                    Лабораторная работа по курсу
                  " Периферийные  устройства  ЭВМ "

"Проверка технического состояния клавиатуры электронной 3Ю4.035.003
               Харьковского завода "Оргтехника"  "

1. Целью работы является проверка работоспособности клавиатуры путем
    наблюдения формы сигналов , возникающих в линиях интерфейса при
    нажатии клавиш
2. Технические  данные
      2.1. Ход клавиш до упора , mm                     4
      2.2. Допустимое нажатие    H                      0.9
      2.3.  При длительном нажатии возникает режим "Легато"(Повтор) для всех
              клавиш кроме INIT ,CTRL,<-,->,CAPS LOCK,ALT,NUM LOCK,
              SCROLL LOCK .
      2.4.  Максимальная частота нажатий                 15 Гц
      2.5.  Частота повторов в режиме " Легато "         30 Гц
      2.6.  Набор входных и выходных сигналов соответствует Таблице 1.
            Уровни сигналов соответствуют ТТЛ
                                                     Таблица 1
┌────┬──────────────────────┬──────────────────────┬──────────────────────┐
│ #  │     Назначение       │    Направление       │     Примечание       │
│конт│       сигнала        │     сигнала          │                      │
├────┼──────────────────────┼──────────────────────┼──────────────────────┤
│    │    Данные            │  Из  клавиатуры      │                      │
│    │    клавиатуры (ДАН)  │                      │    Выход  с          │
│ 1  ├──────────────────────┼──────────────────────┤     открытым         │
│    │    Блокировка        │  В  клавиатуру       │     коллектором      │
│    │    клавиатуры        │                      │                      │
├────┼──────────────────────┼──────────────────────┼──────────────────────┤
│    │    Синхросигналы     │  Из  клавиатуры      │                      │
│    │    клавиатуры (СИН)  │                      │    Выход  с          │
│ 3  ├──────────────────────┼──────────────────────┤     открытым         │
│    │    Сброс             │  В  клавиатуру       │     коллектором      │
│    │    клавиатуры        │                      │                      │
├────┼──────────────────────┼──────────────────────┼──────────────────────┤
│    │    Сброс от кнопки   │  Из  клавиатуры      │                      │
│    │     INIT в интерфейс │                      │                      │
│    │     ПЭВМ  (СБРОС П)  │                      │    Выход  с          │
│ 5  ├──────────────────────┼──────────────────────┤     открытым         │
│    │    Сброс             │  В  клавиатуру       │     коллектором      │
│    │    клавиатуры        │                      │                      │
└────┴──────────────────────┴──────────────────────┴──────────────────────┘

      2.7.  Протоколы обмена информацией .

           2.7.1.  При включении электропитания ( т.е. поданном в клавиатуру
             через контакты 8 (+5 В) и 2,4,6,7 (0 В)  разъема  ) на линиях
             ДАН , СИН , СБРОС П удерживается высокий уровень
           2.7.2.  Временная диаграмма

                 50 мкс
         ->|   |<-                                                   20 мкс
           |   |   |   |   |   |   |   |   |                 -> | <-
 СИН ────┐ ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐ ┌───────────────────┐|┌──────
         │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │                   │|│
         └─┘ └─┘ └─┘ └─┘ └─┘ └─┘ └─┘ └─┘ └─┘                   └─┘
 ────────────────────────────────────────────────────────────────────────> t

           |   |   |   |   |   |   |   |   |                    |
           |   |   |   |   |   |   |   |   |     Є20 мкс        |
           |   |   |   |   |   |   |   |   |           -> | <-  |
 ДАН ───┐  |   |┌───────┐  |┌───────────┐  |┌────────────┐|┌────────────
        │  |   |│  |   |│  |│  |   |   |│  |│            │|│    |
        └───────┘  |   |└───┘  |   |   |└───┘            └─┘    |
 ────────────────────────────────────────────────────────────────────────> t

           |   |   |   |   |   |   |   |   |              |     |
           |   |   |   |   |   |   |   |   |              |     |
           |   |   |                   |   |              |     |
 Передача  |   |   |                   |   |              |     |
 стартового|   |   |                   |   |              |     |
 бита      |   |   |                   |   |              |     |
___________|   |   |                   |   |              |     |
               |   |                   |   |              |     |
 Передача      |   |                   |   |              |     |
 бита D0       |   |                   |   |              |     |
_______________|   |                   |   |              |     |
                   |                   |   |              |     |
 Передача          |                   |   |              |     |
 бита D1           |                   |   |              |     |
___________________|                   |   |              |     |
                                       |   |              |     |
                                       |   |              |     |
 Передача                              |   |              |     |
 бита D6                               |   |              |     |
_______________________________________|   |              |     |
                                           |              |     |
 Передача                                  |              |     |
 бита D7                                   |              |     |
___________________________________________|              |     |
                                                          |     |
 Состояние  блокирования                                  |     |
 данных клавиатуры                                        |     |
 ( нет разрешения данных )                                |     |
 шунтированием линии                                      |     |
 ДАН  в  ПЭВМ                                             |     |
__________________________________________________________|     |
                                                                |
 Сброс клавиатуры сигналом                                      |
 из ПЭВМ шунтированием                                          |
 линии СИН . Состояние                                          |
 " Нет разрешения СИ "                                          |
________________________________________________________________|
      
                            Рис. 1
      
           2.7.2.  Все клавиши за исключением INIT геннерирует два кода :
            код нажатия и код отпускания. Код отпускания образуется сложением
            кода нажатия с числом 80H. Нажатия INIT выводится по линиии
            "СБРОС П" (эта линия отсутствует в клавиатуре IBM PC ).

           2.7.3.  При отсутствии разрешения передачи в ПЭВМ код клавиши
            запоминается в буфере. Объем буфера до 20 кодов. Выдача кодов из
            буфера осуществляется в порядке поступления , после разрешения
            передачи данных. Если буфер был переполнен , то первым символом
            перед передачей из буфера выдается FFH.

           2.7.4.  Если при разрешении данных проследовал сброс клавиатуры
            из ПЭВМ по линии СИН или было нажатие клавиши INIT , то из
            клавиатуры в ПЭВМ проследует код AAH.

           2.7.5.  Байты передаются последовательно по линии ДАН , начиная
             с младшего бита.

      2.8.  Клавиатура обеспечивает вход в режим "Легато"(Повтор) спустя
             1 сек после начала нажатия клавиш .

      2.9.  Частота повторений выдачи                    10 ё3 Гц.

      2.10. Клавиатура обеспечивает индикацию нажатия клавиш "Р/Л"(РУС/ЛАТ),
             "CAPS LOCK","NUM LOCK" с помощью индикаторов , зажигаемых
             и гасящихся после каждого нажатия клавиш. По сигналу "INIT" и
             "СБРОС П" эти индикаторы гасятся.

      2.11. Клавиатура обеспечивает звуковое сопровождение нажатия клавиш.

      2.12. Напряжение питания                           5 ё0.25 В
      2.13. Потребляемый ток                    не более 0.75 A
      2.14. Масса клавиатуры                    не более 2 кг
      2.15. Клавиатура выдерживает 5000000  циклов нажатий.

3.  Принцип  действия  клавиатуры.
      3.1.  При нажатии клавиши металлическая пластина приближается к
        печатной индуктивности со спиральным расположением витков , что
        приводит к изменению индуктивности .
      3.2.  При опросе состояния клавиш через индуктивности клавиш поочередно
        пропускаются серии импульсов тока 15 mA частотой 1.6 МГц . При этом
        возникает ЭДС самоиндукции , зависящая от величины индуктивности .
      3.3.  Импульсы ЭДС самоиндукции участвуют в разряде конденсатора ,
        напряжение которого восстанавливается в начале каждого цикла .
        Если клавиша не нажата , конденсатор разрядится до уровня , который
        регистрируется как "0". В ином случае будет регистрироваться "1".
      3.4.  Система опроса клавиш проводит опрос по строкам и столбцам
        матрицы клавиш сигналами , выработанными при помощи дешифраторов,
        счетчиков, регистров .
      3.5.  Алгоритмы клавиатуры реализованы на однокристальной микроЭВМ
        1816ВЕ48 с внешней памятью данных(ОЗУ) и программ(ПЗУ) .

4.  Попядок выполнения работы .
      4.1.  Собрать или проверить правильность сборки , если собран , стенд
        для наблюдения сигналов "ДАН" и "СИН" клавиатуры в соответствии
        со схемой ( Рис.2 )
    ┌──────────┐                         ╔════════════════╗
    │ Источник │                         ║   Осциллограф  ║
    │   +5 В   │                         ║     С1 - 17    ║
    └─┬──────┬─┘                         ║   запоминающий ║
  +5 В│     ┴│ 0 В                       ║   двухлучевой  ║
      │      │                           ╚═╤═╤════════╤═╤═╝
      │      │                             │ │        │ │
      │      │                             │ │        │ │
      │      │                             │ │        │ │
      │      │                             │ │        │ │
      │      │                             │ │        │ │
      │      │                           ┌─┘ │  ┌─────┘ │
      │      │                           │   │  │       │
      │      │                           │ ┌─┘  │       │
      │      │        ┌──────────────────┼─┼────┼─────┐ │
      │      └────────┼────*──────*──────*─┼────*     │ │
      │               │╔═╗ 0 В             │          │ │
      │  ╔════════════╪╣ ║                 │          │ │
      │  ║            │╚═╝+5В  СБРОС П  СИН│   ДАН    │ │
      └──╫────────────┼────*      *      *─┘    *─────┼─┘
         ║            └───────────────────────────────┘
         ║
         ║<-- Линии ДАН,СИН,СБРОС П, 0 вольт,+5 вольт.
         ║
         ║    ┌─────────────────────────────────────────────────┐
         ║    │                                                 │
         ║    │                                                 │
         ╚════╡                                                 │
              │                                                 │
              │           К л а в и а т у р а                   │
              └─────────────────────────────────────────────────┘
                              Рис. 2


      4.2.  При отключеной линии +5 В , но включенном источнике
       электропитания  проверить соответствие напрежения электропитания
       значению +5 В при помощи тестера ТЛ - 4. После этого подключить
       электропитание .

      4.3.  Провести сброс клавиатуры.
      Для этого нажать однократно клавишу INIT , затем проводником,
      подключенным  к  линии  "0 вольт",кратковременно
      прикоснуться к линии СИН ( это должно вызвать
      сброс клавиатуры; нормальное завершение сброса - погасли светодио-
      ды индикации, ненормальное - светодиоды мерцают,требуется повто-
      рить нажатие INIT и прикосновение к  СИН ).
          После сброса исправная клавиатура готова к работе и без нажатия
      клавиш никаких сигналов не выдаст. Если имеется неисправная кла-
      виша, которая имитирует состояние "нажата", то возникает  перио-
      дическое повторение выдачи кодовой комбиниции этой клавиши. Это
      можно использовать для настройки осциллографа. Переключите осцил-
      лограф в режим без запоминания ( если нет периодических сигналов,
      необходимо  нажать и удерживать
       какую-либо символьную клавишу ) и настройте осциллограф, оперируя
          - уровнем синхронизации ;
          - коэффициентами передачи по каналам I и II (1 в/дел) ;
          - яркостью лучей I и II ;
          - длительностью развертки ( ў 200 мкс/дел ) .
        При этом удобно использовать внутреннюю синхронизацию развертки
       от канала, где проходит сигнал ДАН , так как стартовый импульс
       в линии ДАН опережает первый импульс синхронизации (Рис.1) .

      4.4.  Задание #1
        Поочередно нажимая все клавиши , убедиться в наличии реакции,
     т.е.,осциллограмм на экране . В отчете регистрировать результаты :
          наименование клавиш , не выдававших сигналы при нажатии ,
      неисправных.

      4.5.  Задание #2
        Удерживая клавишу какого-либо символа , зарисовать осциллограммы
          сигналов  ДАН и СИН . Расшифровать их , то есть определить кодовую
          комбинацию , сравнить полученную кодовую комбинацию  c комбинацией
          из таблицы кодирования (Таблица #2) .
        Повторить операции без зарисовывания осциллограмм для всех символов .
        Результаты отобразить в отчете .

      4.6.  Задание #3
        Для какого-либо символа алфавита изучить наличие изменений в кодовой
          комбинации
         -  при  нажатии символьной клавиши совместно с клавишей ALT и
       CTRL ;
         - при нажатии символьной клавиши до и после клавиши РУС/ЛАТ ;
        Выводы привести в отчете .

      4.7. Задание #4
        Изучить влияние на формируемые кодовые комбинации наличие
           включенного состояния индикаторов "CAPS LOCK" и "NUM LOCK".
        Результаты отобразить в отчете .

      4.8. Задание #5
        Под руководством преподавтеля настроить осциллограф для работы в
          режиме запоминания .
        Подготовить проводники для закорачивания сигналов ДАН и СИН на
          общий провод .
        Изучить форму сигналов и кодовые комбинации передаваемые
          после снятия закоротки с линии ДАН ,
          если во время закораченного состояния ДАН ( клавиатура  блокиро-
          вана ) нажатием символьной клавиши (многократно или длительно)
          вызвано переполнение буферной памяти клавиатуры ( об этом сви-
          детельствует исчезновение звукового сигнала ,сопровождающего
          нажатие клавиш.
        Результаты  отобразить  в  отчете  с приведениемм осциллограмм
       передачи первой пары символов после снятия блокировки клавиатуры,
       как при наличии,так и при отсутствии переполнения буферной памяти
       во время состояния блокирования кловиатуры.

      4.9. Задание #6
        В режиме запоминания изучить форму сигнала после нажатия клавиши
          INIT на линии СБРОС П  и передаваемую кодовую комбинацию на линии
          ДАН .
        Результаты отобразить в отчете .


           Контрольные  вопросы .

      1. Зачем может потребоваться закорачивание на общий провод (шун-
     тирование) линии ДАН и линии СИН со стороны ПЭВМ ?
      2. Как в ПЭВМ определяют , что началась передача новой кодовой
     комбинации,а не продолжается передача предыдущей ? То есть , как
     организуется синхронизация по циклам в интерфейсе клавиатуры ?
      3. Каково назначение клавиши INIT и почему затрудено ее случайное
     нажатие ?
      4.  Какой смысл в выработке разных кодов при нажатии и при отжа-
     тии клавиш?
      5. Почему автоматическое повторение организовано не сразу  ,  а  через
     секунду после начала нажатия клавиши ?
      

         Приложение  1.  Кодировка  информации  .  (Номера  позиций  -
                        16-ричные, номер позиции по вертикали соответ-
                        ствует младшему полубайту , а по горизонтали
                        старшему полубайту кодовой комбинации )
             
             ┼───┼────┼─────┼─────┼────────┼─────────────┼──────┼────┼────┤
             │ # │    │     │     │        │             │      │    │    │
             │поз│ 0  │ 1   │ 2   │   3    │     4       │  5   │ 6  │ 7  │
             ┼───┼────┼─────┼─────┼────────┼─────────────┼──────┼────┼────┤
             │ 0 │    │Я Q  │Д D  │Б  B    │ F6          │ 2   │    │    │
             │ 1 │ESC▓│В W  │Ф F  │Н  N    │ F7          │ 3   │    │    │
             │ 2 │! 1 │Е E  │Г G  │М  M    │ F8          │ 0 <->│ -> │    │
             │ 3 │@ 2 │Р R  │Х H  │<  ,    │ F9          │ .-><-│    │    │
             │ 4 │# 3 │Т T  │Й J  │>  .    │ F10         │ Ш    │    │    │
             │ 5 │$ 4 │Ы Y  │К K  │?  /    │NumLock     ▓│ Щ    │    │    │
             │ 6 │% 5 │У U  │Л L  │RSht   ▓│Scroll/Break▓│ Ъ    │    │    │
             │ 7 │^ 6 │И I  │: ;  │PrtSc * │7            │ Э    │    │    │
             │ 8 │& 7 │О O  │" '  │ ALT   ▓│8           │ Ю    │    │    │
             │ 9 │* 8 │П P  │~ `  │Пробел  │9           │ Я    │    │    │
             │ A │( 9 │[ {  │LSht▓│СpsLock▓│- (минус)    │Р/Л   │    │    │
             │ B │) 0 │] }  │| \  │ F1     │4     <-     │      │    │    │
             │ C │- _ │CR   │З z  │ F2     │5            │      │    │    │
             │ D │+ = │CTRL▓│Ь x  │ F3     │6     ->     │      │    │    │
             │ E │BS  │А A  │Ц c  │ F4     │+ (плюс)     │      │    │    │
             │ F │TAB │С S  │Ж v  │ F5     │1    -->     │      │    │    │
             ┴───┴────┴─────┴─────┴────────┴─────────────┴──────┴────┴────┘
           BS (BackSpace ) -- Забой
           TAB             -- Табуляция
           LSht и RSht ( Left and Right Shift )
           CR ( Carriage Return) --  Перевод каретки
 1. В кодах нажатия клавишей разряд D7 равен 0 , в кодах отжатия клавишей
      разряд D7 равен 1 .
 2. Клавиши , отмеченные знаком ▓ , не должны генерировать код в режиме
      "Повтор" при длительном нажатии клавиши .







