Lucrarea nr. 3
 

Tastatura

Introducere
Schema generală a unei tastaturi mecanice
Tastatura la calculatoarele PC

Tema de laborator

1. Introducere

Cel mai răspândit dispozitiv de introducere a textului pe calculator este tastatura. La începuturile calculatoarelor, când s-a simţit nevoia existenţei unui dispozitiv pentru introducerea textului în calculator, a fost folosit modelul maşinii de scris, datorită largii sale răspândiri (cu alte cuvinte aceasta a fost preferinţa utilizatorilor la momentul respectiv). De atunci tastatura QWERTY a fost considerată ca dispozitiv standard de intrare pentru un calculator, iar în 1971 a fost declarată oficial ca tastatura calculatorului. 

2. Schema generală a unei tastaturi mecanice

În figura 1 este prezentată la nivel de principiu schema bloc a unei porţiuni din tastatură, care cuprinde 16 taste împărţite în patru linii şi patru coloane, şi două LED-uri. Tastatura cuprinde următoarele părţi mari componente: matricea de comutatoare, registrul pentru selectarea liniei şi aprinderea/stingerea LED-urilor, un tampon pentru citirea comutatorului acţionat de pe o anumită linie. Fiecare tastă este un comutator, poziţionat pe o anumită linie şi o anumită coloană. Pe lângă aceste elemente pasive mai există un controller care monitorizează continuu matricea de comutatoare, iar la acţionarea unui comutator, transmite calculatorului codul de scanare (asupra codurilor de scanare vom reveni) asociat tastei apăsate. Această monitorizare se concretizează în executarea repetitivă a următoarelor operaţii:

Când nu este apăsată nici o tastă de pe linia care se monitorizează, pe toate coloanele este valoarea 1 logic. Când este apăsată o anumită tastă, se închide contactul corespunzător tastei din matricea de comutatoare, iar pe coloana corespunzătoare comutatorului acţionat vom avea o valoare de 0 logic. Valorile liniei şi coloanei corespunzătoare tastei apăsate intră într-un codificator care returnează codul de scanare al tastei. Când trebuie aprins un LED, se încarcă în registrul de linie valoarea 0 pe poziţia corespunzătoare LED-ului.

Figura 3.1 Schema generală a unei tastaturi

3. Tastatura la calculatoarele PC

3.1 Interfaţa tastatură-calculator

Tastatura IBM este conectată la calculator printr-o interfaţă serială similară unui port COM. Calculatorul compatibil IBM AT foloseşte ca interfaţă un connector DIN cu 5 pini cu următoarele semnale (figura 2):

CLK(Clock)/CTS(Clear To Send) (open-collector); RxD/TxD/RTS(Request To Send) (open-collector); Neconectat sau RESET; GND; +5V.

Figura 3.2

Transfer sistem-tastatură: Când calculatorul doreşte să trimită un octet de comandă tastaturii, activează RTS şi dezactivează CTS. Tastatura, dacă nu are un octet de trimis calculatorului, răspunde prin generarea impulsurilor de tact pe linia CLK. Calculatorul trimite comanda serial pe linia TxD pe fiecare front descrescător al impulsului de tact iar informaţia este preluată de către tastatură pe următorul front crescător. După ce a fost transmis bitul de paritate, controller-ul deconectează linia TxD (este pusă pe 1 logic) şi aşteaptă încă un impuls de tact.

Transfer tastatură-sistem: Atunci când este apăsată sau ridicată o tastă, tastatura va iniţia transferul dacă liniile RTS şi CTS sunt inactive (1 logic). Dacă linia CTS este pe 0 logic, octetul de date se va salva într-un buffer intern până când este posibilă transmiterea lui.

Un alt tip de interfaţă folosită la calculatoarele actuale este PS2. Acest tip de interfaţă a fost dezvoltat de IBM pentru tastaturi şi mouse-ri. Interfaţa PS2 foloseşte pentru comunicaţia cu tastatura un protocol serial sincron folosind semnale TTL. Comunicaţia este bidirecţională, şi este controlată de liniile de tact şi date aşa cum este prezentat în figura 3.3:

Figura 3.3 Transferul tastatură-sistem

Date Rezervat GND +5V CLK Rezervat

Figura 3.4

3.2 Programarea tastaturii

Circuit 8042 are asociate următoarele două adrese de porturi: portul 60H şi portul 64H. Portul 60H este pentru scrierea datelor, dar şi pentru menţinerea compatibilităţii cu modelele de tastaturi mai vechi. Portul 64H este folosit pentru scrierea de comenzi şi date, dar şi pentru citirea stării tastaturii. Înainte de a trimite o comandă tastaturii, BIOS-ul îi testează starea (in al,64h) şi se asigură dacă nu este apăsată nici o tastă sau dacă tamponul intern nu este plin. Pentru o comandă compusă din mai multe cuvinte este recomandabil ca aceasta să se facă introducând o mică întârziere între două scrieri succesive.

În continuare sunt prezentate o parte din comenzile lui 8042:

• 0ffH - Iniţializează tastatura şi lansează rutinele interne de diagnoză;
• 0feH - Retrimite ultima transmisie efectuată de tastatură;
• 0f6H - Setează tastatura pe configurarea implicită şi continuă scanarea;
• 0f5H - Setează tastatura pe configurarea implicită şi devalidează scanarea tastaturii;
• 0f4H - Validează tastatura. Aceasta răspunde cu ACK (acknowledge), îşi şterge tampoanele interne şi începe scanarea

În cazul comenzilor pe un singur octet, acestea se transmit tastaturii prin următoarea secvenţă de cod:

mov al, cmd_code
out 64h, al

• 0f3H - Setează rata de repetiţie şi întărzierea. După trimiterea comenzii se trimite un octet de date care conţine:

Întârzierea:

Rata de repetiţie:

Tastatura este setată iniţial să înceapă repetiţia după 500ms şi rata de repetiţie e de 10 caractere/sec.

Pentru comenzile care necesită un octet de date se foloseşte următoarea secvenţă de cod:

mov al, cmd_code
out 64h, al
mov cx, 2000h ; aproximativ 10ms
loop $
mov al, data_value
out 64h, al

• 0eeH - Ecou. Tastatura răspunde cu 0eeH (folosit pentru testare).
• 0edH - Aprinde şi stinge LED-urile de “lock key”. După trimiterea octetului de comandă se trimite un octet de date care conţine:

3.3 Zona de date ROM-BIOS

0:0417H – Starea tastaturii

0:0418H – Starea tastaturii

0:041eH – buffer-ul de tastatură. Aici sunt introduse codurile ASCII ale tastelor apăsate. Se pot stoca până la 32 de caractere.

0:0497H – indicatorul pentru LED-uril de lock (fig 7)

3.4 Funcţionarea tastaturii

Pentru citirea unui caracter din buffer-ul de tastatură se foloseşte întreruperea soft 16H. Aceasta, la fiecare apel returnează următorul caracter din buffer-ul de tastatură, deplasând şi conţinutul buffer-ului cu un caracter la stânga.

Tema de laborator

Să se implementeze o aplicaţie ce realizează:

• programarea controller-ului de tastatură pentru aprinderea şi stingerea LED-urilor de pe tastatură;
• citirea şi afişarea codurilor de scanare pentru tastele apăsate.
  
   
   
   

Exemplu: