机械基础文档格式.docx
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单片机在周期性扫描行、列的同时,读回扫描信号线结果,判断是否有键按下,并计算按键的位置以获得扫描码。
当有键按下时,键盘分两次将位置扫描码发送到键盘接口,按下一次,叫接通扫描码。
释放时再发一次,叫断开扫描码。
薄膜键盘的内部
因此可以用硬件或软件的方法对键盘的行、列分别进行扫视,去查找按下的键,输出扫描位置码,通过查表转换为ASCII码返回8048利用程序读取这个键码后,在最高位添上一个“O”,组成一个字节的数据,然后从P22引脚以串行方式输出。
机械键盘的内部
根据键盘向主机送入的二进制代码类型,可把键盘分为编码键盘和非编码键盘两种。
IBMPC机的键盘属于非编码键盘,其特点是不直接提供所按键的编码信息,而是用较为简单的硬件和一套专用程序来识别所按键的位置,并提供与所按键相对应的中间代码,然后再把中间代码转换成要对应的编码。
这样,非编码键盘就为系统软件在定义键盘的某些操作功能上提供了更大的灵活性。
2键盘的工作原理
键盘主要由键开关矩阵、单片机和译码器三大部分组成。
键开关矩阵即键盘按键由一组排列成矩阵方式的按键开关组成,所输入的信号由按键所在的位置决定。
单片机即键盘内部采用的Intel 8048单片机微处理器,这是一个40引脚的芯片,内部集成了8位CPU、1024×
8位的ROM、64×
8位的RAM以及8位的定时器/计数器等。
译码器即信号编码转译装置,把键盘的字符信号通过编码翻译转换成相应的二进制码。
由于键盘排列成矩阵格式,被按键的识别和行列位置扫描码的产生,是由键盘内部的单片机通过译码器来实现的。
薄膜键盘的主控芯片
目前市场中的键盘有多种形式,其中包括机械式,电容式,轻触式等。
用户通过键盘向计算机输入命令和数据,是重要的人机接口。
通常,键盘是由单片机8048和按键组成,计算机的主板上装有和键盘连接的8042单片机。
键盘上的8048单片机,检测到哪个键按下,把这个键的位置码变为传输码,把并行的数据变换为串行的数据,通过连线,传送到计算机主板上的键盘控制器单片机8042。
8042再把串行数据变换为并行的数据,并通过中断方式由CPU把它变为ASCII码,然后存到键盘缓冲区。
机械键盘的主控芯片(图片来自flickr)
8048送出第一行为低电平,其他行为高电平,读入列信号,如其中有“0”信号,则表示有键按下,通过计算,得到该键的位置码。
若全为“1”,则表示无键按下,再把下一行输出为“0”,其他各行为“1”,读入列数据,判断有无“0”。
如此继续下去,直到最后一行为止。
3键盘的改进
分析
为了方便分析键盘的人机学问题,可以按照键盘的常用性、宜人性和所用的材料的不同进行分类,依次为:
普通标准键盘、新型人机键盘、硅胶键盘。
1、普通标准键盘
图1普通标准键盘
普通标准键盘共108键,所有的按键可分为五个区:
打字键区、功能键区、编辑控制键区、数字小键盘区和特殊功能区。
键盘字母排列方式并不是按照26个字母的顺序排列的,而是一种叫做“QWERTY”式的排列方式,这点继承了英文打字机的传统。
“QWERTY”式的键盘是一位叫克里斯多夫·
斯库勒斯的工程师于1873年设计的,这样设计的目的是为了让人们降低打字速度。
因为当时的英文打字机的技术不太过关,打字的速度过快,往往会造成打字机“卡壳”。
后来,大家已经慢慢习惯了这种排列的键盘,所以现在的计算机键盘也就采用了这种形式。
台式机键帽的按键行程平均为3.8-4.0毫米,笔记本电脑键帽的按键行程平均为2.50-3.0毫米,手感舒适。
存在的人机学问题:
(1)、26个英文字母的排列顺序造成学习困难、记忆困难、操作困难。
无序排列不容易记忆,八个手指下的英文字母并不是最常用的字母。
因此从新手到能够熟练操作这种键盘需要花费很多时间和精力。
(2)、直板键盘造成对腕部的伤害。
人操作键盘时最自然的输入姿势是身体直立,两只前臂抬起成八字,这是两个腕部成V形,长时间使用直板式键盘就会伤害腕部肌肉。
(3)、字母键的直线排列使手指处在不同的弯曲和伸展状态(非自然的弯曲状态),不但影响打字效率,而且长时间击打键盘会使手指畸形发展。
(4)、键盘表面缺少弹性,触感较差。
普通键盘选用的材料是硬质塑料,表面硬度过大,缺少弹性,触感较差。
(5)、按键声音过大。
按键声音的产生和单键的架构方式有关。
(6)、键盘功能有待扩展。
为了方便操作,可以扩展键盘本身的功能,比如音量控制、上网、接收邮件等方面。
2、新型人机键盘
在键盘大家族中有一类产品充分考虑到人手的限制,能减少长期敲击键盘的疲劳感,那就是外形有些怪异的人体工学键盘。
人体工学键盘的设计是将整个键盘由中间分为左右两个部分,使用者使用时手腕的角度向两侧倾斜,形成最自然的输入姿势(如图2)。
图2V形人机键盘
2005年微软推出了多媒体人机键盘(如图3),是现在的键盘贵族,其提供的功能就更加丰富了,可以和多媒体播放软件整合,提供类似于播放软件遥控器的作用,如音量调节,CD播放,快进快退等。
可以和互联网相结合,如一键拨号,一键收信等。
其字母键的排列顺序依然为QWERTY。
图3多媒体人机键盘
2005年新加坡设计师BobTeo向市场推出他用5年之力设计出的革命性键盘ABKey(如图4)。
ABkeyboard的字母键的排列方式如图5,字母键按字母顺序和使用频率进行排列,方便记忆、学习,操作效率更高。
图4综合性人机键盘
图5ABkeyboard的字母键的排列方式
它的形状是可变动的V形,这样可以满足各类人的生理需要,减轻腕部和手指的疲劳。
它有119键,除了常用键之外还提供了多媒体软件控制键、快速上网键、USB插口。
3、硅胶键盘
键盘用新材料硅胶制成,既能防水,又能折叠,携带方便。
缺点是键盘的功能有所减少,人机性较差。
常作为笔记本的可拆卸键盘。
图6硅胶键盘
4人与电脑键盘的关系
1、生理角度
图7人操作电脑时的最佳工作状态
从图7中我们可以看出人使用键盘时肩部、前臂和腕部的最自然状态,图中红线表示两个腕部的垂直切面,键盘中的字母键的排列走向应当与红线一致,这样可以减轻肩部、前臂,尤其是腕部的非必要受力,保持身体相关部位的健康。
图8各个手指的长短、蜷曲以及与键盘的接触情况
人的十个手指常短不一,从图8我们可以看出每个手指弯曲蜷握后轻触普通标准电脑键盘的位置,拇指最靠后处在SPACE键的末端,中指最靠前处在D键和K键的前端,无名指处在S键和L键的正中位置,食指处在F键和L键的末端,小指处在A键和“;
”键的末端。
由此可知,手指在操作键盘时只有无名指的弯曲和用力是最自然、最有效的,电脑键盘字母键的位置设计存在很严重的人机问题。
图9所示为手指最自然的弯曲以及与平面的接触情况,每个手指与平面的最佳接触点分布在两个圆弧上,这两个圆弧组合在一起形成一个不规则的V形。
每个人手指的长短不一,习惯不一,弯曲的轨迹也不一样。
人机键盘字母键的位置应当如此排列并且可以自由调整。
图9手指最自然的弯曲以及与平面的接触情况
2、心理角度
通过设计调查发现电脑用户希望键盘操作方便记忆、方便操作、效率高。
而普通键盘的设计却造成了学习困难、记忆困难、操作困难,熟练操作更困难,原因是由于26个英文字母的排列顺序是无序排列,另外与八个手指第一次接触的英文字母并不是最常用的字母。
电脑专家用户认为应当在键盘上提供能够启动常用软件的功能键和自定义键,比如多媒体软件控制键、快速上网键等,另外还应当提供常用的USB插口。
改进
依据人与键盘关系的分析和研究,为了使键盘的使用者舒适、自然、方便、快捷,人机键盘的设计原则如下:
1、键盘分为与左右手对应的左右两个部分,开合方便,左右两部分的键及排列顺序由人的习惯和使用频率决定。
2、与十个手指第一次接触的字母键的位置应当符合手指最自然的弯曲状况。
3、扩展键盘的常用功能,使电脑用户更加方便、快捷。
方案如下:
1、字母键、符号键、空格键和回车键的排列顺序与方式。
图10字母键、符号键、空格键和回车键的排列顺序与方式
从色彩上区分字母键、Space、Enter与其他键,十指的接触键为黑色键,分别为A、E、I、O、U、Space、R、S、T、Enter键,据统计这10个键是最常用的键,这样排列既节省了手指的移动距离,又提高了工效率。
键的排列位置根据手指的长短与弯曲状态进行排列,I、S键是食指的接触键,它们的位置最高,其余字母键的位置依次降低。
字母键的排列顺序按照字母顺序进行有规律的排列,方便学习、记忆。
字母键下方没有放置其他键,操作时不致产生误操作。
左边的Alt、Ctrl、Shift键相邻并呈三角形排列,使组合键操作更方便。
把前删键、后删键放置在靠近食指的位置,方便操作。
右边的Shift键紧邻符号键,使右手单手操作更方便。
Capslock键上有指示灯,指示灯与键的结合使判断方便。
2、编辑键、方向键、功能键与数字键的排列方式。
图11编辑键、数字键及其排列方式
图12功能键、方向键及其排列方式
数字键的排列采用电话键的排列方式,自上而下从左到右由小到大,这是人们最习惯的认知方式。
增加了多媒体播放键、网游键、电子邮件收发键和自定义键,键盘的功能更加完善,电脑用户更加方便快捷。
方向键采用“+”形组合方式,使食指的活动范围减小。
3、电脑键盘的整体布局。
图13电脑键盘的整体布局
键盘整体由左右两个可以活动的部分组成,成V形,V形角度可以根据各类用户需求自由调整。
键盘轮廓直线和曲线相结合,是和谐的有机形。
键盘下部空白空间可以作为腕托。
字母键采用人性化的排列顺序和排列位置,根据用户的日常需求扩展功能键,使电脑用户更加舒适方便快捷。
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