TECLADOS

Hasta el momento presente, todos los ordenadores tiene un interlocutor en el hombre, de modo que deben existir medios que permitan la comunicación entre ambos. La forma habitual de hacerlo emplea dos periféricos comunes, desde la máquina al hombre la pantalla y desde el hombre a la máquina el teclado.

ASPECTOS GENERALES

La tecnología empleada en los teclados es relativamente simple. Es un periférico, que no necesita de gran sofisticación porque es utilizado directamente por el hombre y con las manos, lo que impone restricciones de tamaño, de mecánica etc. Otra restricción importante es que los teclados comunes de las consolas de ordenador provienen, en su aspecto físico, de la evolución de las máquinas anteriores (máquinas de escribir, teletipos, etc). Este lastre es evolutivo es muy común en todos los campos de la Informática. Los cambios cualitativos son difíciles y costosos, por lo cual son raros.

Uno de los aspectos que determinan la calidad de un teclado es la respuesta fisiológica, esto es, el trato que el cuerpo humano recibe de la máquina cuando se relaciona con ella. La respuesta al tacto de los teclados debe ser tal que el organismo interprete inequívocamente que la tecla se ha pulsado correctamente. A menudo el teclado hace acompañar a la pulsación un sonido andible pero la forma más usual informar al tacto de la pulsación es a través de la resistencia que opone al mismo. En la figura siguiente se representan dos de los métodos más comunes de respuesta al tacto.

El elemento básico de los teclados es el pulsador, el elemento electromecánico que conforma la tecla. La idea general consiste el un dispositivo que permanece normalmente en reposo y que en este estado suministra una señal determinada. Al accionarlo, el movimiento mecánico producido es traducido en una variación de la respuesta eléctrica del mismo que es detectado por alguna circuitería. Este hardware, manejando señales ya digitales, lo comunica al host.

MODELOS DE PULSADORES PARA TECLADOS

La gama de pulsadores que existen operativos en la actualidad está bastante surtida. Para cada aplicación existe un tipo idóneo de pulsador. Una primera distinción entre ellos se puede hacer atendiendo a la forma en la que se produce el cambio de estado, si es un contacto físico entre dos elementos o no lo es.

DE CONTACT0.

Son los más simples y baratos y por lo tanto se utilizan bastante. E1 movimiento que provoca el operario actua directamente sobre dos contactos que en reposo están separados. Esta union modifica el nivel electrico del segundo contacto, hecho que es detectado y comunicado al host.

El principal inconveniente de de los pulsadores de contacto es que éste no es perfectamente instantáneo y suelen producirse rebotes.

Un circuito antirebote típico se muestra en la figura.

A este tipo pertenecen los pulsadores de láminas flexibles, que consisten en una serie de laminillas superpuestas en donde una de ellos es de material conductor y sufre una deflexión al ser pulsada. Esta deflexión produce un contacto con otra laminilla conductora situado debajo, separada de la anterior por un aislante en el que hay un hueco. En la figura su muestra un ejemplo de este pulsador.

Otro ejemplo de pulsador de contacto es el bóveda. En él, existe una lámina de conductor en forma de bóveda que al ser pulsado se deforma hasta tocar la el conductor que hay debajo con la cúpula de la bóveda. Al liberarlo la elasticidad le hace recuperar su forma original y el contacto desaparece.

El último tipo de pulsador de contacto que veremos es el pulsador REED. Consiste en una cápsula hermética que alberga dos conductores separados, una fijo y otro móvil. Cuando se pulsa, un pequeño imán se aproxima a la cápsula lo suficiente para atraer al contacto móvil y conectarlo con el fijo. Tiene la ventaja de que el . contacto está aislado haciendolo inmune A la suciedead que es un elemento muy frecuente en todos los teclados del mundo. E1 contacto REED es poco frecuente y caro. En la figura 5.4 se esquematiza este pulsador.

En general, los pulsadores de contacto, al ser poco fiables y poco duraderos, se usan sobre todo en tecla~ que se pulsen pocas veces, como los botones de reset, los teclados de los cajeros automáticos, etc (y en los teclados de no muy alta calidad).

5.2.2 SIN CONTACTO.

Los pulsadores sin contacto ofrecen la ventaja de que el cambio de estado está libre de rebotes y se puede controlar mejor. Además la fuente que provoca la pulsación está eléctricamente aislada del resto del circuito lo que es interesante e incluso necesario en algunas aplicaciones.

5.2.2.1 Pulsador capacitivo.

Este tipo de pulsadores se basa en el hecho de que la capacidad de un condensador depende de la distancia entre los conductores que lo forman. Emplea dos superficies conductores próximas pero separadas, una de ellos está excitada por una tensión periódica. Al accionar la tecla, un tercer conductor se aproxima a ambos produciendo un acoplo entre los dos primeros. E1 valor de la tensión de salida depende de la capacidad del condensador que se ha formado y, por tanto, de la distancia recorrida por el actuador.

La señal inducida en el segundo conductor es convenientemente amplificada y comparada con un nivel de referencia (que puede controlar la proximidad detectada) y el resultado de sí o no (1 o 0) será enviado al controlador del teclado.

5.2.2.2 Pulsador de efecto Hall.

E1 tipo de pulsador se basa en el efecto Hall. Este efecto consiste en la aparición de una diferencia de potencial cuando un semiconductor es atravesado por una corriente continua en presencia de un campo magnético.

De una forma simplificada, podemos reflejar el efecto Hall de la siguiente forma. Al aplicar una diferencia de potencial entre los extremos de un semiconductor se producirá en su seno una corriente eléctrica, formada por un flujo de electrones. En esta situación, las cargas eléctricas en movimiento (los electrones) se ven afectados por el campo magnético, que les aplica una fuerza:

F = q * V x B

En donde:

q es la carga del electrón

* denota producto de un escalar por un vector

V es el vector velocidad del electrón

x es el producto vectorial

B es el vector campo magnético.

Como el producto vectorial es perpendicular a ambos vectores, se obtiene así una fuerza que desvía a los electrones haciendo que describan una trayectoria curvilínea. La componente transversal de este movimiento induce en los extremos perpendiculares a la corriente una diferencia de potencial. Esta tensión es amplificada y comparada con una referencia que dará como resultado un estado de 1 o 0.

E1 mecanismo actuador del pulsador lo que hace es acercar dos imanes permanentes al semiconductor hasta que se consigue que la tensión de Hall sea suficiente para ser detectada.

Este pulsador tiene las ventajas de que es limpio, que los integrantes están eléctricamente separados, que tiene una alta fiabilidad. Estas caracteristicas lo hacen el pulsador idóneo para situaciones de al alta precisión y/o situaciones en las que debe permanecer operativo mucho tiempo (varios años). Hay que decir en su contra que le ocurre a casi todos los macanismos de alta calidad, que es el más caro de todos.

5.3 CODIFICACION

Cuando el número de teclas supera el número de las que sería posible manejar directamente (una decena, por ejemplo) se hace necesario algún mecanismo para que una circuitería simple puede controlar el conjunto de las mismas. Máxime cuando al teclado se le exigen varios modos de funcionamiento en los que cada tecla tiene asignado varíos codigos, según estén pulsadas o no ciertas teclas de control SHIFT CTRL, ALT, etc).

5.3.1 CONEXION A CODIFICADOR.

Si el número de pulsadores es pequeño (algunas unidades) se pueden emplear codificadores para la identificación de la tecla pulsada. Este método,consiste simplemente en llevar la señal digital que entregan los pulsadores a un codificador de prioridad BCD que suministra directamente el código de la tecla pulsada. A este circuito se le añade unos elementos adicionales para generar la validación de la pulsación.

5.3.2 CONEXION MATRICIAL

Es el más utilizado, incluso cuando el número de teclas no es elevado. E1 truco está en conectar los pulsadores de forma que el contacto lo efectúe entre una fila y una columna de una matriz, tal como se refleja en la figura

De esta forma se consigue que el número de terminales a controlar (filas más columnas) sea sólo del orden del doble de la raiz cuadrada del número de teclas. En el ejemplo se controlan 128 teclas con una matriz de 8 filas por 16 columnas (24 hilos).

Para suministrar al host el código de la tecla pulsada se emplean codificadores de prioridad que generan un código intermedio de 7 bits. Este código se utiliza para direccionar una EPROM en la que están escritos los códigos de las teclas. De esta forma se habilita también la posibilidad de usar las teclas que cambian el código como paginadores dentro de la EPROM.

Añadiendo a este esquema un microcontrolador para comunicar con un host, alguna circuitería adicional y la parte mecánica obtenemos un teclado muy parecido a los existen en la actualidad.

Sofware de Control

Existen diversos métodos para controlar la forma en que el teclado informará al host de cómo y cuándo se activan los pulsadores. Las técnicas que utilizan intentan por un lado evitar conflictos ante un manejo erróneo del teclado por un operario manitas de plata y por otro agilizar el manejo y evitar esperas superfluas.

SOBREPULSACION DE DOS TECLAS.Cuando se pulsen dos teclas a la vez sólo se genera el código de la primera. Si manteniendo esta situación se pulsan más, todas las sucesivas serán rechazadas. Además, si la segundo tecla se libera antes que la primera, la segunda será ignorada.

BLOQUEO TOTAL.En este caso, si después de pulsar una tecla se pulsa otra, no se genera el código de ninguna de ellas, indicando así claramente una situación de error. Esta situación continúa mientras haya más de una tecla pulsada. No se generará ningún código hasta que se liberen todos menos una (cualquiera que sea), en cuyo caso se generará el código de esta última. Este método tiene el inconveniente de que hay que esperar la liberación total de una tecla para pulsar la siguiente, algo que los buenos meconógrafos jamás hacen.Este mecanismo (N-key lockout) se representa en la figura

5.4.3 SOBREPULSACION DE N TECLAS.Este es el método más usado (por ejemplo en los ordenadores personales). Consiste en generar siempre el código de la tecla que ha sido pulsada en último lugar, sin esperar a que se libera la anterior.Si se pulsa la tecla "A" se genera su código. Si manteniendola pulsada se pulsa la "K", se generará el código de la "K". Si a continuación se libera la "K" se dejará de estar activa el código de la "K", pero no se volverá a generar el de la "A" hasta que no se libera y se pulse de nuevo. Estamos ante una de esas típicas situaciones en las que es más fácil entender algo que explicarlo. Intentémoslo con una figura.

De esta forma, al no esperar la liberación de una tecla para generar la siguiente se consigue aumentar las pulsaciones por minuto sin provocar un error de teclado. Lo que siempre es interesante.