ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6427| Title: | Спеціалізована клавіатура на основі Arduino |
| Authors: | Зубко, Ігор Анатолійович Дідуленко, Станіслав Олександрович |
| Issue Date: | Jun-2023 |
| Abstract: | У першому розділі наведено загальні відомості про клавіатури, що включає: визначення і призначення клавіатури, історію розвитку і винаходу клавіатур, технічні характеристики стандартних клавіатур, наведено класифікацію клавіатур, а також склад і призначення компонентів клавіатури, визначено можливості підключення клавіатур, розглянуті альтернативні варіанти клавіатур. У другому розділі визначені принципи створення кастомізованих клавіатур, параметри, що повинні враховуватися при побудові кастомізованих клавіатур, обрано перемикачі для клавіатури, обрано Arduino Nano в якості контролера клавіатури. У третьому розділі описано процес збирання та прошивання клавіатури. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6427 |
| Appears in Collections: | 123 Комп’ютерна інженерія (Спеціалізовані комп’ютерні системи) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Б_123_2023_Дідуленко.pdf Restricted Access | 1.12 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до кваліфікаційної роботи
освітнього ступеня «бакалавр»
на тему: Спеціалізована клавіатура на основі Arduino
Виконав: здобувач вищої освіти 4 курсу,
групи СКС-1907, спеціальності
123 «Комп'ютерна інженерія»
Дідуленко С.О.
(прізвище та ініціали)
Керівник Зубко І.А.
(прізвище та ініціали)
Рецензент
(прізвище та ініціали)
Черкаси 2023
1
ЗМІСТ
ВСТУП ........................................................................................................................ 3
1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО КЛАВІАТУРИ .................................................. 5
1.1 ВИЗНАЧЕННЯ І ПРИЗНАЧЕННЯ КЛАВІАТУРИ ..................................................... 5
1.2 ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ КЛАВІАТУР ......................................................................... 6
1.3 ВИНАХІДНИК КЛАВІАТУРИ ............................................................................. 10
1.4 ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНДАРТНИХ КЛАВІАТУР ............................... 11
1.5 КЛАСИФІКАЦІЯ КЛАВІАТУР ............................................................................ 13
1.6 СКЛАД І ПРИЗНАЧЕННЯ КОМПОНЕНТІВ КЛАВІАТУРИ ..................................... 14
1.7 ПІДКЛЮЧЕННЯ КЛАВІАТУР ............................................................................ 20
1.8 АЛЬТЕРНАТИВНІ ВАРІАНТИ КЛАВІАТУР ......................................................... 21
2 ПРИНЦИПИ СТВОРЕННЯ КАСТОМІЗОВАНИХ КЛАВІАТУР ................ 25
2.1 ПАРАМЕТРИ, ЩО ПОВИННІ ВРАХОВУВАТИСЯ ПРИ ПОБУДОВІ
КАСТОМІЗОВАНИХ КЛАВІАТУР ............................................................................. 25
2.2 ВИБІР ПЕРЕМИКАЧІВ ДЛЯ КЛАВІАТУРИ .......................................................... 34
2.3 ОПИС ARDUINO UNO REV3/R3 ТА ARDUINO NANO V3.0 .............................. 41
3 ОПИС ЗБИРАННЯ КЛАВІАТУРИ .................................................................. 51
3.1 ЗБИРАННЯ КЛАВІАТУРИ ................................................................................. 51
3.2 ПРОШИВАННЯ КЛАВІАТУРИ ........................................................................... 56
ВИСНОВКИ ........................................................................................................... 57
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ............................................................. 58
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Розроб. Дідуленко Літ. Лист Листів
Спеціалізована клавіатура на
Перевір. Зубко У 2
основі Arduino
Реценз.
Пояснювальна записка
Н. Контр. 2 ЧДТУ, СКС-1907
Затверд. Лукашенко
ВСТУП
За останні декілька років в світі технологій з'явилася справжня хвиля
зацікавленості в DIY (зроби сам) проектах. Люди відкривають для себе радість
творчості, власноруч створюючи речі, які відповідають їхнім потребам та
бажанням. Одним з таких проектів є створення кастомізованої клавіатури на
Arduino.
Клавіатура – це невід'ємна частина нашого щоденного життя, яка допомагає
нам взаємодіяти з комп'ютерами та іншими пристроями. Однак, стандартні
клавіатури не завжди задовольняють всі наші потреби. Саме тут на допомогу
приходить Arduino – відкрите мікроконтролерне середовище, яке дає нам
можливість створити власну, кастомізовану клавіатуру.
Один з головних аспектів, що робить клавіатуру на Arduino особливою, - це
її можливість адаптуватись до наших потреб. Ми можемо змінити розташування
кнопок, їхню форму, розмір та функціональність. Наприклад, якщо ви є геймером,
ви можете створити клавіатуру з додатковими клавішами, які полегшать вашу гру.
Або ж ви можете створити компактну клавіатуру для подорожей, зменшивши її
розмір та вагу.
Крім того, Arduino дозволяє нам програмувати клавіатуру згідно зі своїми
вподобаннями. Ми можемо налаштувати клавіші на виконання певних команд або
послідовностей дій. Наприклад, ви можете створити спеціальні клавіші для
виклику часто використовуваних функцій або макросів. Ви також можете змінити
розкладку клавіатури, додавши символи, що вам необхідні для вашої мови або
спеціального проекту.
Ще одна перевага створення кастомізованої клавіатури на Arduino полягає в
можливості розширення її функціональності. Ви можете підключити додаткові
сенсори або інші пристрої до своєї клавіатури, такі як регулятори гучності або
покажчики. Це відкриває безмежні можливості для творчості та інтерактивності.
Створення кастомізованої клавіатури на Arduino – це не тільки
Лист
3 ЧДТУ 231936.001 ПЗ 3
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
захоплюючий проект, але і можливість насолодитися процесом розробки та
створити щось особисте та унікальне. Ви можете експериментувати з різними
матеріалами, дизайном та функціями, створюючи клавіатуру, яка відображає вашу
особистість та стиль.
Загалом, створення кастомізованої клавіатури на Arduino – це захоплюючий
шлях у світ технологій, який дає нам можливість втілити свої ідеї та зробити
власні зміни. Цей проект поєднує технічну кмітливість, творчість та
індивідуальність в одному, дозволяючи нам стати справжніми творцями своєї
технологічної реальності.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
4
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО КЛАВІАТУРИ
1.1 Визначення і призначення клавіатури
Існує кілька визначень терміну – клавіатура:
Клавіатура - комплект розташованих у певному порядку важелів-клавіш у
будь-якого механізму (друкарської машинки, обчислювальної лічильної машини
тощо).
Клавіатура - сукупність клавіш у різного роду механізмах (друкарській
машинці, складальній машині, лічильній машині тощо).
Клавіатура, клавіатури, м. (іт. claviatura) (спец.). Повний ряд клавіш у
клавішних музичних інструментах (муз.). Сукупність клавіш у різного роду
механізмах. Клавіатура друкарської машинки.
Рисунок 1.1 - Клавіатура
Головними складовими клавіатури виокремлюються клавіші. Клавіша або
кнопка - мініатюрний механічний пристрій для передавання сигналу/введення
інформації: елементарний фізичний механізм передавання електричного сигналу
різним пристроям шляхом замикання або розмикання двох або більше контактів.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
5
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Клавіатура слугує для введення даних (літер, цифр та інших символів) і
керування комп'ютером за допомогою клавіш, що знаходяться на клавіатурі.
Хоча для введення в комп'ютер звукової інформації застосовують і
мікрофони, і сканери, і цифрові фотоапарати, і відеокамери (для введення
складних графічних зображень, фотографій і відеофільмів), і сканер, але
найпоширеніший і найважливіший пристрій введення інформації – це клавіатура.
1.2 Історія розвитку клавіатур
З моменту свого винаходу цей пристрій змінився мало, хоча за зовнішнім
виглядом клавіатури сьогоднішнього дня все ж відрізняються від клавіатур
минулого. Перша клавіатура мала вигляд прямокутника з двадцятьма клавішами,
частина яких слугувала для введення даних, а інша частина - для запуску заданих
команд на виконання. Сьогоднішня клавіатура має понад сто клавіш, і можливості
її стали істотно ширшими. Що стосується зовнішнього вигляду, то класичний
прямокутник сьогодні трапляється все рідше. Прагнення зробити пристрій більш
стильним і комфортним для використання надихає виробників на створення
найнезвичайніших за формою клавіатур.
Всі сучасні клавіатури побудовані на основі клавіатури друкарської
машинки.
Рисунок 1.2 – Друкарська машинка
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
6
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Як і більшість інших технічних пристроїв і винаходів, розробка механізму
друкарської машинки не була плодом зусиль однієї-єдиної людини. Безліч людей
спільно або незалежно один від одного приходили до ідеї швидкого друку текстів.
Перший патент на машину такого роду був виданий Генрі Міллу (англ. Henry
Mill) ще 1714 року англійською королевою Анною. Винахідник патентував не
тільки машину, а й спосіб послідовного друку символів на папері.
1960 рік є переломним моментом в історії розвитку комп'ютерних клавіатур
- на ринок вийшла перша електрична друкарська машинка. Вона мала ємнісну
клавіатуру, яка виготовлялася на друкованих текстолітових платах і працювала
завдяки конденсаторам, розміщеним у пристрої. Значно підвищилася легкість
натискання клавіш і швидкість друку.
Приблизно в 1970-их і на початку 1980-их років виробники почали
випускати комп'ютери, які могли собі дозволити не тільки офіси великих
компаній, а й звичайні користувачі (Amiga, Spectrum). Ці комп'ютери являли
собою звичайну клавіатуру, в яку був вбудований сам комп'ютер (процесор, ПЗП,
ОЗП і кілька модулів для додаткових пристроїв). Клавіатури цих комп'ютерів уже
перевершували за функціями клавіатуру друкарських машинок (додано клавіші
типу Control, Alt, Enter, стрілки управління курсором)
Наступний етап пов'язаний з розвитком модульних ПК, які мали можливість
апгрейда. Усі головні компоненти (процесор, ОЗП) були заховані в окремий
корпус, а клавіатура стала окремим повноцінним пристроєм. Більшість сучасних
клавіатур походять від первісно створеної клавіатури компанії IBM - "IBM
Enhanced 101 Key Keyboard", яку компанія проголосила стандартом у 1987 році.
Цей тип клавіатури не був першим стандартом, але став найбільш підходящим
для користувачів ПК. Початкова модель IBM - клавіатура XT, мала 83 кнопки.
Зліва розташовувалися 10 функціональних клавіш, клавішні панелі з цифрами і
покажчиками знаходилися з правого боку. Так звані кнопки Control (Ctrl), лівий
Shift і Alt були розташовані поруч із функціональними клавішами. Escape (Esc), як
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
7
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
відомо, був зліва від чисел у головному ряду. Праворуч від правої клавіші Shift,
знаходилася клавіша зірочки, що дозволяє друкувати всім відомий символ *. Між
крихітною лівою клавішею Shift і клавішею Z знаходився символ Backslash
(похила риска вправо /). Клавіша Enter була вузькою і вертикальною і багато
користувачів часто не помічали її з першого разу. Проєкт цього початкового
стандарту IBM клавіатури був сумішшю розумних і абсурдних рішень
розташування знаків на клавіатурі. Таким чином, деякі її частини захоплювали і
немов би затемнювали менш продумані місця і недоліки.
Наступним проектом IBM стала клавіатура AT. Вона була несумісна з більш
раннім проектом XT. У клавіатурі, так само як і раніше, було десять
функціональних клавіш з лівого боку, але клавішу Esc і незмінну зірочку (*) було
переміщено на числову клавіатурну панель. Клавіша Enter мала L-подібну форму,
а клавіша Backsplash (/), що тепер розділяє місце з крапкою, у цьому типі
клавіатури ділила місце з клавішею Backspace.
У певний момент часу, коли ринок підштовхував компанію IBM до
модернізації своєї AT клавіатури, вони представили новий розширений зразок
клавіатури, що була сумісна з оригіналом AT моделі, але мала абсолютно інше
розташування клавіш. Клавіша Esc і 12 функціональних клавіш тепер
розташовувалися зверху, числова клавішна панель була праворуч. Нова вказівна
клавішна панель була розміщена між клавішами букв і числовою панеллю.
Вказівна клавішна панель (яка була фактично роздроблена на два набори клавіш)
складалася з чотирьох покажчиків, мала перевернуту T-подібну форму і
розташовувалася на основі, нагорі знаходилася окрема панель із 6 клавішами:
• Ins (Insert)
• Del (Delete)
• Home
• End
• PgUp (Page Up)
• PgDn (Page Down)
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
8
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Але потім сталася катастрофа - користувачі почали натискати Delete,
замість клавіші End. Це здається не настільки вже й катастрофічним сьогодні, але
в той час не було сучасних програмних можливостей. Користувач, який, можливо,
провів довгі години, набираючи статтю, натискав не ту клавішу, і вся його робота
йшла нанівець. Через короткий час до головного офісу компанії IBM почали
надходити скарги. "Від добра, добра не шукають" було сказано в листах
адресованих IBM. Тому клавіша Backspace повернулася до свого початкового
широкого розміру. Клавіша backslash (похилої риски вліво\) зайняла власну
клавішу. Caps lock перемістився на старе місце клавіші Ctrl, а близнюки Ctrl і
клавіші Alt розташувалися з двох боків від пробілу.
Клавіша Del залишилася на колишньому місці, хоча в деяких клавіатурах
стала вдвічі більшою.
Це розташування стало стандартом для сучасної клавіатури, якою
користуються мільйони користувачів по всьому світу
Розкладка клавіатури QWERTY дісталася у спадок від друкарських
машинок. Перші друкарські машинки не могли витримувати великий темп друку,
їхні літери заклинювало через недоліки конструкції. Тому виробник друкарських
машинок придумав зробити "незручну" розкладку QWERTY (1874 року на світ
з'являється друкарська машинка "Remington", розташування літер на якій
починалося не як раніше з ABCDEF, а з QWERTY), аби не допустити, аби сусідні
клавіші утворювали літеросполучення (склади), які часто трапляються. Відтоді
така розкладка і закріпилася.
У 30-ті роки американський психолог і педагог Дворак розробив і
запатентував комфортну клавіатуру. У цій клавіатурі під час набору слова не
потрібно стрибати пальцями по клавіатурі. Таким чином, у США є дві клавіатури,
кожен може вибирати ту, до якої звик.
В колишньому СРСР комп'ютерну клавіатуру (ЙЦУКЕНГ) розробляли
також на основі розкладки клавіш друкарської машинки. Оскільки російською
мовою літер більше, ніж в англійській, то в перших комп'ютерах розташування
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
9
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
клавіш відрізнялося від сучасного (йдеться про цифри, стрілки, функціональні
клавіші). З появою персонального комп'ютера (PC) іноземну клавіатуру стали
спішно пристосовувати під кириличний алфавіт. Таким чином "кома" опинилася у
верхньому регістрі (її потрібно набирати разом із клавішею Shift), а крапка - у
нижньому.
1.3 Винахідник клавіатури
Без цієї людини світ ніколи б не побачив сучасної моделі клавіатури.
Крістофер Летем Шоулз - винахідник першої серійно випущеної, комерційно
успішної друкарської машинки. Крістофер із колегами отримав перший патент на
друкарську машинку 1868 року. Упродовж низки років працював над
удосконаленням конструкції друкарської машинки, в рамках цієї роботи влітку
1871 року з'явилася попередниця розкладки QWERTY, повністю вона
сформувалася тільки до 1878 року. Крістофер Шоулз Народився 14 лютого 1819
року в містечку Mooresburg, що розташоване в штаті Пенсільванія. У Крістофера
було два старших брати Генрі Шоулз (Henry Beatty Sholes) і Чарльз Кларк Шоулз
(Charles Clark Sholes) 1816-1867 рр. Чарльз - власник газет і обирався в обидві
палати Вісконсинських законодавчих зборів, а також був мером Кеноші.
Рисунок 1.3 – Крістофер Летем Шоулз
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
10
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
1.4 Технічні характеристики стандартних клавіатур
Технічні характеристики сучасних клавіатур (інтерфейс, кількість і види
клавіш, розмір, вага, конструктивні особливості) дуже різноманітні. Клавіатура
може мати вбудовані додаткові вбудовані пристрої (наявність Windows-кнопок,
читання магнітних карт, декодер для штрих-коду, пристрій читання смарт-карт).
Приклади технічних характеристик трьох моделей клавіатур :
Клавіатура CBR KB-107
Таблиця 1.1 - Клавіатура CBR KB-107
Тип Провідна клавіатура
Інтерфейс USB
Кількість клавіш 107 стандартних
ОС Windows
Колір Чорний
Розміри 45.7 x 15.8 x 3 см
Вага - 648 г
Класичний дизайн корпусу, традиційний набір клавіш, стандартна
розкладка, класична конструкція великих клавіш припадуть до смаку
консервативним користувачам. Для зручності роботи передбачено висувні ніжки,
що забезпечують оптимальний нахил корпусу клавіатури щодо поверхні столу.
Клавіатура CBR Simple S6
Таблиця 1.2 - Клавіатура CBR Simple S6
Провідна клавіатура з підсвічуванням символів
Тип
(подвійне підсвічування: червоний/синій)
Інтерфейс USB
Кількість клавіш 104 стандартних / 8 додаткових
Додатково Кнопка зміни кольору підсвічування
Кольори
Синій, червоний
підсвічування
ОС Windows 98/Me/2000/XP/Vista/Win7
Колір Чорний
Розміри 9 x 15.8 x 2.6 см Вага 652 г
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
11
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Проста мультимедійна клавіатура з підсвічуванням символів S6 стане
справжнім порятунком для тих, хто змушений працювати вночі або в
слабоосвітлених приміщеннях. Увімкнути/вимкнути, а також змінити колір
підсвічування можна за допомогою спеціальної кнопки, поєднаної з клавішею
Scroll. Вісім додаткових клавіш, які зручно розміщені на верхньому борту
клавіатури, дадуть змогу без особливих зусиль і зайвих рухів керувати
мультимедійними функціями і популярними офісними додатками. Для зручності
використання передбачено ніжки, що забезпечують нахил корпусу клавіатури
щодо поверхні столу. Ніжки клавіатури мають висувну конструкцію, і за потреби
їх можна скласти.
Клавіатура Genius LuxeMate T810
Технічні характеристики:
Тип інтерфейсу: USB, бездротова
Основні клавіші: 89
Додаткові клавіші: 34
Габарити, мм: 450x150x34
Профіль клавіш: низький
Додатково: OptoWheel, панель управління
Особливість цієї моделі - це поєднання функцій клавіатури, миші та
мультимедійного пульта управління. Плюс до всього, клавіатура бездротова.
Дизайн незвичайний, якщо не сказати дивний: на дошці з прозорого плексигласу
змонтовано невелику 89-кнопкову клавіатуру чорного кольору, а з боків
прикріплено два пульти, покликані виконувати різні додаткові завдання, як-от
керування мультимедіа та швидкий доступ до різних функцій системи. Самі
клавіші низькопрофільні, а їхній хід - помірно м'який. Оригінальна конструкція
OptoWheel замінює мишу - на лівій панелі управління знаходяться аналоги лівої і
правої кнопок "хвостатої", а переміщення курсору здійснюється подобою тачпада,
розташованим на правій панелі. Стабільність роботи приймача виявилася вищою
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
12
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
за всілякі похвали: клавіатура впевнено працювала в найвіддаленіших місцях
квартири, навіть якщо її було повернуто в бік, протилежний комп'ютеру. При
цьому потрібно трохи звикнути до того, що більша частина кнопок практично
однакового розміру, навіть Enter і Backspace лише трохи ширші за інші. Плюс
відсутня додаткова цифрова клавіатура.
Ціни різних моделей клавіатур, як видно з цих трьох прикладів,
перебувають у дуже великому діапазоні і безпосередньо залежать не тільки від
технічних характеристик, а й від дизайну та виробника пристрою.
1.5 Класифікація клавіатур
Існує безліч видів пристроїв для введення даних, що розрізняються за
низкою ознак.
• За типом з'єднання клавіатури діляться на:
- бездротові клавіатури приєднуються до комп'ютера (процесора) за
допомогою Bluetooth, інфрачервоного з'єднання або радіочастотного з'єднання.
Головною перевагою таких пристроїв є, очевидно, відсутність дроту. Однак і
головний недолік випливає саме звідси: оскільки стаціонарне живлення відсутнє,
їх потрібно заряджати окремо, через кабель USB або за допомогою акумуляторів.
Крім того, клавіатури з радіочастотним з'єднанням можуть працювати зі збоями
або самі створювати перешкоди в роботі інших пристроїв. Пристрої, що
працюють через bluetooth, хоч і володіють більшою мобільністю і широким
радіусом дії, теж можуть працювати нестійко.
-Провідні клавіатури, як випливає із самої назви, з'єднуються з
комп'ютером за допомогою спеціального кабелю. Підключатися вона може через
спеціальний роз'єм, який називається PS/2 або через USB-роз'єм. Перші
найпоширеніші на сьогоднішній день.
• За розташуванням клавіш клавіатури поділяються на:
- Ергономічні. На таких клавіатурах дуже зручно працювати, оскільки під
час їхнього розроблення враховували ергономічні аспекти. Клавіатура забезпечує
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
13
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
правильне розташування кистей і зап'ясть. Працюючи на таких клавіатурах, у вас
ніколи не з'явиться кистьовий тунельний синдром. Ергономічні клавіатури
допомагають користувачеві утримувати правильну поставу.
- Компактні клавіатури. На сьогодні розмір ергономічних клавіатур
постійно зростає через постійне поповнення специфічних клавіш. Тому дедалі
популярнішими стають компактні плоскі клавіатури, на яких відсутні цифри, що
знаходяться з правого боку. Деякі компактні клавіатури забезпечені гумовою
подушечкою, якою можна користуватися замість миші. Дуже зручно
користуватися такою клавіатурою в дорозі або поїздці.
• За функціональністю клавіатури бувають:
- Інтернет-клавіатура розроблена для більш комфортної роботи в
інтернеті.
- Ігрові та мультимедійні клавіатури. Ігрові клавіатури розроблені для
користувачів, які захоплюються комп'ютерними іграми. Мультимедійні
клавіатури здатні програвати аудіофайли, за допомогою додаткових клавіш можна
регулювати гучність.
- Віртуальні клавіатури - це спеціальні програми. Такі клавіатури не
можливо фізично помацати. Comfort Keys Pro одна з таких програм.
• За контактами клавіш:
-мембранні (мембранні контакти, повернення за допомогою гумового
ковпачка)
-механічні (золоті контакти, повернення клавіші за допомогою пружини)
-напівмеханічні (мембранні контакти, повернення за допомогою пружини)
1.6 Склад і призначення компонентів клавіатури
На клавіатурі приблизно знаходиться близько 110 клавіш. Їх
використовують для введення цифр, букв та інших символів. Клавіатура має і
спеціалізовані клавіші, які активізують спеціальні функції.
Розташування клавіш на клавіатурі підпорядковується одній і тій самій
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
14
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
загальноприйнятій схемі. Дванадцять функціональних клавіш (від F1 до F12)
розташовані у верхньому ряду. Під ними розташовані алфавітно-цифрові клавіші.
Праворуч - кнопки керування курсором. Крайня права частина - це так звана
цифрова панель. Вона, загалом-то, дублює алфавітно-цифровий блок (точніше,
тільки цифри й арифметичні знаки), але користуватися нею набагато зручніше.
Вмикається вона за допомогою кнопки "Nun Loock". На більшості ноутбуків і
нетбуків цифрова панель відсутня - жертва на користь мініатюрності пристрою.
Багато сучасних клавіатур, крім цього стандартного набору клавіш, мають
додаткові кнопки, іншої форми і розміру (іноді - іншого кольору). Їхнє завдання -
спростити керування деякими функціями комп'ютера. Так, серед інших, на
клавіатурі можуть бути присутніми кнопки управління аудіопрогравачем
(регулювання гучності, вимкнення звуку, пауза, перехід до наступної композиції)
або дисководом. Такі клавіатури називають мультимедійними - за призначенням
більшості додаткових кнопок. Вони спрощують роботу з аудіо- та
відеоматеріалами.
Є клавіші для роботи з вікнами (закрити, відкрити, перейти). Функція
деяких інших - управління браузером (відкриття пошти, домашньої сторінки,
пошукової системи та інші). Такі клавіатури ще називають мережевими.
Ігрові клавіатури, призначені для зручності шанувальників комп'ютерних
ігор, можуть мати найнезвичайніший вигляд. Часто воно навіть не призначене для
використання на горизонтальній поверхні - таку клавіатуру простіше тримати
обома руками. Спеціальні джойстики роблять пристрій більш пристосованим для
ігор. При цьому набір стандартних кнопок, як правило, не відіграє великої ролі в
управлінні комп'ютером. Найсучасніші ігрові клавіатури і зовсім є двосторонніми:
на одній - "ігрові" кнопки, на іншій - стандартний набір для введення даних.
Групи клавіш
Усі клавіші можна умовно розділити на кілька груп:
1. алфавітно-цифрові клавіші;
2. функціональні клавіші;
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
15
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
3. керівні клавіші;
4. клавіші керування курсором;
5. цифрові клавіші.
Алфавітно-цифрові клавіші - розташовані в центрі клавіатури, дуже схожі
на клавіші звичайної друкарської машинки. На них нанесені цифри, спеціальні
символи ("!", ":", "*" тощо), літери російського алфавіту, латинські літери. За
допомогою цих клавіш можна набирати всілякі тексти, арифметичні вирази,
записувати свої програми. У нижній частині клавіатури розташована велика
клавіша без символів на ній - "Пробіл". "Пробіл" використовується для
відокремлення слів і виразів одне від одного.
Рисунок 1.4 - Алфавітно-цифрові клавіші
Кириличні клавіатури двомовні, тому на їхніх клавішах намальовані
символи як російського, так і англійського алфавітів. У режимі російської мови
набираються тексти російською мовою, англійської - англійською. Розкладки
американської, російської, німецької та французької клавіатури:
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
16
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Рисунок 1.5 – Американська клавіатура
Рисунок 1.6 – Українська клавіатура
Рисунок 1.7 – Французька клавіатура
Рисунок 1.8 – Німецька клавіатура
Види клавіатури відрізняються один від одного формою деяких керуючих
клавіш і розташуванням клавіші з символом бекслеша \.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
17
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Алфавітно-цифрові клавіші зображені білим кольором, керуючі - сірим. На
лівому боці клавіш намальовані символи, які набираються в режимі англійської
мови. На правій - символи режиму російської мови, якщо вони відрізняються від
англійської. Якщо в обох режимах набирається один і той самий символ, то цей
символ праворуч не малюється.
Функціональні клавіші
Рисунок 1.9 – Функціональні клавіші
Дванадцять функціональних клавіш розташовані у верхній частині
клавіатури: F1 - F12. Вони запрограмовані на виконання певних дій (функцій).
Так, дуже часто клавіша F1 слугує для виклику довідки.
Керувальні клавіші - вони не зібрані в одну групу на клавіатурі, а
розміщені так, щоб їх було зручно натискати.
1. Клавіша Esc (називається "Ескейп".) Зазвичай слугує для скасування будь-якої
дії програми, виходу з чого-небудь тощо.
2. Клавіша Enter (читається "Ентр".) Слугує для завершення введення рядка і
переходу на наступний рядок, прийняття позитивної відповіді на запитання,
здійснення дії за замовчуванням, закриття вікна з підтвердженням змін тощо. Це
ніби антипод клавіші "Ескейп" (Esc.)
3. Клавіша Tab (читається "Таб"). Призначена для формування відступів у тексті,
переходу з одного пункту діалогового вікна до іншого тощо.
4. Клавіша CapsLock (читається "капслок".) Призначена для постійного введення
великих літер.
5. Дві клавіші Shift (читається "Шифт"). Змінює регістр клавіатури. Усі клавіші
на клавіатурі можуть вводити два символи. На клавіатурі зазвичай намальовано
два знаки, розташовані один над іншим. Просте натискання клавіші вводить один
символ, зазначений на клавіші знизу. Це - нижній регістр. Для того, щоб ввести
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
18
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
символ, зображений на клавіші зверху, треба перейти у верхній регістр, тобто
натиснути клавішу Shift і, не відпускаючи її, потрібну клавішу.
6. Дві клавіші Ctrl (читається "Контрол"). Служить для подачі комп'ютеру
команд. Команда подається одночасним натисканням клавіші Ctrl і алфавітно-
цифрового символу (далі позначається Ctrl+<буква>).
7. Дві клавіші Alt (читається "Альт"). Їхнє призначення схоже з клавішею Ctrl.
Використовується
8. Backspace (читається "Бекспейс"). Призначена для видалення символу ліворуч
від курсора.
9. Scroll Lock (читається "Скролл лок"). Зрушувати або прокручувати екран
10. PrintScreen (читається "Принт скрін"). Друк екрана
11. Pause/Break (читається "Пауз" або "Брейк").Призупинити програму
Клавіші керування курсором
Місце введення чергового символу на екрані монітора відзначається
миготливою рискою - курсором.
Для переміщення курсору слугують клавіші керування курсором.
Таблиця 1.3 - Клавіші керування курсором
Служить для перемикання режиму вставки/заміни символів
Клавіша Insert при введенні, а також для виділення елементів у списку,
додавання елемента в список тощо.
Видаляє символ, на якому стоїть курсор (або символ праворуч
Клавіша Delete від нього). Вона також призначена для видалення елемента
графічного інтерфейсу.
Клавіша Home Призначена для переходу на початок (рядка, списку)
Клавіша End Призначена для переходу в кінець (рядка, списку)
Призначена для переміщення (прокручування) зображення на
Клавіша PgUp
екрані вниз
Клавіша PgDn Призначена для переміщення зображення на екрані вгору
Стрілка вгору Служить для переміщення курсору на один рядок вгору
Стрілка вниз Служить для переміщення курсору на один рядок донизу
Стрілка вліво Служить для переміщення курсору на одну позицію вліво
Стрілка вправо Служить для переміщення курсору на одну позицію вправо
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
19
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Цифрові клавіші - розташовані праворуч на клавіатурі. У разі ввімкненого
індикатора Num Lock (назва "Num Lock" у буквальному перекладі означає
"фіксація цифр") починає працювати зручна клавіатурна панель із цифрами та
знаками арифметичних операцій, розташованими як на калькуляторі - це режим
блокування цифр. Якщо індикатор Num Lock вимкнений, то працює режим
керування курсором і ці "цифрові" клавіші дублюють клавіші керування
курсором, а також клавіші INSERT DELETE.
Крім цього, на додатковій цифровій клавіатурі продубльовано клавіші /,*,-,+
та Enter, які стали "сірими". Крім введення зазначених знаків, вони ще
застосовуються для інших цілей.
1.7 Підключення клавіатур
• Інтерфейс АТ з'явився 1984 року разом із комп'ютером ІВМ РС/АТ. Він
досі використовується на сучасних материнських платах форм-факторів АТ
і ВАТ, до яких підключається за допомогою 5-контактного роз'єму DIN.
• Наразі в переважній більшості випадків клавіатури під'єднують за
допомогою роз'єму PS/2, який з'явився в 1986 році і наразі встановлюють
на всіх материнських платах форм-фактора АТХ. Роз'єми АТ і PS/2 фізично
несумісні, але електрично і функціонально ідентичні. Тому АТ-клавіатуру
можна під'єднати до порту PS/2 за допомогою відповідного адаптера - з
новими клавіатурами часто продають адаптери, які дають змогу
під'єднувати їх до роз'ємів іншого типу.
• Деякі сучасні клавіатури можна підключати до порту USB. Найчастіше
USB-сумісні клавіатури мають стандартний роз'єм PS/2 або спеціальний
перехідник USB-PS/2.
• Існують також і радіо-клавіатури, які з'єднуються із системним блоком за
допомогою радіо-датчика (ресивера), під'єднаного до комп'ютерного
порту, і дають змогу користуватися комп'ютером на відстані.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
20
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
1.8 Альтернативні варіанти клавіатур
Важко сказати, чи може існувати більш важливий і універсальний пристрій
для введення інформації в комп'ютер, ніж клавіатура. Цілком можливо, що в
майбутньому, коли людина зможе спілкуватися зі своїм комп'ютером за
допомогою мови, жестів, міміки, відеозображень, клавіатуру потіснять інші
засоби введення інформації. Однак сьогодні, коли текст і символи як носії
інформації ще важливі, комп'ютер без клавіатури - це неповноцінний комп'ютер. І
можна точно сказати - клавіатура ще буде еволюціонувати.
Рисунок 1.9 – Гнучка клавіатура
Останнім часом виробники активно розвивають напрямок гнучкої
клавіатури. Попрацював, згорнув у трубочку, поклав у кишеню і пішов додому.
Удома дістав, розгорнув - і продовжив працювати або займатися своїми справами.
При цьому можна навіть каву на неї пролити - нічого не станеться, тому що
гнучка клавіатура герметична. Клавіатура абсолютно герметична. Однак це,
мабуть, єдиний її плюс. Серед недоліків - незручність, дуже тугі кнопки. Загалом,
поки вона тільки з цікавістю розглядається користувачами, але не стає гідним
конкурентом для звичної клавіатури. Може, коли-небудь, пройшовши довгий
шлях доопрацювань і вдосконалень, гнучке диво завоює авторитет.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
21
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Рисунок 1.10 – Сенсорна клавіатура з підсвіткою
Ще один пристрій, якого поки що немає в продажу, але над яким уже
працюють наші найкращі уми, - сенсорна клавіатура. Модна новинка буде являти
собою суцільну сенсорну поверхню, можливо, навіть з монітором.
Рисунок 1.11 – Лазерна клавіатура
Лазерна клавіатура - цілком реальне явище, тільки з клавіатурою як такою
воно має досить мало спільного. Невеликий пристрій, встановлений на
горизонтальну поверхню, під час увімкнення "малює" розкладку клавіатури.
Працювати з нею цікаво і навіть кумедно. На цьому переваги закінчуються.
Постійні помилки під час введення тексту і дратівливий червоний колір - ось поки
що значущі характеристики кумедної "намальованої" клавіатури.
Ще одне питання, яке в майбутньому наука буде вирішувати - це вплив
роботи з клавіатурою на здоров'я людини. Ця проблема не така вже й незначна, як
багатьом здається. Синдром зап'ястного каналу - так називається захворювання,
яке сьогодні вважається професійним. До появи болю й оніміння в кисті та
пальцях схильні барабанщики, сурдоперекладачі, мотогонщики - загалом, ті, хто
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
22
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
щодня виконує роботу, пов'язану з монотонними згинально-розгинальними
рухами кисті. Природно, до групи ризику потрапляють і ті, хто щодня проводить
за клавіатурою по кілька годин. Щоб уникнути розвитку захворювання, слід
дотримуватися низки заходів під час роботи за комп'ютером. Якщо Ви багато
працюєте з клавіатурою, варто придбати спеціальну підставку під зап'ястя
(сьогодні вони продаються в багатьох магазинах комп'ютерів та оргтехніки). При
цьому стежте за положенням рук: кут між передпліччям і плечем має бути
прямим, кисті рук - перпендикулярними до тулуба. Стосовно клавіатури кисті
мають перебувати під кутом приблизно в 60 градусів. Зап'ястя мають бути
нерухомі - рухаються тільки лікті та пальці. Клавіші натискаються м'яко, без
зусиль, як під час гри на піаніно. При цьому треба не забувати про відпочинок:
робити хоча б десятихвилинну перерву після кожної години роботи не тільки для
очей, а й для рук. Шкільне "ми писали, ми писали, наші пальчики втомилися"
дуже актуальне і корисне для будь-якого користувача. Майбутнє, звісно ж, за
ергономічними клавіатурами. Вони сприяють правильній постановці рук і
збереженню постави за рахунок "роздвоєності". Тобто проміжки між клавішами у
такого пристрою більші, ніж у звичайної клавіатури. Клавіші ніби розділені на дві
половини, кожна з яких відповідає правій і лівій руці. Така конструкція дає змогу
друкувати швидше і легше, зберігаючи при цьому максимально природне
положення рук.
Рисунок 1.12 – Зелена клавіатура
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
23
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Деякі вчені вже сьогодні замислюються про злиття гаджетів і природних
натуральних матеріалів. Сучасне людство не здатне відмовитися від електроніки,
що бурхливо розвивається. Наслідок такого становища - гори електронних
відходів металу, кремнію та пластику. Щоб знизити гостроту проблеми, можна
спробувати позбутися незручного для переробки сміття ще на стадії виробництва
електроніки. Наприклад, дизайнер з Нью-Йорка Robbie Tilton розробив
бездротову комп'ютерну клавіатуру з дерева і моху. для Apple - це цілком
сучасний продукт, у виробництві якого застосовувалися новітні технології. При
цьому клавіатура з моху і дерева виділяється своєю оригінальністю: текстури не
тільки мають гарний вигляд, а й приносять справжню естетичну насолоду під час
дотику.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
24
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
2 ПРИНЦИПИ СТВОРЕННЯ КАСТОМІЗОВАНИХ КЛАВІАТУР
2.1 Параметри, що повинні враховуватися при побудові кастомізованих
клавіатур
На ринку механічних клавіатур з'явився новий тренд - механічні клавіатури,
що налаштовуються. Люди можуть легко виготовити будь-яку клавіатуру, яку
захочуть, адже механічні клавіатури, що налаштовуються, дозволяють
користувачам персоналізувати відчуття від набору тексту, змінювати розкладку
клавіш, встановлювати комбінації клавіш і багато іншого.
Механічні клавіатури, що налаштовуються, зазвичай пропонуються у
вигляді комплектів:
- Повністю зібрані комплекти: Вони постачаються зі стандартною
клавіатурою і готові до використання з коробки. Ви можете розібрати її та
замінити інші частини, які вам подобаються.
- Пустотілі комплекти: Деякі пустотілі комплекти потрібно збирати вручну.
Зазвичай вони продаються без перемикачів і заглушок. Тому користувачі повинні
перевірити і придбати деякі аксесуари, необхідні для клавіатури і сумісні з
пустотілими наборами.
Перш за все, перед вибором збірки потрібно подумати про основні функції,
які потрібно отримати від клавіатури, оскільки деякі з цих важливих функцій
часто вже вбудовані в стандартні клавіатури. Іншими словами, змінити збірку
клавіатури нелегко, тому обирати її потрібно з розумом.
Розмір
Існує безліч різних розмірів клавіатур: повна, 96%, без клавіш (80%), 75%,
70%, 65%, 60% тощо. Кожен розмір відрізняється своєю унікальною розкладкою
та дизайном. Коли клавіатура стає меншою, цифровий блок, клавіші редагування,
функціональний рядок і цифри часто видаляються.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
25
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Макети ANSI, ISO та JIS
Окрім розмірів, існують також три типи логічних розкладок, про які варто
знати.
ANSI (Американський національний інститут стандартів): Найпоширеніша
у Сполучених Штатах.
Рисунок 2.1 – Логічна розкладка ANSI
Розкладка ISO (Міжнародна організація зі стандартизації): Розкладка ISO
зазвичай зустрічається в Європі.
Рисунок 2.2 – Логічна розкладка ISO
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
26
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Розкладка JIS (Japanese Industrial Standard): Спеціально розроблена для
японських клавіатур.
Рисунок 2.3 – Логічна розкладка JIS
Стилі кріплення
Корпуси клавіатур бувають різних типів кріплення. Нижче наведено кілька
найпоширеніших стилів кріплення клавіатурних блоків, на які варто звернути
увагу.
Кріплення для прокладок: Використовуйте прокладочний матеріал і вставте
його між пластиною та нижньою частиною корпусу.
Рисунок 2.4 – Кріплення з прокладочним матералом
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
27
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Кріплення в лоток: Друкована плата кріпиться до нижньої частини корпусу
кількома гвинтовими штифтами.
Рисунок 2.5 – Кріплення в лоток
Верхнє кріплення: Пластина кріпиться до верхньої рами.
Рисунок 2.6 – Верхнє кріплення
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
28
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Серед цих стилів кріплення, як правило, найпопулярнішим вважається
кріплення на прокладці, оскільки воно є м'яким і гнучким під час друку. Для
порівняння, інші є жорсткішими та менш еластичними.
Корпуси
Корпуси клавіатур можуть бути виготовлені з різних матеріалів, таких як
алюміній і пластик. Крім того, матеріали для корпусів іноді проходять різні
виробничі процеси, що впливає на їхню кінцеву якість, зручність набору тексту та
ціну. Загалом, металеві корпуси клавіатур, як правило, довговічніші та
стабільніші, тоді як корпуси з пластику легші та економічно вигідніші.
Бездротовий / дротовий способи підключення
- Бездротова: Бездротову клавіатуру можна підключити через Bluetooth або
за допомогою спеціального бездротового адаптера (наприклад, адаптера на 2,4
ГГц), що входить до комплекту поставки. Таким чином, користувачі не
турбуються про дроти і витрачають менше зусиль на встановлення на столі.
Однак суцільнометалеві клавіатури навряд чи підтримують бездротову функцію,
оскільки метал зазвичай блокує бездротові сигнали. Отже, суцільнометалеві
клавіатури з можливістю бездротового з'єднання мають нестабільний зв'язок.
(Keychron тестує можливість інтеграції бездротового зв'язку в суцільнометалеву
клавіатуру, очікуючи на прорив у стабільності бездротового зв'язку).
- Дротова: Дротові клавіатури безпосередньо підключаються до ПК за
допомогою кабелю, що забезпечує стабільну роботу без перешкод сигналу або
помітної затримки. Тому це звичайна функція для багатьох спеціальних клавіатур,
яка створює оптимальний ігровий досвід для конкурентоспроможних геймерів.
Підтримка драйверів/програмного забезпечення
Для вільного програмування функцій клавіш у багатьох клавіатурах
передбачено підтримку драйверів/програмного забезпечення, наприклад,
перерозподіл клавіш, налаштування RGB-підсвічування та створення макросів,
які запускають кілька входів одним натисканням клавіші. Давайте порівняємо
деякі найпоширеніші драйвери/програми на ринку.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
29
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
- QMK з VIA: QMK - це прошивка клавіатури з відкритим вихідним кодом,
найбільш прийнятна для спільноти кастомних клавіатур. Прошивка QMK має
багато спеціальних функцій, які дозволяють користувачам змінювати розкладку
клавіш, налаштовувати кілька шарів, комбіновані клавіші, макроси,
підсвічування, RGB і т.д. Via - це розширення QMK з відкритим вихідним кодом,
яке робить роботу з QMK набагато зручнішою для користувача.
- Інші: Існують також деякі драйвери та конфігуратори, розроблені
виробниками клавіатур для того, щоб їхні клавіатури можна було програмувати,
але, ймовірно, більшість з них не включають основні функції редагування шарів
та комбінацій клавіш.
Частота опитування
Загалом, частота опитування - це показник того, як часто пристрої звітують
перед підключеними комп'ютерами. Одиницею виміру є герци (Гц). Чим вище
значення, тим швидше реагує клавіатура.
На практиці механічної клавіатури з частотою опитування від 125 Гц до 250
Гц достатньо для щоденного використання в офісі. Але для зменшення затримок
при введенні даних і кращого ігрового досвіду геймерам, що змагаються, настійно
рекомендується мати частоту опитування 1000 Гц або вище.
Паяна / гаряча заміна друкованої плати
Припаяна друкована плата: друкована плата (плата, яка реєструє входи
клавіатури) має всі перемикачі припаяні до неї, що робить їх неможливим
витягнути вручну. Якщо ви хочете замінити перемикачі, вам знадобляться досвід
паяння та відповідні інструменти.
Друкована плата з можливістю гарячої заміни: на друкованій платі
попередньо встановлені гнізда для гарячої заміни, які дозволяють вставляти в них
перемикачі. Ви можете просто швидко замінити перемикачі без будь-яких
навичок пайки.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
30
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Анатомія кастомної механічної клавіатури
Далі описані всі функції, що легко налаштовуються, на які слід звернути
увагу і визначити, виходячи з особистих уподобань.
Накладки на клавіші
Вибір клавіатурної накладки може бути дещо складним, оскільки потрібно
врахувати багато елементів.
Матеріал: Зазвичай існує 2 основних типи пластику, що використовуються у
виробництві накладок для ключів: ABS і PBT. ABS - це більш поширений варіант
з блискучим покриттям, виготовлений з тоншого пластику, в той час як PBT, як
правило, є маслостійким і довговічнішим.
Рисунок 2.7 – 2 основних типи пластику, що використовуються у виробництві
накладок для клавіш ABS і PBT
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
31
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Профіль: Здебільшого стосується "висоти та форми". Найпоширеніші
профілі: OEM, Cherry, XDA та SA (всі клавіатури, що містять літери "SA", тобто
OSA, зазвичай мають вигин зверху). Вибір профілю клавіатури повністю
залежить від особистих уподобань. Але, можливо, вам доведеться ще раз
перевірити, чи сумісний профіль накладки з вашою клавіатурою, якщо ви купуєте
набір накладок окремо.
Рисунок 2.8 – Найпоширеніші профілі клавіш
Методи виготовлення: зазвичай стосується способу нанесення легенди на
клавіші та загального процесу виробництва. Існує кілька методів, таких як
сублімація, лазерне травлення та подвійний постріл.
Підсвічування просвічує чи ні: Якщо клавіатура має підсвічування, можна
розглянути можливість використання прозорих клавіш, щоб максимізувати ефект
підсвічування вночі.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
32
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Перемикачі
Механічні перемикачі - одна з найважливіших функцій, яка визначає, як ви
будете друкувати на клавіатурі. Перемикачі можуть відрізнятися за плавністю,
глибиною, стійкістю та рівнем шуму. Тим не менш, вони поділяються на три
основні типи: лінійні, клікабельні та тактильні.
Лінійна: Плавне та послідовне натискання клавіш з тихим шумом.
Тактильні відчуття: невеликий удар при кожному натисканні клавіші з
помірним шумом.
Клацання: невеликий удар при кожному натисканні клавіші з гучним звуком
клацання.
Деякі з популярних виробників вимикачів - Cherry, Gateron і Kailh. Деякі з
них навіть мають свої спеціальні пропозиції та лінійки. Часто необхідні додаткові
дослідження, щоб з'ясувати, який з них найкраще відповідає потребам.
Пластина
Пластина - це компонент, який допомагає утримувати перемикачі на місці.
Найпоширеніші пластини виготовляються з алюмінію, латуні, сталі, FR4 або
полікарбонату. Пластини, виготовлені з різних матеріалів, можуть мати різну
жорсткість. Найкращий матеріал пластини для вашої збірки залежить від ваших
особистих уподобань, а також від інших факторів, таких як матеріали корпусу.
Вони додають жорсткості та стабільності вашим перемикачам, а також можуть
впливати на зручність набору тексту на клавіатурі.
Стабілізатори
Стабілізатори (також відомі як "штифти") - це важливі деталі клавіатури, які
запобігають тремтінню, деренчанню або нахилу великих клавіш, таких як пробіл,
під час натискання, а також допомагають з'єднати кришки клавіш з перемикачем.
Найпоширеніші кріплення можна розділити на три типи: Вкручувані в друковану
плату, пластинчасті та затискні.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
33
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Рисунок 2.9 – Стабілізатори PCB screw-in, Plate-mounted, Clip-in
Більшість кастомних клавіатур віддають перевагу вкручуваним
стабілізаторам, оскільки вони вкручуються безпосередньо в друковану плату, щоб
забезпечити надійне і стабільне кріплення. Крім того, вкручувані стабілізатори
легко модифікувати, і на ринку є багато різних варіантів. Завжди використовуйте
вкручувані стабілізатори, якщо це можливо.
Кабелі
Багато клавіатур високого класу пропонують знімний кабель, або можна
зробити його самостійно. На ринку існує безліч типів кабелів, зокрема, дуже гарні
виті кабелі. Можна знайти безліч кастомних кабелів для механічних клавіатур з
цікавими кольорами, прямими або звивистими лініями та USB-роз'ємами, які
додадуть налаштуванню ще більшої гнучкості та стилю.
Інші
Деякі інші додаткові елементи, такі як значки, підставки для долонь і чохли
для перенесення, не є обов'язковими, оскільки вони не є необхідними і повністю
залежать від інтересів користувача. Потрібно переконатися, що ці аксесуари
сумісні з клавіатурою, перш ніж робити замовлення.
2.2 Вибір перемикачів для клавіатури
Залежно від своїх характеристик, вимикачі бувають трьох типів: Лінійні
перемикачі, тактильні перемикачі та клавішні перемикачі.
Лінійні перемикачі - найпростіші. Вони відчуваються однаково від моменту,
коли ви починаєте натискати на клавішу, і до моменту, коли вона вимикається.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
34
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Немає тактильного зворотного зв'язку або шуму при потраплянні в точку
спрацьовування (точка, де реєструється натискання клавіші - зазвичай десь
посередині). Отже, здебільшого ви, ймовірно, будете натискати на кнопку до
упору при кожному натисканні.
Тактильні перемикачі забезпечують тактильний зворотний зв'язок при
натисканні на точку спрацьовування. Коли ви натискаєте на клавішу, ви помітите
невелике поштовх, який дасть вам знати, що ваше натискання було успішно
зареєстровано.
Клавішні перемикачі забезпечують додатковий звук клацання при
натисканні на точку спрацьовування. Основна перевага тактильних і клікабельних
перемикачів полягає в тому, що вам не потрібно натискати клавішу до кінця. Ви
можете відпустити клавішу одразу після того, як отримаєте відгук.
Можна виділити кілька популярних типів механічних перемикачів.
Kailh Black / Red / Blue / Brown
За останні кілька років значно зросла кількість компаній, що
використовують перемикачі китайського виробника Kailh (Kaihua Electronics Co.).
Технічні характеристики перемикачів Kailh такі ж, як і у відповідних перемикачів
Cherry MX. І хоча компанія в основному просто скопіювала вимикачі Cherry MX,
це не обов'язково означає, що вони мають нижчу якість. Компанія має більш ніж
25-річний досвід виробництва електронних вимикачів.
Razer Green Switch / Razer Orange Switch / Razer Yellow Switch
Razer Green і Razer Orange Switch - ще два перемикачі для механічних
клавіатур. Вони обидва виробляються у співпраці з китайським виробником Kailh
(і, можливо, іншими), але мають свої власні унікальні специфікації. Razer Green
Switch схожий на Cherry MX Blue, але має меншу відстань та силу натискання.
Помаранчевий перемикач Razer можна порівняти з Cherry MX Brown, але він має
трохи меншу відстань спрацьовування. Жовтий перемикач Razer має схожі
характеристики з Cherry MX Red, але значно меншу відстань спрацьовування.
Вперше він був використаний в BlackWidow Chroma V2.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
35
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Romer-G
Romer-G - це тип перемикачів, представлений компанією Logitech у моделі
Orion Spark G910. Перемикачі виробляються самою компанією у партнерстві з
японською електронною компанією Omron. Оригінальні перемикачі Romer-G
забезпечують тактильний зворотний зв'язок і працюють тихіше, ніж більшість
перемикачів Cherry MX. Вони були спеціально розроблені для геймерів, найбільш
схожими на перемикачі Cherry MX є, мабуть, Cherry MX Brown, хоча Romer-G
спрацьовують на меншій відстані і вимагають меншого зусилля. Пізніше Logitech
перейменувала перемикачі на Romer-G Tactile і представила другий варіант,
Romer-G Linear, який не має тактильного зворотного зв'язку.
SteelSeries OmniPoint
SteelSeries OmniPoint - це дійсно універсальний перемикач: можна
самостійно вирішити, в який момент перемикач буде спрацьовувати. Відстань
спрацьовування можна встановити в діапазоні від 0,4 мм до 3,6 мм для кожної
клавіші окремо. Це стало можливим завдяки використанню магнітних датчиків,
які постійно вимірюють відстань натискання. Перемикачі OmniPoint - це лінійні
перемикачі, тому за відчуттями їх можна порівняти з Cherry MX Reds. Першою (і
поки що єдиною) клавіатурою з перемикачами OmniPoint стала SteelSeries Apex
Pro.
Лінійний оптичний перемикач Razer
Лінійний варіант оптичних перемикачів Razer має дуже коротку відстань
спрацьовування і вимагає для натискання клавіші трохи меншого зусилля, ніж
Cherry MX Red. Зважаючи на особливості цих перемикачів, варто запланувати
трохи часу, щоб звикнути до них.
Аналоговий оптичний перемикач Razer
Аналоговий перемикач з можливістю не тільки визначати, чи натиснута
клавіша, але й вимірювати, наскільки сильно вона натиснута. Це дає змогу
точніше контролювати рухи в іграх, подібно до джойстика. Крім того, можна
налаштувати, в який момент повинен спрацьовувати перемикач, і навіть
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
36
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
зареєструвати дві дії для різних точок спрацьовування одного натискання клавіші.
Першою повноцінною клавіатурою з аналоговим оптичним перемикачем Razer
стала Huntsman V2 Analog, випущена в лютому 2021 року.
Cherry MX
Найпопулярнішим виробником механічних перемикачів клавіатури є
німецька компанія Cherry. У 1980-х роках Cherry створила знаменитий перемикач
Cherry MX Switch і запатентувала його. Цей перемикач став практично
стандартом для механічних клавіатур. Майже кожна механічна клавіатура
використовувала перемикачі Cherry MX. Сьогодні термін дії патенту вже
закінчився, і кожен може використовувати концепцію перемикачів Cherry MX. З
ростом популярності механічних клавіатур в останні кілька років кілька
виробників представили власні типи перемикачів. Проте перемикачі Cherry MX
все ще користуються великою популярністю.
Рисунок 2.10 – Зображення з оригінального патенту Cherry GmbH на
механічний перемикач тіпу MX
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
37
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Вимикачі Cherry MX названі за кольором штока. Різні кольори також
означають різні характеристики. Отже, коли хтось говорить про те, якому кольору
перемикачів MX він віддає перевагу, він не має на увазі естетику. Хоча деякі
виробники вирішили пов'язати колір перемикача з кольором фону в деяких
клавіатурах. Але загалом це не так.
Чотири найпоширеніші типи перемикачів Cherry MX представлені нижче:
Cherry MX Black
Cherry MX Black - це лінійний перемикач, тому він не має зворотного
зв'язку при досягненні точки спрацьовування і просто створює шум при
натисканні. Сила натискання 60 cN є досить високою. Оскільки ви не отримуєте
зворотного зв'язку про спрацьовування, ви, ймовірно, досягаєте нижньої точки
при кожному натисканні клавіші. Як наслідок, ймовірність випадкових натискань
може зменшитися. З іншого боку, може бути досить втомливо проходити весь
перемикач при кожному натисканні.
Як наслідок, перемикачі Cherry MX Black здебільшого використовуються
геймерами, особливо в іграх жанру RTS і шутерах. Друкарі зазвичай обирають
інші типи перемикачів.
З серпня 2015 року існує також версія перемикача з шумопоглинанням -
Cherry MX Black Silent.
Перемикачі Cherry MX Red схожі на перемикачі Cherry MX Black. Обидва є
лінійними перемикачами без зворотного зв'язку. Різниця між ними полягає в
тому, що Cherry MX Red вимагає набагато меншого зусилля при натисканні (лише
45 cN). Завдяки цьому Cherry MX Red є дуже популярним вибором в ігрових
клавіатурах, оскільки забезпечує швидке спрацьовування.
З серпня 2015 року доступна також версія перемикача з шумопоглинанням -
Cherry MX Red Silent.
Cherry MX Blue
Cherry MX Blue - улюблений тип перемикачів більшості любителів
друкувати на комп'ютері. Cherry MX Blue забезпечує тактильний зворотний
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
38
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
зв'язок і має гучний і чіткий звук клацання. Ці перемикачі гарантують, що ви
розпізнаєте натискання на точку спрацьовування, а отже, дають змогу дуже
швидко набирати текст. Може знадобитися трохи практики, щоб перестати
натискати клавішу, коли вона потрапляє в точку спрацьовування, але коли ви
навчитеся, то будете писати тексти, як професійний секретар. Крім того, звук
клацання дуже приємний. Коли ви звикнете до клавіатури з перемикачами Cherry
MX Blue, писати на звичайній клавіатурі стане трохи нудно.
Хоча перемикачі Cherry MX Blue дуже добре підходять для друкарів, це не
означає, що вони погано підходять для геймерів. Насправді існує багато ігрових
клавіатур, які використовують їх, але їм доводиться конкурувати з великою
кількістю гібридних перемикачів за своє місце.
Єдине, про що слід пам'ятати: Клавіатури з перемикачами Cherry MX Blue
зазвичай досить гучні, тому звук клацання може дратувати або відволікати колег
або членів сім'ї.
Cherry MX Brown
Cherry MX Brown - одна з найпопулярніших моделей клавіатур на
сьогоднішній день. Можливо тому, що вона являє собою досить приємний гібрид
між ігровою та друкарською клавіатурою. Він забезпечує тактильний зворотній
зв'язок, але не видає звуку, як Cherry MX Blue. Перемикач дозволяє швидко
натискати клавіші в іграх, що робить їх ідеальними для MOBA, MMO, RTS та
подібних жанрів.
Крім того, їх часто використовують в умовах, коли перемикачі Cherry MX
Blue занадто гучні, а швидкий набір тексту бажаний.
Більше перемикачів Cherry MX
Cherry MX Speed (сріблястий)
Лінійний перемикач, схожий на Cherry MX Red, але з відстанню
спрацьовування лише 1,2 мм. Cherry MX Speed в основному використовуються в
іграх.
Cherry MX Green
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
39
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Cherry MX Green схожі на Cherry MX Blue, але з силою спрацьовування 80
cN. Вони використовуються переважно для пробілів.
Cherry MX Clear / Cherry MX Grey
Cherry MX Clear схожа на Cherry MX Brown, але має силу натискання 65 cN.
Cherry MX Grey - це ще одна варіація Cherry MX Brown з ще більшою силою
натискання 80 cN. Вони використовуються в кількох клавіатурах, але загалом
зустрічаються дуже рідко.
Для використання в клавіатурі використані саме перемикачі Cherry MX.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
40
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
2.3 Опис Arduino Uno Rev3/R3 та Arduino Nano V3.0
Arduino Uno Rev3 (рис. 13) - це плата, заснована на мікроконтролері
ATmega328P. Платформа має 14 цифрових пінів входу / виходу, 6 з яких можуть
використовуватися як виходи ШІМ, 6 аналогових входів, кварцовий генератор 16
МГц, роз'єм USB, силовий роз'єм, роз'єм ICSP і кнопку перезавантаження. Для
роботи необхідно підключити платформу до комп'ютера за допомогою кабелю
USB, або подати живлення за допомогою адаптера AC / DC або батареї.
Рисунок 2.11 – Плата Arduino Uno Rev3/R3
Arduino Uno Rev3 - це плата, заснована на мікроконтролері ATmega328P.
Платформа має 14 цифрових пінів входу / виходу, 6 з яких можуть
використовуватися як виходи ШІМ, 6 аналогових входів, кварцовий генератор 16
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
41
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
МГц, роз'єм USB, силовий роз'єм, роз'єм ICSP і кнопку перезавантаження. Для
роботи необхідно підключити платформу до комп'ютера за допомогою кабелю
USB, або подати живлення за допомогою адаптера AC / DC або батареї.
На відміну від всіх попередніх плат Ардуіно, Uno в якості перетворювача
інтерфейсів USB-UART використовує мікроконтролер ATmega16U2 (ATmega8U2
до версії R2) замість мікросхеми FTDI. На китайських варіантах використовується
перетворювач інтерфейсів USB-UART CH340G [23].
На платі Arduino Uno версії R2 для спрощення процесу оновлення
прошивки доданий резистор, що підтягує до землі лінію HWB мікроконтролера
8U2.
Зміни на платі версії R3 перераховані нижче:
• Розпінування 1.0: додані виходи SDA і SCL (біля виведення AREF), а також
два нових виходи, розташовані біля виходу RESET. Перший - IOREF -
дозволяє платам розширення підлаштовуватися під робочу напругу
Ардуіно. Даний вихід передбачений для сумісності плат розширення як з 5
В По-Ардуіно на базі мікроконтролерів AVR, так і з 3.3 В-платами Arduino
Due. Другий вихід ні до чого не приєднаний і зарезервований для майбутніх
цілей.
• Покращена стійкість ланцюга скидання.
• Мікроконтролер ATmega8U2 замінений на ATmega16U2.
Опис елементів плати зображено на рис.14.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
42
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Рисунок 2.12 – Елементи плати Arduino Uno Rev3/R3
• USB Plug - роз'єм для підключення пристроїв USB;
• Analog Reference Pin - для визначення опірної напруги АЦП;
• Digital Ground - земля;
• Digital I / O Pins (2-13) - цифрові виходи;
• Serial OUT (TX) - пін передачі даних по UART;
• Serial IN (RX) - пін прийому даних по UART;
• Reset Button - кнопка перезавантаження мікроконтролера;
• In-Circuit Serial Programmer (ISCP) - через ці контакти можна
перепрограмувати плату;
• ATmega328P Microcontroller - власне сам чіп Ардуіно, він же
мікроконтролер, процесор, мозок і т.д .;
• Analog In Pins (0-5) - аналогові входи;
• Voltage In - вхід використовується для подачі живлення від зовнішнього
джерела;
• Ground Pins - земля;
• 5 Volt Power Pin - живлення 5 В;
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
43
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
• 3 Volt Power Pin - живлення 3.3 В;
• Reset Pin - вхід для перезавантаження;
• External Power Supply - роз'єм для підключення зовнішнього джерела
живлення.
Опис пінів
Піни Ардуіно використовуються для підключення зовнішніх пристроїв і
можуть працювати як в режимі входу, так і в режимі виходу. Кожен вихід має
навантажувальний резистор (за замовчуванням відключений) 20-50 кОм і може
пропускати до 40 мА.
Деякі виходи мають особливі функції:
• Піни 0 і 1 - контакти UART (RХ і TX відповідно).
• Піни c 10 по 13 - контакти SPI (SS, MOSI, MISO і SCK відповідно)
• Піни A4 і A5 - контакти I2C (SDA і SCL відповідно).
Піни з номерами від 0 до 13 є цифровими. Це означає, що ви можете
зчитувати і подавати на них тільки два види сигналів: HIGH і LOW. За допомогою
ШІМ також можна використовувати цифрові порти для управління потужністю
підключених пристроїв [20].
Таблиця 2.1 – Цифрові піни
Пін Адресація Спеціальне призначення ШІМ
0 0 RX
1 1 TX
2 2 Вхід для переривань
3 3 Вхід для переривань ШІМ
4 4
5 5 ШІМ
6 6 ШІМ
7 7
8 8
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
44
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Продовження таблиці 2.1
9 9 ШІМ
10 10 SPI(SS) ШІМ
11 11 SPI(MOSI) ШІМ
12 12 SPI(MISO)
13 13 SPI(SCK) До виходу також приєднаний
вбудований світлодіод (є в більшості плат
Arduino)
Аналогові Піни Arduino Uno Rev3 призначені для підключення аналогових
пристроїв і є входами для вбудованого аналого-цифрового перетворювача (АЦП),
який в Ардуіно уно десяти розрядний.
Таблиця 2.2 – Аналогові піни
Пін Адресація Спеціальне призначення
A0 A0 або 14
A1 A1 або 15
A2 A2 або 16
A3 A3 або 17
A4 A4 або 18 I2C (SCA)
A5 A5 або 19 I2C (SCL)
Додаткові піни на платі та живлення
AREF - видає опірну напруги для вбудованого АЦП. Може управлятися
функцією analogReference ().
RESET - Низький рівень сигналу на виводі перезавантажує мікроконтролер.
Зазвичай застосовується для підключення кнопки перезавантаження на платі
розширення, що закриває доступ до кнопки на самій платі Arduino.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
45
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Плати Arduino Uno R3 може отримувати живлення через підключення USB
або від зовнішнього джерела живлення. Джерело живлення вибирається
автоматично.
Живити плату можна наступними способами:
• від зовнішнього адаптера - рекомендований напруга від 7 до 12 В. При
використанні напруги вище 12 В регулятор напруги може перегрітися і
пошкодити плату. При напрузі живлення нижче 7 В, висновок 5V може
видавати менше 5 В, що призведе до нестабільної роботи плати;
• від USB-порту комп'ютера;
• подача 5 В безпосередньо на пін 5V. В цьому випадку обходиться стороною
вхідний стабілізатор і навіть найменше перевищення напруги може
привести до проблем із виробом [20].
Виходи живлення:
• 5V - на цей пін Ардуіно подає 5 В, його можна використовувати для
живлення зовнішніх пристроїв;
• 3.3V - на цей пін від внутрішнього стабілізатора подається напруга 3.3 В;
• GND - висновок землі;
• VIN - пін для подачі зовнішнього напруги;
• IREF - пін для інформування зовнішніх пристроїв про робочій напрузі
плати.
Опис Arduino Nano V3.0
Рисунок 2.13 – Плата Arduino Nano V3.0
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
46
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Платформа Arduino Nano (укр. Ардуіно Нано) - відкрита і компактна
платформа з сімейства Arduino, побудована на мікроконтролері ATmega328, має
невеликі розміри та може бути використана в компактних пристроях.
Arduino Nano - це зменшений аналог Arduino Uno, відрізняється
формфактором плати, яка в 2-2.5 рази менше (19 x 43 мм), ніж Arduino Uno (53 х
69 мм), у відсутності силового роз'єму постійного струму і роботі через кабель
Mini-B USB. Платформа Nano має контакти у вигляді пінів, тому її легко
встановлювати на макетну плату.
На платі використовується чіп FTDI FT232RL для USB-Serial перетворення і
застосовується mini-USB кабель для зв'язку з Ардуіно замість стандартного.
Зв'язок з різними пристроями забезпечують UART, I2C і SPI інтерфейси [20].
Опис елементів плати зображено на рис.16.
Рисунок 2.14 – Елементи плати Arduino Nano V3.0
• USB Jack - роз'єм USB Mini-B для підключення пристроїв USB;
• Analog Reference Pin - для визначення опорного напруги АЦП;
• Ground - земля;
• Digital Pins (2-13) - цифрові виходи;
• TXD - пін передачі даних по UART;
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
47
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
• RXD - пін прийому даних по UART;
• Reset Button - кнопка перезавантаження мікроконтролера;
• ISCP (In-Circuit Serial Programmer) - контакти для перепрограмування плати;
• Microcontroller ATmega328P - мікроконтролер - головний елемент на платі;
• Analog Input Pins (A0-A7) - аналогові входи;
• Vin - вхід використовується для подачі живлення від зовнішнього джерела;
• Ground Pins - земля;
• 5 Volt Power Pin - живлення 5 В;
• 3 Volt Power Pin - живлення 3.3 В;
• RST - вхід для перезавантаження;
• SMD Crystal - кварцовий резонатор (жарг. «Кварц») - прилад, в якому
п'єзоелектричний ефект і явище механічного резонансу використовуються
для побудови високодобротного резонансного елементу електронної схеми;
• TX LED (White) - світлодіод - індикатор відправлення даних по UART;
• RX LED (Red) - світлодіод - індикатор прийому даних по UART;
• Power LED (Blue) - світлодіод - індикатор живлення;
• Pin 13 LED (Wellow) - підключений світлодіод до 13-му піну [20].
Опис пінів та живлення
Кожен з 14 цифрових виходів Nano, використовуючи функції pinMode (),
digitalWrite (), і digitalRead (), можна налаштовувати як вхід або вихід. Виходи
працюють при напрузі 5 В. Кожен вихід має навантажувальний резистор 20-50
кОм і може пропускати до 40 мА. Деякі виходи мають особливі функції:
• Послідовна шина: 0 (RX) і 1 (TX). Виходи використовуються для отримання
(RX) і передачі (TX) даних TTL. Дані виходи підключені до відповідних
виходів мікросхеми послідовної шини FTDI USB-to-TTL.
• Зовнішнє переривання: 2 і 3. Дані виходи можуть бути налаштовані на
виклик переривання або на молодшому значенні, або на передньому чи
задньому фронті, або при зміні значення. Детальна інформація знаходиться
в описі функції attachInterrupt ().
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
48
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
• ШІМ: 3, 5, 6, 9, 10, і 11. Будь-який з виходів забезпечує ШІМ з роздільною
здатністю 8 біт за допомогою функції analogWrite ().
• SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). За допомогою даних виходів
здійснюється зв'язок SPI, яка, хоча і підтримується апаратною частиною, не
включена в мову Arduino.
• LED: 13. Вбудований світлодіод, підключений до цифрового виходу 13.
Якщо значення на виході має високий потенціал, то світлодіод горить.
На платформі Nano встановлені 8 аналогових входів, кожен дозволом 10 біт
(тобто може приймати 1024 різних значення). Стандартно висновки мають
діапазон вимірювання до 5 В, щодо землі, проте є можливість змінити верхню
межу за допомогою функції analogReference (). Деякі виходи мають додаткові
функції:
I2C: A4 (SDA) і A5 (SCL). За допомогою висновків здійснюється зв'язок I2C
(TWI). Для створення використовується бібліотека Wire.
Додаткова пара виходів платформи:
AREF. Опорна напруга для аналогових входів. Використовується з
функцією analogReference ().
Reset. Низький рівень сигналу на виводі перезавантажує мікроконтролер.
Зазвичай застосовується для підключення кнопки перезавантаження на платі
розширення, що закриває доступ до кнопки на самій платі Arduino.
Arduino Nano може отримувати живлення через підключення Mini-B USB,
або від нерегульованого 6-20 В (вихід 30), або регульованого 5 В (вихід 27),
зовнішнього джерела живлення. Автоматично вибирається джерело з найвищою
напругою.
Мікросхема FTDI FT232RL (або CH340G) отримує живлення, тільки якщо
сама платформа запитана від USB. Таким чином при роботі від зовнішнього
джерела (НЕ USB), буде відсутня напруга 3.3 В, що генерується мікросхемою
FTDI FT232RL (або CH340G), при цьому світлодіоди RX і TX блимають тільки
при наявності сигналу високого рівня на виходах 0 і 1 [20].
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
49
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
В результаті було вирішено що для цього проекту краще підходить плата
Arduino Nano V3.0, так як на ній встановлений мікроконтролер ATmega328 і він
має майже всі функції, що і Arduino Uno Rev3/R3, до того ж розміри Arduino Nano
V3.0 менші що дає переваги в мобільності.
Для побудови пристрою доцільно взяти плату Arduino Nano, це дозволить
зменшити габаритні розміри.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
50
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
3 ОПИС ЗБИРАННЯ КЛАВІАТУРИ
3.1 Збирання клавіатури
Стандартні клавіатури можуть не влаштовувати користувача, з урахуванням
особливостей його роботи, використання клавіатури, анатомії, необхідності
постійної зміни положення рук. Тому доцільно створювати спеціалізовані
клавіатури, які мають задану форму, ергономіку, функціонал.
Одним з найпростіших способів побудови спеціалізованої клавіатури є
використання як основи плати Arduino.
Коли мова йде про мікроконтролери AVR з підтримкою USB, бібліотека
Lightweight USB Framework for AVRs (LUFA) є найкращим вибором. Вона
дозволяє цим процесорам стати "мозком" принтерів, MIDI-пристроїв, клавіатур
або майже будь-якого іншого типу USB-пристроїв.
При підключенні пристрою до USB-порту, пристрій повинен передати деякі
спеціальні структури даних, які називаються дескрипторами USB. Ці дескриптори
повідомляють комп'ютеру тип і властивості пристрою, що підключається, і
представлені у вигляді деревовидної структури. Пристрій може реалізовувати не
одну, а декілька функцій, що ще більше ускладнює ситуацію. Розглянемо
структуру дескрипторів клавіатури:
Дескриптор пристрою
Дескриптор конфігурації
Дескриптор інтерфейсу 0: GenericHID
Дескриптор кінцевого пристрою
Дескриптор інтерфейсу 1: Keyboard
Дескриптор кінцевого пристрою
Дескриптор інтерфейсу 2: Mouse
Дескриптор кінцевого пристрою
Більшість стандартних клавіатур мають лише один дескриптор інтерфейсу
клавіатури, що має сенс. Однак, користувацька програмована клавіатура, також
має дескриптор інтерфейсу миші, оскільки користувач може запрограмувати
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
51
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
довільні клавіші клавіатури для керування вказівником миші, щоб клавіатуру
можна було використовувати як мишу. Інтерфейс GenericHID слугує каналом
зв'язку для обміну інформацією про конфігурацію всіх спеціальних функцій
клавіатури.
Для тесьування правильності роботи створено скетч для надсилання
символу x кожну секунду.
uint8_t isSecondElapsed = 0;
int main(void)
{
while (1) {
_delay_us(1000);
isSecondElapsed = 1;
}
}
bool CALLBACK_HID_Device_CreateHIDReport(USB_ClassInfo_HID_Device_t* const
HIDInterfaceInfo,
uint8_t* const ReportID,
const uint8_t ReportType,
void* ReportData,
uint16_t* const ReportSize)
{
USB_KeyboardReport_Data_t* KeyboardReport =
(USB_KeyboardReport_Data_t*)ReportData;
if (isSecondElapsed) {
KeyboardReport->KeyCode[0] = HID_KEYBOARD_SC_X;
isSecondElapsed = 0;
}
*ReportSize = sizeof(USB_KeyboardReport_Data_t);
return false;
}
USB - це опитувальний протокол, що означає, що хост-комп'ютер через
певний інтервал часу (зазвичай 125 разів на секунду) запитує пристрій, щоб
дізнатися, чи є нові дані для надсилання. Відповідним зворотним викликом є
функція CALLBACK_HID_Device_CreateHIDReport(), яка у цьому випадку
надсилає сканкод символу x на хост щоразу, коли змінна isSecondElapsed містить
1. isSecondElapsed щосекунди встановлюється в 1 з основного циклу, а у
зворотному виклику - в 0.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
52
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Щоб додати до клавіатури можливість друкувати, потрібні клавіші, які
мають бути організовані у клавіатурну матрицю. Повнорозмірна 104-клавішна
клавіатура може мати 18 рядків і 6 стовпчиків. Цеможна зробити на основі
клавіатурної матриці 2х2, що зображено на схемі (рис 3.1):
Рисунок 3.1 – Схема підключення клавіатурної матриці 2х2
Якщо припустити, що ROW1 підключено до PINA0, ROW2 до PINA1, COL1
до PORTB0 і COL2 до PORTB1, то ось як виглядає код сканування:
/* A single pin of the microcontroller to which a row or column is connected. */
typedef struct {
volatile uint8_t *Direction;
volatile uint8_t *Name;
uint8_t Number;
} Pin_t;
/* This part of the key matrix is stored in the Flash to save SRAM space. */
typedef struct {
const uint8_t ColNum;
const uint8_t RowNum;
const Pin_t *ColPorts;
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
53
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
const Pin_t *RowPins;
} KeyMatrixInfo_t;
/* This Part of the key matrix is stored in the SRAM. */
typedef struct {
const __flash KeyMatrixInfo_t *Info;
uint8_t *Matrix;
} KeyMatrix_t;
const __flash KeyMatrixInfo_t KeyMatrix = {
.ColNum = 2,
.RowNum = 2,
.RowPins = (Pin_t[]) {
{ .Direction=&DDRA, .Name=&PINA, .Number=PINA0 },
{ .Direction=&DDRA, .Name=&PINA, .Number=PINA1 }
},
.ColPorts = (Pin_t[]) {
{ .Direction=&DDRB, .Name=&PORTB, .Number=PORTB0 },
{ .Direction=&DDRB, .Name=&PORTB, .Number=PORTB1 },
}
};
void KeyMatrix_Scan(KeyMatrix_t *KeyMatrix)
{
for (uint8_t Col=0; Col<KeyMatrix->Info->ColNum; Col++) {
const Pin_t *ColPort = KeyMatrix->Info->ColPorts + Col;
for (uint8_t Row=0; Row<KeyMatrix->Info->RowNum; Row++) {
const Pin_t *RowPin = KeyMatrix->Info->RowPins + Row;
uint8_t IsKeyPressed = *RowPin->Name & 1<<RowPin->Number;
KeyMatrix_SetElement(KeyMatrix, Row, Col, IsKeyPressed);
}
}
}
Код сканує по одному стовпчику за раз і в межах кожного стовпчика зчитує
стан окремих перемикачів. Потім стан ключових перемикачів зберігається у
масиві. У нашій попередній функції CALLBACK_HID_Device_CreateHIDReport()
відповідні коди сканування будуть надіслані на основі стану цього масиву.
Підключення всіх перемикачів виконано за схемою на рис 3.2
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
54
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Рисунок 3.2 – Схема підключення перемикачів клавіатурної матриці
Потрібно зіставити кнопки рядка і стовпця з виводами GPIO
мікроконтролера.
Збирання прототипу виконано на стандартній пластині.
Рисунок 3.3 – Встановлення перемикачів у відповідні отвори
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
55
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Рисунок 3.4 – З'єднання контактів на клавіатурі з платою Arduino
3.2 Прошивання клавіатури
Після закінчення написання програми можна перейти до наступного кроку –
прошивання Arduino.
Для прошивання Arduino необхідно згенерувати двійковий файл.
Для того щоб плата Arduino відображалась як клавіатура потрібно змінити
мікропрограму контролера.
Для цього потрібно підключити плату до комп’ютера.
Відкрити Arduino IDE 2 і перейти до Tools > WiFi101 / WiFiNINA Firmware
Updater.
У новому вікні, що відкриється, потрібно вибрати свою плату у
випадаючому меню і натиснурти кнопку, щоб перевірити наявність оновлень.
Далі можна обрати прошивку, до якої потрібно оновити плату.
Через певний час, коли процес завершиться, у консолі буде відображено:
Firmware successfully installed.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
56
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
ВИСНОВКИ
В роботі наведено загальні відомості про клавіатури, що включає:
визначення і призначення клавіатури, історію розвитку і винаходу клавіатур,
технічні характеристики стандартних клавіатур, наведено класифікацію клавіатур,
а також склад і призначення компонентів клавіатури, визначено можливості
підключення клавіатур, розглянуті альтернативні варіанти клавіатур.
Визначені принципи створення кастомізованих клавіатур, параметри, що
повинні враховуватися при побудові кастомізованих клавіатур, обрано перемикачі
для клавіатури, обрано Arduino Nano в якості контролера клавіатури.
Описано процес збирання та прошивання клавіатури.
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
57
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Барало О.В., Самойленко П.Г., Гранат С.Є., Ковальов В.О. Автоматизація
технологічних процесів і системи автоматичного керування. Навчальний
посібник. Київ. «Аграрна освіта». 2010. 557 с. [Електронний ресурс]. – Режим
доступу: https://www.kyrator.com.ua/index.php
2. Хоровіц, П.А. Мистецтво схемотехніки-1. К .: Світ, 1999.
3. pocket-keyboard [Електронний ресурс]. – Режим доступу до ресурсу:
https://github.com/w4ilun/pocket-keyboard/blob/master/firmware/keyboard/pocket_kbd/Makefile
4. Huijbregts, T.; Wallace, J.R. TalkingTiles: Supporting Personalization and
Customization in an AAC App for individuals with Aphasia. In Proceedings of the
2015 International Conference on Interactive Tabletops & Surfaces, Online, 15–18
November 2015; ACM: Madeira, Portugal, 2015; pp. 63–72.
5. Reyes, G.; White, S.C.; Zhang, X.; Bigham, J.P. When can accessibility help?: An
exploration of accessibility feature recommendation on mobile devices. In
Proceedings of the 18th International Web for All Conference, Online, 19–20 April
2021; ACM: Ljubljana, Slovenia, 2021; pp. 1–12.
6. Zhai, S.; Hunter, M.; Smith, B.A. Performance Optimization of Virtual
Keyboards. Hum. Comput. Interact 2002, 17, 229–269.
7. Updating Firmware version and Uploading Certificates [Електронний ресурс]. –
Режим доступу до ресурсу: https://docs.arduino.cc/software/ide-v2/tutorials/ide-
v2-fw-cert-uploader#firmware-updater
8. Grover R. Competition-Based Approach for Undergraduate Mechatronics Education
Using the Arduino Platform / International Conference of Teaching. Assessment and
Learning. – Bangkok : Chulalongkorn University, 2014. – P. 78–83.
9. STM32F407VE [Електронний ресурс]. – 2022. – Режим доступу до ресурсу:
https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32f407ve.html
10. Raynal, M.; Vigouroux, N. Genetic Algorithm to Generate Optimized Soft
Keyboard. In Proceedings of the CHI ’05 Extended Abstracts on Human Factors in
Лист
58 ЧДТУ 231936.001 ПЗ 58
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Computing Systems, Online, 2–7 April 2005; ACM: Portland, OR, USA, 2005; pp.
1729–1732.
11. Bi, X.; Smith, B.A.; Quasi-Qwerty soft keyboard optimization. In Proceedings of the
CHI ‘10: SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems, Online,
10–15 April 2010; ACM: Montréal, QC, Canada, 2010; pp. 283–286.
12. Li, Y.; Chen, L.; Goonetilleke, R.S. A heuristic-based approach to optimize
keyboard design for single-finger keying applications. Int. J. Ind. Ergon. 2006, 36,
695–704.
13. Vojtech, J.M.; Cler, G.J.; Stepp, C.E. Prediction of Optimal Facial
Electromyographic Sensor Configurations for Human-Machine Interface
Control. IEEE Trans. Neural. Syst. Rehabil. Eng. 2018, 26, 1566–1576.
14. Custom Wireless Keyboard! DIY Project (Arduino) Електронний ресурс]. – Режим
доступу до ресурсу: https://medium.com/@ProjectsWithRed/custom-wireless-
keyboard-diy-project-arduino-c90047844e18
15. Глинський Я. М., Анохін В.Є., Ряжська В.А. C++ і C++ Builder: Навчальний
посібник 5-те вид. – Львів: СПД Глинський, 2011. – 192 с.
16. Mechanical Keyboard PCB: DIY Custom Keyboard Tutorial [Електронний
ресурс]. – Режим доступу до ресурсу: https://www.fs-pcba.com/keyboard-pcb/
17. Mechanical Switches How to Choose [Електронний ресурс]. – Режим доступу до
ресурсу: https://www.rtings.com/keyboard/learn/mechanical-switches
18. Dell’Amico, M.; Díaz, J.C.D.; Iori, M.; Montanari, R. The single-finger keyboard
layout problem. Comput. Oper. Res. 2009, 36, 3002–3012.
19. How to Choose A Custom Mechanical Keyboard? [Електронний ресурс]. – Режим
доступу до ресурсу: https://keychron.com.au/blogs/news/how-to-choose-a-custom-
mechanical-keyboard
20. Довідкова інформація Arduino [Электронный ресурс]. – Режим доступу :
https://www.arduino.cc
21. Switch Types [Электронный ресурс]. – Режим доступу https://www.mechanical-
keyboard.org/switch-types/
Лист
ЧДТУ 231936.001 ПЗ
59
Змн. Лист № докум. Підпис Дата