外部设备的功能之一是实现人机交流;之二是用于存储大量的信息。随着计算机特别是微型机的普及,以及系统软件的改善使得操作十分简单、界面友好,加之外部设备价格不断降低,人们对外部设备的需求也不仅仅局限于键盘和显示器。然而外部设备的种类繁多,应用领域广泛,这里不可能全面地介绍。即使常见的外部设备,其结构和工作原理也是十分复杂的,下面仅就基本工作原理和使用方法进行说明。
7.1常用输入设备
输入设备的作用是为计算机提供信息。输入设备的信息可分为如下儿种表现形式:开关信号、编码、坐标和(用二进制表示的)图像。
7.1.1键盘
键盘不仅仅只有我们常见的标准键盘,即使键盘,其形式也随着计算机(包括单片机的应用领域不同已有很大的差异。例如,数控机床的操作面板,打印机的操作按键等,它们均有键盘的基本属性。从形式上看每个按键所标注的功能有着天壤之别,但是实际上它们只是给了计算机一个开关的闭合信号,它所引起的一系列操作是由程序完成的。
1.键开关
无论哪种键盘,键盘的基本元件是按键开关。对于同一个键盘,它的每一个按键开关结构都是完全相同的。通过键开关,可以把按键的动作转变为电信号
键开关的结构多种多样,但一般可以分为有触点式键开关和无触点式键开关两种。
(1)有触点式键开关
这一类开关主要有机械簧片式、干簧管式、薄膜式和导电橡胶式等。
1)机械簧片式
机械簧片式键开关的结构如图7.1所示。在绝缘材料制成的键杆下面,连接一块簧片,由于复位弹簧向上的弹力,平时簧片与印制板不接触。当操作员按下键帽时,这时键杆下面的簧片与印制板上的铜箔接触,电路则被接通。如果把簧片改成导电橡胶,则为导电橡胶式键开关。因为橡胶的柔性比簧片要好,所以工作时,它与印制板上的铜箔接触更为可靠。
为保证这类开关触点有良好的导电性,在触点部位常常被镀有一层金或银。但由于大气腐蚀、机械磨损或触点抖动,都会使其可靠性下降。然而,它们结构简单、价格低廉,且理论上有着最理想的开关特性(即开、关之间的电阻值为0Ω和∞2),故在相当多的键盘中,仍然采用这种结构。
2)千簧管式
干簧管式键开关的结构如图72所示。这是一个被抽成真空的玻璃管,其内部装有两片磁性簧片。当外磁场达到一定强度时,管内两片磁性簧片就相互吸引,并接触,即簧片由断开变为接通。因此,当键被按下时,磁铁靠近干簧管,于是两片磁性簧片就吸合在一起而相互接触;当按键被释放时,由于复位弹簧的作用,磁铁远离干簧管,簧片就自动分开,恢复到原来相互不接触的位置。
这种结构的机械触点完全被封装在抽真空的玻璃管内,所以它比上述机械簧片式键开关对外界环境的防腐能力要强,因而可靠性较高,寿命较长,操作也较轻便,所以应用也较广泛。
3)薄膜式
其结构如图7.3所示。这种结构的键开关是由基底、衬垫和薄膜等构成。它们都由绝缘材料制成,但在基底与薄膜相对的面上,涂了一层金属膜,衬垫厚度为0.05一0.1mm。薄膜上,装有键帽,按下时,上下金属膜接触,开关接通:键帽不按时,由于薄膜的弹性,上下金属膜自动脱离。
这种开关结构也较好地解决了密封问题,对外界环境具有较强的防腐能力,成本也低。但由于薄膜易于老化,老化后,薄膜弹性下降,所以使用寿命较短。