie kontraktonu membranowe nadrukowane na folii przewodzącej, po naciśnięciu zwierają styki (niewielki skok, lecz możliwość hermetyzacji) przełącznikowe klasyczne przełaczniki mechaniczne Klawiatury stykowe wymagają układów lub procedur likwidacji drgań zestyków w momencie załączania
7 Urządzenia interfejsu uzytkownikaBudowa klawiatury: klawiatury stykowe (przełączniki z gumy przewodzącej)
8 Urządzenia interfejsu uzytkownikaBudowa klawiatury: klawiatura foliowa
9 Urządzenia interfejsu uzytkownikaBudowa klawiatury: klawiatura bezstykowe
10
11 Urządzenia interfejsu uzytkownikaBudowa klawiatury: klawiatury bezstykowe pojemnościowe zmiana pojemności obwodu przez zbliżenie lub wsunięcie metalizowanej warstwy między okładki kondensatora dotykowe (pojemność lub rezystancja) optoelektroniczne magnetyczne / hallotronowe wykrywają zbliżenie magnesu do detektora pola magnetycznego Klawiatury bezstykowe nie wymagają likwidacji drgań
12 Urządzenia interfejsu uzytkownikaprzykład: klawiatura PC układ cyklicznego adresowania sprawdza punkty matrycy ok razy na sekundę po wykryciu zmiany stanu dekodowany jest punkt na podstawie informacji generowane są 7-bitowe tzw. scan-codes. 8 bit rozróżnia naciśnięcie od zwolnienia klawisza (make code / break code, wielobajtowe) odczytanie klawisza, ustalenie i odczyt z ROM kodu znaku, zapisanie danych w buforze klawiatury i wysłanie do komputera PC
13 Urządzenia interfejsu uzytkownikaprzykład: klawiatura PC XT - łącze jednokierunkowe, AT łącze dwukierunkowe, typu OC half-duplex, polaryzowane do +5V w XT obsługa przez układ 8255 i przerwanie INT0 w AT obsługa przez kontroler 8741 / 8742 / 8041 i przerwanie INT0
14 Urządzenia interfejsu uzytkownikaprzykład: klawiatura PC w przypadku łącza dwukierunkowego można: programować parametry autopowtarzania (opóźnienie początkowe i częstość powtarzania), inicjalizować klawiaturę i przeprowadzić testy, sterować diodami świecącymi sygnalizującymi stany klawiszy, blokować i odblokowywać klawiaturę
15 Urządzenia interfejsu uzytkownikaprzykład: klawiatura PC w klawiaturach montowane są często dodatkowe urządzenia (czytniki kart, touchpady itp.) stosuje się symulatory klawiatur w celu oszukania BIOS lub układy udające klawiaturę
16 Urządzenia interfejsu uzytkownikaprzykład: klawiatura PC łącze klawiatury PC Lp DIN PS/2 (mini-DIN) 1 zegar dane 2 dane nie używany 3 zerowanie masa 4 masa +5V 5 +5V zegar 6 nie używany nie używany Klawiaturę można za pomocą 3 linii połączyć z dowolnym mikrokontrolerem.
17 Urządzenia interfejsu uzytkownikaPOKRĘTŁA: potencjometry ograniczony kąt obrotu, nie ma możliwości “przekręcania” enkodery przyrostowe (generator HP33120A) bezwzględne (np. nastawnik konfiguracji)
18 Urządzenia interfejsu uzytkownikaURZĄDZENIA WSKAZUJĄCE: zwracają dwie wartości, zwykle współrzędne ekranowe Dzielą się na dwie kategorie: względne poprzednie przesunięcia mają wpływ na odczytane współrzędne nie mają ograniczonego zakresu ruchu bezwzględne mniej dokładne przy tych samych rozmiarach przekładają 1:1 obszar na współrzędne ekranowe szybsze
19 Urządzenia interfejsu uzytkownikaMYSZ: urządzenie przetwarzające ruch własny oraz stany 2/3/4 przycisków i ew. pokręteł na sygnały cyfrowe przekazywane do komputera Opracowana w laboratorium Xerox Corporation. Autorem koncepcji był Engelbart ze Stanford Research Institute, ok
20 Urządzenia interfejsu uzytkownikaMYSZ: Projekt Engelbarta
21 Urządzenia interfejsu użytkownikaMYSZ: Projekt z 1980r.
22 Urządzenia interfejsu uzytkownikaTaksonomia myszy : ) w/g sposobu wykrywania ruchu mechaniczno - optyczne optyczne w/g sposobu przekazywania informacji do komputera przewodowe (RS232 i PS/2) bezprzewodowe - podczerwień bezprzewodowe - radiowe w/g protokołu sterowania myszą Logitech / PS/2 (IBM) / Microsoft / Mouse System
23 Urządzenia interfejsu uzytkownikaZasada działania myszy optyczno-mechanicznej kula o średnicy 20mm pokryta warswą gumy
24 Urządzenia interfejsu uzytkownikaZasada działania myszy optyczno-mechanicznej dwa prostopadłe do siebie wałki przekazujące
25 Urządzenia interfejsu uzytkownikaZasada działania myszy optyczno-mechanicznej optyczne enkodery przyrostowe zbudowane z tarczek ze szczelinami lub sekcjami ciemnymi i jasnymi oraz podwójnych fotokomórek szczelinowych.
26 Urządzenia interfejsu uzytkownikaZasada działania myszy optyczno-mechanicznej pary fotokomórek są tak umieszczone, że gdy jedna para jest na granicy sektorów, to druga jest, w zależności od kierunku obrotu na środku pola jasnego lub ciemnego
27 Urządzenia interfejsu uzytkownikaZasada działania myszy optyczno-mechanicznej
28 Urządzenia wejściowe Zasada działania myszy optyczno-mechanicznej
29 Urządzenia interfejsu uzytkownikaZasada działania myszy optyczno-mechanicznej rozdzielczość mechaniczna CPI (counts per inch) programowo zmieniana rozdzielczość przez sterownik linia TxD tylko do zasilania RTS i DTR zasilają mysz, DTR wykonuje Reset transmisja simplex, 1200bps, 8N1
30 Urządzenia interfejsu uzytkownikaProtokół myszy Microsoft 1st byte 2nd byte 3rd byte ================ =============== ================ - 1 ? ? Y Y X X - 0 X X X X X X - 0 Y Y Y Y Y Y | | \ / \ / \ / \ / | | | | | | | | | \----\ | | | | \ | | \ | | | / \ / \ / \ / \ | | ================ ================= | | Left Btn --/ | ================ ================= Right Btn ---/ X increment Y increment
31 Urządzenia interfejsu uzytkownika6 pinowe złącze myszy PS2 1 DATA 2 No connection 3 GND 4 +5V 5 CLK 6 No connection
32 Urządzenia interfejsu uzytkownikaZasada działania myszy optycznej wyposażona w jedną lub więcej par LED-fotoelement, typu refleksyjnego
33 Urządzenia interfejsu uzytkownikaZasada działania myszy optycznej dawniej wymagano dedykowanej podkładki pod mysz na podkładce umieszczony jest wzór pasków, powodujący generowanie innej sekwencji bitów dla każdego kierunku ruchu. współcześnie: kombinacja LED+CCD+DSP radzi sobie na każdym podłożu nie posiada części ruchomych
34 Urządzenia interfejsu uzytkownikamanipulator kulowy (track-ball): działa na zasadzie myszy mechaniczno-optycznej kula ma dużo większą średnicę i jest zamontowana na wierzchniej części urządzenia
35 Urządzenia interfejsu uzytkownikaPULPITY I EKRANY DOTYKOWE:
36 Urządzenia interfejsu uzytkownikaPULPITY I EKRANY DOTYKOWE:
37 Urządzenia interfejsu uzytkownikaPULPITY I EKRANY DOTYKOWE: zbudowane z płaskiej powierzchni (pole operacyjne) oraz systemu rozpoznawania położenia wskaźnika wskaźnikiem może być specjalny rysik lub palec użytkownika Urządzenie może mieć postać niezależnego pulpitu lub przezroczystego ekranu wbudowanego w osłonę monitora Touchpad / touchscreen
38 Urządzenia interfejsu uzytkownikaTaksonomia pulpitów dotykowych w/g metody wyznaczania położenia metoda rezystancyjna metoda pojemnośiowa metoda elektromagnetyczna metoda wiązek fal dźwiękowych metoda promieni podczerwonych w/g zabudowy samodzielne pulpity dotykowe ekrany dotykowe na wyswietlaczach i monitorach
39 Urządzenia interfejsu uzytkownikazasada działania pulpitów dotykowych metoda rezystancyjna dwie warstwy nie stykających się ze sobą powierzchni, oddzielone separatorami. sztywna umieszczona w głębi struktury elastyczna umieszczona na powierzchni naciśnięcie na zewnętrzną powierzchnię powoduje jej odkształcenie i zwarcie Indium tin oxide.
40 Urządzenia interfejsu uzytkownikazasada działania pulpitów dotykowych metoda rezystancyjna Stosowana w ekranach dotykowych Występuje w wersjach 4/8 i 5/6/7 przewodowej Zalety: Wysoka rozdzielczość Możliwość stosowania piór Światło, woda, brud i kurz nie wpływają na pracę Wady Przejrzystość 75 % Ostre obiekty mogą uszkodzić pulpit Wymaga nacisku
41 Urządzenia interfejsu uzytkownikazasada działania pulpitów dotykowych metoda rezystancyjna – 4 przewodowa 1024 x 1024 punkty rozdzielczości trwałość naciśnięć Rysunki – EloTouchsystems / Electronic Design
42 Urządzenia interfejsu uzytkownikazasada działania pulpitów dotykowych metoda rezystancyjna – 8 przewodowa Rysunki –Electronic Design
43 Urządzenia interfejsu uzytkownikazasada działania pulpitów dotykowych metoda rezystancyjna – 8 przewodowa Rysunki –Electronic Design
44 Urządzenia interfejsu uzytkownikazasada działania pulpitów dotykowych metoda rezystancyjna – 5 przewodowa 4096 x 4096 punkty rozdzielczości trwałość naciśnięć Dolna warstwa rezystywna (pomiar w obu osiach) Górna warstwa wyłącznie przewodząca
45 Urządzenia interfejsu uzytkownikazasada działania pulpitów dotykowych metoda pojemnościowa Zalety: Światło, woda, brud i kurz nie wpływają na pracę Przejrzystość 90 % dotknięć Wady Wymagane dotknięcie materiałem przewodzącym Nie można obsługiwać w rękawicach
46 Urządzenia interfejsu uzytkownikazasada działania pulpitów dotykowych metoda pojemnościowa Napięcie jest dostarczane w 4 narożnikach pulpitu w strukturze pulpitu umieszczono przewodzące paski Dotknięcie powoduje odpływ ładunku Proporcja prądu 4 elektrod umożliwia ustalenie punktu
47 Urządzenia interfejsu uzytkownikazasada działania pulpitów dotykowych metoda elektromagn. - NFI siatka przewodów ukryta pod powierzchnią pulpitu Wykrywanie zbliżenia palca lub wskaźnika do panelu poprzez analizę pola elektrostatycznego Działa przez zabrudzenia, w rękawicach itp.. Możliwość realizacji wandaloodpornych i odpornych na czynniki zewnętrzne.
48 Urządzenia interfejsu uzytkownikazasada działania pulpitów dotykowych metoda wiązek fal dźwiękowych w rogach panelu umieszczone są generatory i odbiorniki fal dźwiękowych Powierzchniowe wiązki fal dźwiękowych wysyłane są wzdłuż brzegów, które odbijają wiązki w kierunku odbiorników zakłócenie przebiegu pola przez przyłożenie wskaźnika powoduje wykrycie jego położenia Do naciśnięć, wysoka przezierność (90%)
49 Urządzenia interfejsu uzytkownikazasada działania pulpitów dotykowych metoda wiązek podczerwieni w ramie umieszczone są nadajniki i odbiorniki podczerwieni przecięcie wiązek promieni podczerwonych lokalizuje punkt przyłożenia wskaźnika nie można wykrywać siły nacisku stosunkowo prosta, historyczna konstrukcja Możliwość hermetyzacji panelu
50 Urządzenia interfejsu uzytkownikaMANIPULATOR DRĄŻKOWY
51 Urządzenia interfejsu uzytkownikaMANIPULATOR DRĄŻKOWY manipulator zamocowany w nieruchomej podstawie, przemieszczany w dwóch kierunkach, zawierający jeden lub więcej dodatkowych przycisków podział manipulatorów na cyfrowe i analogowe cyfrowe wykrywają dwustanowo położenie w osiach analogowe posiadają enkodery (potencjometry) wykrywające stopień wychylenia w osiach wykorzystywane w grach, wózkach inwalidzkich, maszynach, odrzutowcach z systemem Fly-By-Wire
52 Urządzenia interfejsu uzytkownikaMANIPULATOR DRĄŻKOWY
53 Urządzenia interfejsu uzytkownikaMANIPULATOR DRĄŻKOWY
54 Urządzenia interfejsu uzytkownikaMANIPULATOR DRĄŻKOWY
55 Urządzenia interfejsu uzytkownikaMANIPULATOR DRĄŻKOWY Schemat joysticka cyfrowego
56 Urządzenia interfejsu uzytkownikaMANIPULATOR DRĄŻKOWY Schemat joysticka analogowego
57 Urządzenia interfejsu uzytkownikaMANIPULATOR DRĄŻKOWY Schemat joysticka analogowego
58 Urządzenia interfejsu uzytkownikaMANIPULATOR DRĄŻKOWY Budowa joysticka analogowego
59 Urządzenia interfejsu uzytkownikaMANIPULATOR DRĄŻKOWY Budowa joysticka bezkontaktowego - optycznego
60 Urządzenia interfejsu uzytkownikaMANIPULATOR DRĄŻKOWY Budowa joysticka ze sprzężeniem zwrotnym
61 Urządzenia interfejsu uzytkownikaManipulator wbudowany w klawiaturę Planowane są wersje z “force-feedback”
62 Urządzenia interfejsu uzytkownikaPIÓRO ŚWIETLNE fotoelement wykrywa przejście strumienia światła emitowanego z kineskopu we współpracy ze sterownikiem obrazu, rozpoznawane są współrzędne ekranowe punktu wykrywa obszary o dużym kontraście na tej samej zasadzie działały pistolety do gier telewizyjnych
63 Urządzenia interfejsu uzytkownikainne lokalizatory wieloosiowe joysticki urządzenia do VR: wykorzystujące MEMS: mikromechaniczne czujniki przyśpieszenia - wykrywające położenie kątowe manipulatory 6D: x y z, przechył w trzech osiach trójwymiarowe pulpity z falami akustycznymi
64 URZĄDZENIA PERYFERYJNE SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCHMarek Niedostatkiewicz Katedra Metrologii i Systemów Elektronicznych ETI PG 2003/2005