👨🏽‍💻 🚭 🍺 कीबोर्ड कैसे बनाएं - मैट्रिक्स 👩🏾‍🎨 🏫 👨‍👧‍👧

_{पोस्ट करनेवाले : Komar aka Michał Trybus; अंग्रेज़ी-रूसी अनुवाद : firerock}
^{मूल : blog.komar.be/how-to-make-a-keyboard-the-matrix}

यह कीबोर्ड पर एक श्रृंखला में पहला पोस्ट है; मुझे उम्मीद है कि वह आखिरी नहीं होगा। मैं खरोंच से एक कीबोर्ड निर्माण पाठ्यक्रम के साथ समाप्त करना चाहूंगा। आज मैं डिजिटल इनपुट-आउटपुट और कीबोर्ड मैट्रिसेस के बारे में बात करूंगा। इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में बुनियादी स्कूल ज्ञान के साथ अपने आप को हाथ - और चलो चलते हैं।

एक मैट्रिक्स क्यों?

और हम कैसे मैट्रिक्स बनाने जा रहे हैं? और सबसे महत्वपूर्ण बात - आखिर इसकी आवश्यकता क्यों है? खैर, यह मुख्य रूप से माइक्रोकंट्रोलर्स की भौतिक सीमाओं के कारण होता है, जिस पर कीबोर्ड बनाए जाते हैं। तथ्य यह है कि माइक्रोकंट्रोलर और प्रोग्रामेबल लॉजिक सर्किट के लिए आउटपुट की संख्या में वृद्धि के साथ, उनका आकार भी बढ़ता है, जो बदले में, ऊर्जा की खपत, क्षमताओं में वृद्धि पर जोर देता है, लेकिन सबसे महत्वपूर्ण, कीमतें। नतीजतन, आप या तो एक छोटे से प्रदर्शन (जो आपको अच्छी तरह से सूट करते हैं) के साथ एक सस्ती चिप चुन सकते हैं, लेकिन इनपुट और आउटपुट की एक छोटी संख्या के साथ, या अधिक शक्तिशाली चिप, जिसका प्रदर्शन, हालांकि, आपकी आवश्यकताओं से बहुत अधिक है। लेकिन केवल इस शक्तिशाली चिप में कीबोर्ड पर प्रत्येक बटन को जोड़ने के लिए पर्याप्त आउटपुट होंगे।

दशकों से, इलेक्ट्रॉनिक्स ने प्रोसेसर और नियंत्रकों की अंतर्निहित संचार क्षमताओं को कृत्रिम रूप से विस्तारित करने के लिए विभिन्न चाल की मदद से इलेक्ट्रॉनिक्स में विकसित किया है। ऐसे तरीकों में से एक, जो यांत्रिक संपर्कों (बटन) के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है, एक मैट्रिक्स का निर्माण है। यह समझने के लिए कि यह कैसे काम करता है, कुछ बुनियादी ज्ञान की आवश्यकता होती है। इससे पहले कि हम जारी रखें, कृपया ओम का नियम ताज़ा करें ।

सिद्धांत की बिट

यह समझने के लिए कि डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स कैसे काम करता है, आपको दो बुनियादी सिद्धांतों को सीखने की आवश्यकता है।

सिद्धांत एक का कहना है कि एक सर्किट के भीतर संचार की प्रक्रिया वहाँ कुछ प्रेषित या प्राप्त करने के बारे में नहीं है। दो उपकरणों के बीच संचार सुनिश्चित करने के लिए, आप बस अपने निष्कर्षों को एक दूसरे से विद्युत प्रवाहकीय सामग्री से जोड़ते हैं। इसके बाद, यह माना जाता है कि दोनों छोरों पर सामग्री (वोल्टेज और वर्तमान) की स्थिति समान होगी। वास्तव में, निश्चित रूप से, ऐसा नहीं है, लेकिन धीमी गति से संचार और छोटे कंडक्टर के लिए, हमारी धारणा ठीक काम करती है। यह पता चलता है कि सूचना भेजना और प्राप्त करना वास्तव में इसका साझाकरण है।

ट्रांसमीटर की तरफ से, आप बस कंडक्टर की विद्युत स्थिति को बदलते हैं (इसमें प्रत्यक्ष वर्तमान को इंजेक्ट करके, इसकी क्षमता को बदलते हुए), उम्मीद करते हैं कि रिसीवर इस परिवर्तन का पता लगाने और इसे सही ढंग से समझने में सक्षम होगा।

इस सिद्धांत से यह भी पता चलता है कि संचार की दिशा और विद्युत प्रवाह की दिशा के बीच कोई संबंध नहीं है। कई लोग गलती से विपरीत मान लेते हैं, और यह उन्हें समझने से रोकता है कि इलेक्ट्रॉनिक्स कैसे काम करते हैं।

यदि आप "0" का एक तर्क स्तर भेजना चाहते हैं, तो इसके लिए आमतौर पर ट्रांसमीटर के आउटपुट पर वोल्टेज को 0 V तक कम कर दिया जाता है, और वर्तमान रिसीवर से ट्रांसमीटर तक प्रवाह करना शुरू कर देता है ताकि रिसीवर यह निर्धारित कर सके कि तर्क स्तर "0" से मेल खाता है। (जबकि वर्तमान की विपरीत दिशा का अर्थ होगा कि कहीं न कहीं सर्किट में एक नकारात्मक क्षमता है - और यह, एक नियम के रूप में, डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स में नहीं होता है।) दूसरी तरफ, तर्क स्तर को "1" संचारित करने के लिए आपूर्ति वोल्टेज के बराबर वोल्टेज लागू किया जाता है। और चूंकि यह सर्किट में सबसे अधिक बार वोल्टेज होता है, इसलिए विद्युत प्रवाह के लिए रिसीवर से प्रवाह करने के लिए और कुछ नहीं होगा।

सिद्धांत संख्या दोइस तथ्य में निहित है कि इस राज्य को बदलने के बिना कंडक्टर की स्थिति निर्धारित करना असंभव है। यदि आप किसी भी मामले में वोल्टेज या करंट को मापने जा रहे हैं तो इससे कोई फर्क नहीं पड़ता, इसके लिए यह आवश्यक है कि इलेक्ट्रॉन आपके मापने के उपकरण के माध्यम से प्रवाहित हों। इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह - यह विद्युत प्रवाह है, और चूंकि यह बहता है, इसका मतलब है कि जिस नोड में आप माप के लिए जुड़े हुए हैं, धाराओं और वोल्टेज पहले से ही बदल गए हैं ( किर्चोफ के नियमों को देखें )। यह निम्नानुसार है कि यदि आपको आउटपुट की स्थिति को विद्युत रूप से किसी अन्य आउटपुट से कनेक्ट करके जानकारी "संचारित" करने की आवश्यकता है, तो आपको इस स्थिति को बनाए रखने की आवश्यकता है, जिसका अर्थ है कि आपको रिसीवर द्वारा लगाए गए सभी आवश्यकताओं का पालन करना होगा।

बटन

एक यांत्रिक बटन (और इस संदर्भ में "शब्द" यांत्रिक "वाक्यांश" यांत्रिक कीबोर्ड "से जुड़ा नहीं है) केवल धातु संपर्कों की एक जोड़ी है, जो संपर्क में, विद्युत रूप से दो टर्मिनलों को जोड़ते हैं। बेशक, अन्य प्रकार के स्विच हैं जो संरचनात्मक रूप से अधिक जटिल हैं और अधिक आउटपुट हैं, लेकिन वे हमारे लिए दिलचस्प नहीं हैं क्योंकि वे कीबोर्ड में उपयोग नहीं किए जाते हैं।

_{चेरी एमएक्स बटन। चित्र स्रोत: Deskthority wiki}

खैर, और हम माइक्रोकंट्रोलर के इनपुट से बटन कैसे कनेक्ट करेंगे? मौलिक रूप से, कोई भी इनपुट दो संभावित तार्किक स्तरों के साथ काम कर सकता है: "0" और "1"। लॉजिकल शून्य के रूप में 0 वी के करीब वोल्टेज को स्वीकार करना आम बात है, और एक सप्लाय वोल्टेज (आमतौर पर 5 वी या 3.3 वी) के करीब वोल्टेज को लॉजिकल यूनिट के रूप में स्वीकार किया जाता है। लेकिन समस्या यह है कि यांत्रिक बटन अकेले वोल्टेज को नियंत्रित नहीं कर सकता है। यह वर्तमान को नियंत्रित करता है - अर्थात, यदि हम बटन के माध्यम से दो नोड्स को अलग-अलग विद्युत क्षमता से जोड़ते हैं, तो इन नोड्स के बीच का प्रवाह तभी और जब बटन दबाया जाता है, प्रवाहित होगा।

लेकिन अगर हम एक रोकनेवाला जोड़ते हैं, तो हम बहुत आसानी से वर्तमान को वोल्टेज में बदल सकते हैं।

_{पुल-अप रेसिस्टर बटन}

इस आरेख पर एक नज़र डालें। जब बटन दबाया नहीं जाता है (सर्किट टूट गया है), तो प्रवाह इसके माध्यम से प्रवाह नहीं करता है, इसलिए नोड "ए" पर वोल्टेज आपूर्ति वोल्टेज वीसीसी के करीब होगा (वास्तव में, आर • आई के बराबर वोल्टेज रोकने वाले के पार वोल्टेज ड्रॉप के मूल्य से वीसीसी से कम)। जब बटन दबाया जाता है (सर्किट बंद होता है), तो करंट ग्राउंडर के माध्यम से जमीन पर बहता है। यह देखते हुए कि बंद बटन का प्रतिरोध बहुत छोटा है (सैकड़ों मिलीमीटर के क्रम में), नोड "ए" पर वोल्टेज "0" के करीब होगा।

इस कॉन्फ़िगरेशन में, रोकनेवाला को पुल-अप कहा जाता है क्योंकि यह वीसीसी स्तर पर "वोल्टेज को ऊपर खींचता है"। और रोकनेवाला के माध्यम से बिजली की आपूर्ति से जुड़े बिना, नोड "ए" में कोई वोल्टेज नहीं होगा (इस मामले में, माइक्रोक्रिक्यूट के आउटपुट को "हवा में लटका हुआ" या उच्च-प्रतिबाधा स्थिति में कहा जाता है)।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि अधिकांश आधुनिक माइक्रोकंट्रोलर के अंदर पहले से ही पुल-अप प्रतिरोध हैं जो प्रोग्राम का उपयोग करके जल्दी से कनेक्ट या डिस्कनेक्ट हो सकते हैं। तो, बटन को माइक्रोकंट्रोलर से जोड़ने का मुख्य तरीका इस प्रकार है: बटन का एक पिन माइक्रोकंट्रोलर के इनपुट के लिए है, बटन का दूसरा पिन जमीन पर है। इस स्थिति में, यदि बटन दबाया नहीं जाता है, तो "1" को माइक्रोकंट्रोलर को भेजा जाता है, और यदि इसे दबाया जाता है, तो "0"। शायद यह अंतर्विरोध अंतर्ज्ञान करता है, लेकिन कनेक्शन का यह तरीका सबसे लोकप्रिय है।

कृपया ध्यान दें कि यदि हम हवा में लटके हुए बटन में से किसी एक पिन को छोड़ते हैं, अर्थात यदि हम इसे कहीं भी कनेक्ट नहीं करते हैं, तो यह बटन बिल्कुल भी काम नहीं करेगा: यदि आप इसे दबाते नहीं हैं, तो यह माइक्रोकंट्रोलर के आउटपुट की विद्युत स्थिति को प्रभावित नहीं करेगा। जब हम मैट्रिक्स बनाते हैं तब भी हम इस संपत्ति का उपयोग करेंगे।

मैट्रिक्स सिद्धांत

कीबोर्ड मैट्रिक्स का मूल सिद्धांत माइक्रोकंट्रोलर के एक इनपुट से एक से अधिक बटन कनेक्ट करने की क्षमता है।

ट्रांजिस्टर या सही ढंग से कॉन्फ़िगर किए गए माइक्रोकंट्रोलर आउटपुट का उपयोग करके , हम बटन को एक समय में जमीन से कनेक्ट कर सकते हैं, जबकि बाकी हवा में लटकाएंगे। प्रत्येक बटन के शेष निष्कर्ष एक नोड में संयुक्त होते हैं और इनपुट से जुड़े होते हैंमाइक्रो। मैंने पुल-अप अवरोधक को कम किया, क्योंकि हम जानते हैं कि यह पहले से ही माइक्रोकंट्रोलर के अंदर मौजूद है, इसके इनपुट चरण में। हम प्रत्येक बटन को "चालू" चालू करते हैं, इसके आउटपुट नंबर 1 को माइक्रोकंट्रोलर के संबंधित आउटपुट के माध्यम से जमीन से जोड़ते हैं, जिसके बाद हम इसके आउटपुट नंबर से वोल्टेज को हटाकर इनपुट पर बटन की स्थिति को पढ़ सकते हैं। उसी इनपुट से जुड़े अन्य बटन प्रभावित नहीं करते हैं उसकी हालत पर, क्योंकि उनके नंबर 1 निष्कर्ष वर्तमान में हवा में लटक रहे हैं। निम्नलिखित चित्र इस विचार को दर्शाता है।

_{कई बटन, एक इनपुट (नोड "ए")}

"ए" माइक्रोकंट्रोलर का एकमात्र इनपुट है, और "C1" .. "Cn" इसके आउटपुट हैं। आउटपुट में से एक पर तार्किक "0" सेट किया गया है, अर्थात्, माइक्रोक्रिकिट के अंदर यह संपर्क किसी तरह जमीन से जुड़ा हुआ है - इसलिए, वर्तमान हमेशा इस संपर्क में प्रवाह करेगा (पहले मूल सिद्धांत के अनुसार)। अब, जब इस आउटपुट से जुड़ा बटन दबाया जाता है, तो इसके माध्यम से इनपुट "ए" तुरंत "दबाया" जाएगा, और यह "0" पर सेट हो जाएगा। अन्य बटन दबाने से कुछ भी नहीं बदलेगा, क्योंकि उनकी पृथ्वी के आउटपुट फिलहाल कहीं भी नहीं जुड़े हैं। जब हमें अगला बटन सर्वेक्षण करने की आवश्यकता होती है, तो हम तार्किक "0" को वर्तमान आउटपुट से हटाते हैं और इस स्तर को अगले आउटपुट पर सेट करते हैं, ताकि किसी भी समय माइक्रोकंट्रोलर का केवल एक आउटपुट सक्रिय हो जाए।

इस तरह के कॉन्फ़िगरेशन (जब आउटपुट या तो जमीन से जुड़ा होता है या सभी में अक्षम होता है) को ओपन ड्रेन (ओएस) आउटपुट कहा जाता है (ऐतिहासिक रूप से, एक ओपन कलेक्टर (ओके) के साथ)। यहां मैंने कुछ सरलीकरण किया है - वास्तव में, एक संपर्क सर्किट से पूरी तरह से डिस्कनेक्ट नहीं किया जा सकता है जब तक कि यह शारीरिक रूप से उससे दूर न हो। लेकिन सरल डिजिटल I / O के लिए, यह सरलीकरण काफी उपयुक्त है। अधिकांश माइक्रोकंट्रोलर ओएस मोड में काम करने के लिए अपने आउटपुट संपर्कों को प्रोग्रामेटिक रूप से कॉन्फ़िगर करने की क्षमता प्रदान करते हैं। लेकिन अगर हमारे पास ऐसा कोई अवसर न हो तो क्या होगा? एक और कॉन्फ़िगरेशन है - पुश-पुल मोड; आज यह विकल्प सबसे लोकप्रिय में से एक है। यह कॉन्फ़िगरेशन थोड़ा अलग तरीके से काम करता है। "0" स्थिति में, आउटपुट अभी भी जमीन पर धकेल दिया जाता है, लेकिन जब "1" स्थिति होती है, तो इसे VCC आपूर्ति वोल्टेज में खींच लिया जाता है,ताकि हवा में आउटपुट लटका न रह जाए, अब यह खुद करंट का स्रोत बन सकता है।

यह मैट्रिक्स के डिजाइन में क्या बदलाव लाएगा? यदि हम एक ही समय में कई बटन नहीं दबाने जा रहे हैं, तो कोई नहीं। लेकिन अगर हम जा रहे हैं, तो ड्राइंग पर एक नज़र डालें और एक दूसरे के लिए कल्पना करें कि तब क्या होगा। दो बटन पर क्लिक करके, हम दो निचले आउटपुट को एक बंद लूप में जोड़ते हैं। यदि एक ही समय में उनमें से एक "0" स्थिति में है और दूसरा राज्य "1" में है, तो एक विद्युत प्रवाह आउटपुट सेट से "1" और आउटपुट सेट से "0" तक प्रवाहित होगा। और चूंकि यह करंट किसी भी चीज से सीमित नहीं है (कोई प्रतिरोध नहीं है), न केवल सर्किट अस्थिर हो जाएगा, यह चिप से बाहर भी उड़ सकता है। ठीक है, निश्चित रूप से, यह संभावना नहीं है कि सामान्य रूप से एक तार्किक स्थिति पर विचार करना संभव होगा।

पंक्तियाँ जोड़ना

आप पिछले उदाहरण पर विचार कर सकते हैं जिसमें एक पंक्ति में एक मैट्रिक्स शामिल है। अब अतिरिक्त लाइनों को जोड़कर इसे बढ़ाते हैं। वास्तव में, यदि हम एक इनपुट पर पूरी पंक्ति लटका सकते हैं, तो हम एक आउटपुट पर बटनों के पूरे कॉलम को क्यों नहीं लटका सकते हैं? सच है, एक शर्त है - कॉलम के प्रत्येक बटन को माइक्रोकंट्रोलर के एक अलग इनपुट से जुड़ा होना चाहिए।

यदि हम एक नियमित मैट्रिक्स के रूप में बटनों की व्यवस्था करते हैं, तो यह स्थिति स्वचालित रूप से पूरी हो जाएगी। और निम्न आंकड़ा दिखाता है कि एन कॉलम और एम पंक्तियों से युक्त बटन के मैट्रिक्स कैसे दिखेंगे ( अभी तक हरे आंकड़े पर ध्यान नहीं देते हैं )।

_{सरल कीबोर्ड मैट्रिक्स}

इस मैट्रिक्स को पढ़ना बहुत सरल है। हम एक समय में एक कॉलम को पोल करते हैं। रीडिंग कॉलम को आउटपुट में से एक "C1" .. "Cn" को जमीन से जोड़कर चुना जाता है (OS मोड में आउटपुट "0" में अनुवादित होता है)। अब, बारी-बारी से पंक्तियों को "R1" .. "Rm", हम चयनित कॉलम के प्रत्येक बटन की स्थिति निर्धारित कर सकते हैं। अन्य स्तंभों के बटन कुछ भी प्रभावित नहीं करते हैं, भले ही वे दबाए गए हों, क्योंकि इस समय उनकी जमीन की लीड हवा में लटक रही है (या, जैसा कि वे इलेक्ट्रॉनिक्स में कहते हैं, वे हाय-जेड राज्य में हैं)।

संपूर्ण कॉलम के प्रदूषित होने के बाद, हम अगले एक पर जाते हैं, वर्तमान आउटपुट को जाने देते हैं और अगले एक को शून्य पर धकेल देते हैं। मैट्रिक्स की स्कैनिंग तब पूरी मानी जाती है जब सभी कॉलम को पोल किया जाता है। यदि सब कुछ जल्दी से पर्याप्त किया जाता है, तो सबसे तेज टाइप्टर कॉलम चुनावों के बीच के अंतराल को नोटिस नहीं करेगा। यहां तक कि एक 16 मेगाहर्ट्ज माइक्रोकंट्रोलर के साथ, हम प्रति सेकंड हजारों बार पूरे मैट्रिक्स को आसानी से स्कैन कर सकते हैं, जबकि hi-games.net पर परीक्षण में सबसे तेज टाइप्टर ने 203 शब्दों प्रति मिनट (wpm) की गति हासिल की - यानी 17 क्लिक से थोड़ा कम दूसरा।

मैट्रिक्स का उपयोग करके कीबोर्ड डिजाइन करते समय, हम सभी कुंजियों को जोड़ने के लिए आवश्यक पिन की संख्या को कम करते हैं। लेकिन निष्कर्ष की संख्या को न्यूनतम संभव तक कम करने के लिए, हमें एक मैट्रिक्स की रचना करने की आवश्यकता है ताकि स्तंभों की संख्या पंक्तियों की संख्या के जितना करीब हो सके। एक आदर्श स्थिति में, यदि बटनों की संख्या n then है, तो हम मैट्रिक्स के साथ सबसे अच्छा प्राप्त कर सकते हैं 2nव्यस्त माइक्रोकंट्रोलर पिन। हालांकि, आज, जब मैट्रिसेस को संकलित किया जाता है, तो शायद ही कोई इसमें शामिल पैरों की संख्या को कम करना चाहता है, क्योंकि एक नियम के रूप में, आधुनिक माइक्रोकंट्रोलर के पास पर्याप्त संख्या में मुफ्त निष्कर्ष हैं। इसके अलावा, मैट्रिक्स का अधिकतम अनुकूलन बाद में असुविधा का कारण बन सकता है - बोर्ड की वायरिंग या अंतिम डिवाइस में तारों का वितरण अधिक जटिल होगा। इसलिए, यह अधिक सुविधाजनक तरीके से जाने के लायक है: मैट्रिक्स को संकलित करते समय, बटन की भौतिक व्यवस्था का पालन करने का प्रयास करें। इस मामले में, मानक कंप्यूटर कीबोर्ड के लिए, सरल लेआउट में वांछित लेआउट के आधार पर केवल 6 पंक्तियाँ और कुछ निश्चित कॉलम होंगे। बेशक, शामिल निष्कर्षों की संख्या के दृष्टिकोण से, यह समाधान सबसे इष्टतम नहीं है, लेकिन भविष्य में, कम से कम तारों का सरलीकरण किया जाएगा।

लेकिन क्या होगा अगर हमारे पास ओपन ड्रेन आउटपुट नहीं है?

आप पूछ सकते हैं: चयनित माइक्रोकंट्रोलर में ओएस मोड नहीं होने पर हमें क्या करना चाहिए? खैर, हमने पहले ही पता लगा लिया है कि किस तरह की परेशानी हो सकती है, और यह कि आउटपुट को वीसीसी में खींचना (यानी, उन्हें बिजली की आपूर्ति से "जोड़ना") एक अच्छा विचार नहीं है। इस समस्या को हल करने के कई तरीके हैं; उनमें से न केवल विशेष ओएस आउटपुट बफ़र हैं, बल्कि ओएस आउटपुट के साथ रजिस्टर भी शिफ्ट करते हैं - इसमें शामिल पैरों की संख्या को कम करने के लिए। लेकिन एक और बहुत लोकप्रिय तकनीक है, जिसका उपयोग अक्सर कंप्यूटर कीबोर्ड के डिजाइन में किया जाता है (वास्तव में, पुराने दिनों में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था)।

पुश-पुल आउटपुट से जुड़े कॉलम की समस्या उस समय प्रकट होती है जब एक ही लाइन पर स्थित दो बटन एक साथ दबाए जाते हैं, और एक ही समय में, बटन दबाने से उस कॉलम को पोल किया जाएगा जिसमें एक बटन स्थित है।

_{पुश-पुल आउटपुट की समस्या आउटपुट}

से, जिसे "1" पर खींचा जाता है (और हाय-जेड राज्य में लटका नहीं जाता है), एक प्रवाह शुरू होता है। यह निकटतम बंद बटन के माध्यम से गुजरता है, फिर पूछताछ कॉलम में बंद बटन के माध्यम से, और अंत में सीधे "0" सेट के आउटपुट में बहता है। इससे कुछ भी हो सकता है - कीबोर्ड की स्थिति की विश्वसनीय रीडिंग की असंभवता से ही माइक्रोकंट्रोलर की विफलता।

लेकिन जब से हम किसी भी तरह इस समस्या से निपटने के लिए मजबूर होते हैं, हम एक बढ़िया ट्रिक लागू कर सकते हैं: एक पुश-पुल आउटपुट को एक तरह के ओपन-ड्रेन आउटपुट में बदल सकते हैं। मैं अक्सर पुराने कीबोर्ड के डिजाइन में इस समाधान के पार आया था। यह देखते हुए कि वर्तमान में केवल आउटपुट (कॉलम से जुड़ा) में प्रवाह होना चाहिए, लेकिन उनमें से कभी भी प्रवाह नहीं होता है, हम डायोड का उपयोग करके वर्तमान की दिशा को सीमित कर सकते हैं। एक डायोड एक सरल उपकरण है जो वर्तमान को केवल एक दिशा में प्रवाह करने की अनुमति देता है। विद्युत सर्किट पर डायोड की छवि में, त्रिकोण इस दिशा को इंगित करने वाले तीर का प्रतीक है। यदि हम माइक्रोकंट्रोलर के प्रत्येक आउटपुट और मैट्रिक्स के संबंधित कॉलम के कंडक्टर के बीच एक डायोड डालते हैं, तो हम अपने लक्ष्य को प्राप्त करेंगे - अब वर्तमान केवल आउटपुट में प्रवाहित हो सकता है, क्योंकि ये कंडक्टर अपने कॉलम के प्रत्येक बटन तक पहुंचते हैं। यह पता चला हैआउटपुट से लेकर "1" तक, करंट कहीं भी प्रवाहित नहीं होगा, और यह लगभग इसे एक ओपन-ड्रेन आउटपुट में बदल देता है। बेशक, वह वास्तविक ओएस तक नहीं पहुंचता है, लेकिन यह कीबोर्ड मैट्रिक्स में एक बंद वर्तमान सर्किट की हमारी समस्या को हल करता है। मैट्रिक्स की penultimate छवि पर वापस जाएं, लेकिन इस बारहरे रंग के डायोड पर विचार करें कि यह कैसे काम करता है।

स्वाभाविक रूप से, यह डायोड की संख्या को कम करने के लिए समझ में आता है। ऐसा करने के लिए, आप पंक्तियों की संख्या बढ़ाकर स्तंभों की संख्या कम कर सकते हैं। और यदि परिणामी परिणाम कीबोर्ड के वास्तविक लेआउट में अच्छी तरह से फिट नहीं होता है, तो आप मैट्रिक्स 90 ° (स्तंभों के साथ स्वैप पंक्ति) को "घुमा" सकते हैं। संभावनाएं अनंत हैं। लेकिन आजकल, बड़ी संख्या में माइक्रोकंट्रोलर दिखाई दिए हैं जो कि उपयोग करने में आसान और शौक के लिए सुविधाजनक हैं, इसलिए आज वर्णित तकनीक व्यावहारिक रूप से होमग्रोन कीबोर्ड प्रोजेक्ट्स में उपयोग नहीं की जाती है। सौभाग्य से।

प्रेत क्लिक (भूत)

यदि आप कबीलों में रुचि रखते हैं, तो आपको यह शब्द पहले ही मिल चुका होगा। दुर्भाग्य से, कीबोर्ड की दुनिया में इसे अक्सर गलत तरीके से व्याख्या किया जाता है।

हम पहले से ही उस स्थिति से परिचित हैं जब एक ही लाइन पर स्थित कई बटन के एक साथ दबाने से मैट्रिक्स के सामान्य पढ़ने में बाधा उत्पन्न हो सकती है। और यह समस्या, हम कह सकते हैं, हमारे द्वारा हल की गई है। अब देखते हैं कि यदि आप एक ही पंक्ति और एक ही कॉलम में एक साथ कई बटन क्लिक करते हैं तो क्या होता है।

_{प्रेत दबाने का उदाहरण}

आकृति में, एक ही समय में तीन बटन दबाए जाते हैं। उनमें से दो कॉलम "C2" और दो पंक्ति "Rm" में हैं। इसका मतलब है कि दबाया गया एक बटन दूसरी बटन के साथ पंक्ति को साझा करता है, और तीसरे बटन के साथ कॉलम दबाया जाता है। यह इस स्थिति में है कि प्रेत दबाव होता है। कल्पना कीजिए कि हम वर्तमान में कॉलम "C1" से पूछताछ कर रहे हैं (अर्थात, इसे जमीन पर दबाया गया है - यह राज्य में है "0")। दबाए गए बटनों की यह विशेषता जीवा निम्नलिखित की ओर ले जाती है: भले ही ऊपरी बाएँ बटन को दबाया नहीं गया है, पंक्ति "R2" राज्य "0" में है, क्योंकि यह स्तंभ "C1" ("0" में स्थित) द्वारा जमीन पर दबाया जाता है तीन बटन दबाया। नतीजतन, कीबोर्ड नियंत्रक ऊपरी बाएँ बटन को "दबाया" के रूप में पढ़ता है, भले ही यह वास्तव में दबाया गया हो या नहीं। वर्णित स्थिति को फैंटम प्रेसिंग ( भूत- प्रेत ) कहा जाता है , क्योंकि एक साथ दबाए गए बटन के कुछ संयोजन अन्य बटन (घोस्ट कीपेस) के प्रेत प्रतिक्रियाओं का कारण बनते हैं, हालांकि शारीरिक रूप से इन अन्य बटन को दबाया नहीं जाता है।

बेशक, टाइपसेटर्स और गेमर्स को प्रेत प्रतिक्रियाओं से बचाने के तरीके हैं, और इन तरीकों का व्यापक रूप से आधुनिक कंप्यूटर कीबोर्ड में उपयोग किया जाता है। आप प्रेत दबाने की घटना को पकड़ सकते हैं और इसे रोक सकते हैं। एक सामान्य व्यक्ति एक साथ दो चाबियों को सही सटीकता के साथ दबाने या जारी करने में सक्षम नहीं है। इसलिए, मैट्रिक्स को जल्दी से स्कैन करना, हम यह मान सकते हैं कि मैट्रिक्स के माध्यम से दो पास के बीच एक से अधिक बटन अपने राज्य को बदल नहीं सकते हैं। इस मामले में, नियंत्रक एकल प्रेस को स्वीकार करता है और उन स्थितियों की घटना की निगरानी करता है जब मैट्रिक्स पास के बीच दो या दो से अधिक बटन दबाए जाते हैं। यह देखते हुए कि मैट्रिक्स की स्कैनिंग एक गति से होती है, जिस पर ऐसी स्थितियों की नियमित घटना की संभावना बहुत कम है, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि सिर्फ दबाया गया एक बटन एक प्रेत है।इसलिए, नियंत्रक को इन सभी क्लिकों को अनदेखा करना चाहिए। इसके अलावा, यह कंप्यूटर को कीबोर्ड की स्थिति में बदलाव के बारे में तुरंत सूचित नहीं करने के लिए सुरक्षित है - सबसे पहले यह समझ में आता है कि जब तक ये सभी ऑपरेशन गायब नहीं हो जाते।

एक और दृष्टिकोण है। आप उस स्थिति की पहचान कर सकते हैं जब "तीसरा" बटन चालू होता है, और इस प्रेस और बाद के सभी को अवरुद्ध करता है। तब तक ताला जारी न करें जब तक कि प्रेत प्रतिक्रिया गायब न हो जाए और स्थिति फिर से सामान्य न हो जाए। इस दृष्टिकोण को लागू करने के लिए, प्रोग्राम को यह याद रखना होगा कि कौन से बटन वर्तमान में दबाए गए हैं (और आमतौर पर इसे इस तरह से याद करते हैं) बाद के बटन संचालन को अस्वीकार करने के लिए, उन पंक्तियों और स्तंभों में जिनमें एक साथ पहले से ही रिकॉर्ड किए गए हैं। यदि आप बुद्धिमानी से प्रोग्राम लिखते हैं, तो केवल समस्याग्रस्त प्रतिक्रियाएं अवरुद्ध हो जाएंगी, और बाद के सभी को हमेशा की तरह स्वीकार किया जाएगा - सिवाय उन लोगों के जो फिर से नियमों का उल्लंघन करते हैं। एक बार नियंत्रक प्रत्येक बटन को दबाने से खारिज कर देता है जो पहले से ही उसकी पंक्ति और स्तंभ में एक साथ संचालन करता है, यह पता चलता है कि आपके कुछ बटन की स्थिति के आधार पर,दूसरों को पंजीकृत नहीं किया जा सकता है। इस स्थिति को सामान्यतः कहा जाता हैअवरुद्ध ( ठेला )। यही है, बटन जो अन्य बटनों के एक साथ संचालन को रोकते हैं, यह कीबोर्ड का "ब्लॉक" भाग निकला।

उपयोगकर्ता के दृष्टिकोण से, एक साथ सभी बटन को एक कॉलम (दूसरे से बटन दबाए बिना) से दबाया जाना संभव है, लेकिन साथ ही साथ सभी बटन को एक पंक्ति से केवल तभी दबाएं जब प्रत्येक बटन में कॉलम में एक से अधिक ऑपरेशन न हों। एकल कॉलम से बटन दबाने पर भी यही लागू होता है - अतिरिक्त ट्रिगर केवल तभी रिकॉर्ड किए जाते हैं जब बटन पंक्तियों में होते हैं जो "व्यस्त नहीं हैं"।

लोग अक्सर " प्रेत ट्रिगर " और " अवरुद्ध ट्रिगर " (" भूत " और " भ्रमित करते हैं "ठेला "), जो व्यक्तिगत रूप से मेरे लिए एक रहस्य है - मेरी राय में, ये शब्द काफी सहज हैं।

इस तरह के मेट्रिसेस का उपयोग करते हुए कीबोर्ड में, जैसा कि हमने अभी जांच की है, न तो प्रेत प्रतिक्रियाएं और न ही अवरुद्ध होने से बचा जा सकता है। चूंकि रोजमर्रा के काम में प्रेत प्रतिक्रियाएं अस्वीकार्य हैं, उनका मुकाबला करने के लिए, रबर-गुंबद के कीबोर्ड के लगभग सभी निर्माता विभिन्न चाल का उपयोग करते हैं, और अवरोध खेलने में आता है। प्रश्न: इस तरह से एक मैट्रिक्स की रचना कैसे करें कि अवरुद्ध करना संभव के रूप में शायद ही कभी होता है और सामान्य कीबोर्ड संयोजनों के कारण नहीं होता है? वास्तव में, यह पूरी पुस्तक के लिए एक अच्छा विषय है; यही कारण है कि उपभोक्ता वस्तुओं के की-बोर्ड के मैट्रिक्स इतने भ्रामक होते हैं और हमेशा एक अच्छे मूड (जैसे एक वाक्य) को अवरुद्ध करते हैं।

सभी बटन के लिए डायोड - एक कार्डिनल समाधान

यदि आप फ़ैंटम क्लिक के बारे में तस्वीर को फिर से देखते हैं, तो आप देख सकते हैं कि नीचे दाएं बटन को दोष देना है।
लेकिन यह बटन एकमात्र ऐसा है जिसके माध्यम से इस स्थिति में प्रवाह "ऊपर" बहता है। इसलिए, यदि हम वर्तमान "अप" धाराओं को सामान्य रूप से मैट्रिक्स को पढ़ने से रोकने के लिए नहीं चाहते हैं, तो आइए डायोड का परिचय दें, ताकि वर्तमान स्तंभों के माध्यम से ऊपर से नीचे तक सख्ती से प्रवाह हो सके, माइक्रोकंट्रोलर के आउटपुट में प्रवाहित हो सके।

दुर्भाग्य से, यहां बचत संभव नहीं है - आपको प्रत्येक बटन पर एक डायोड डालना होगा। यदि हम ध्रुवीयता के बारे में बात करते हैं, तो आपको यह पता लगाना चाहिए कि इस विशेष मामले में, डायोड को "ऊपर से नीचे" तक वर्तमान पास करना होगा, अर्थात, उनके कैथोड ("तीरहेड्स") को माइक्रोकंट्रोलर (कॉलम) के आउटपुट को देखना होगा, जबकि एनोड्स चाहिए आदानों (लाइनों) को संबोधित किया।

_{सारांश मैट्रिक्स}

इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि डायोड स्थित है बटन के किस तरफ; मुख्य बात सही ध्रुवता का निरीक्षण करना है। बस याद रखें कि इस मामले में, हमेशा इनपुट से आउटपुट तक प्रवाह होगा। वैसे, अगर इनपुट को बिजली तक खींच लिया जाता है, और आउटपुट ओएस मोड में होते हैं, तो यह हमेशा होगा।

इस दृष्टिकोण के साथ, यह पता चलता है कि करंट हमेशा "राइट डाउन" प्रवाहित होगा, और यह बंद करंट लूप की उपस्थिति को समाप्त करता है जब कई बटन एक साथ दबाए जाते हैं। इसके अलावा, यह डिज़ाइन एकमात्र है जो पूर्ण एनकेआरओ के साथ कीबोर्ड प्रदान कर सकता है। इसके अलावा, यह ध्यान देने योग्य है (हालांकि यह स्पष्ट लगता है) कि माइक्रोकंट्रोलर आउटपुट की समस्या ओएस मोड में नहीं है अब स्वचालित रूप से हल हो गई है। प्रत्येक बटन के साथ क्रमिक रूप से स्थापित डायोड आउटपुट को सर्किट से बचाता है जो पहले से माना गया विकल्प से भी बदतर नहीं है, जहां इसे प्रत्येक स्तंभ पर एक डायोड रखा जाना चाहिए था।

रोलओवर (रोलओवर)

हां, मुझे पता है कि पाठ पहले से ही बहुत लंबा है। लेकिन मैं अभी भी इस अंतिम अध्याय को जोड़ता हूं, क्योंकि, मेरी राय में, इसके बिना लेख अधूरा होगा। तो, रोलओवर एक ही समय में कई नल लेने के लिए कीबोर्ड की क्षमता है।

xKRO

KRO है कुंजी रोलओवर ( कुंजी एक रोल ओवर ), और आम तौर पर इस संक्षिप्त नाम कुछ संख्या से हकदार है। उदाहरण के लिए, 2KRO का मतलब दो-कुंजी रोलओवर है। एक कीबोर्ड में एक एक्स- कुंजी रोलओवर होता है, अगर और केवल अगर यह एक साथ कीस्ट्रोक्स एक्स को पंजीकृत करने में सक्षम है , तो इसके अलावा, बटन और अनुक्रम का उपयोग किए बिना। अधिकांश आधुनिक रबर गुंबद वाले कीबोर्ड में 2KRO है। हालांकि, यह इस बात का पालन नहीं करता है कि इन कीबोर्ड पर कीस्ट्रोक्स की स्वीकार्य संख्या हमेशा x तक सीमित रहेगी । दरअसल, इसका मतलब है कि x- क्लिक समर्थन की गारंटी बिलकुल सही है।

मैट्रिक्स के डिजाइन और नियंत्रक के प्रकार के आधार पर, विभिन्न निर्माताओं के दो 2KRO कीबोर्ड बहुत अलग तरीके से व्यवहार कर सकते हैं। एक हमेशा केवल एक साथ दो क्लिक स्वीकार कर सकता है, और दूसरा आसानी से और भी अधिक पचा सकता है। ऐसा लगता है कि आखिरी कीबोर्ड 2KRO द्वारा घोषित किया गया था क्योंकि कुछ प्रमुख संयोजन (सबसे अधिक संभावना नहीं है) अभी भी इसे अन्य बटनों के दबाव को अवरुद्ध करने का कारण होगा। और चूंकि इसका मतलब है कि इस कीबोर्ड के साथ काम करते समय तीन चाबियों और कुछ का संयोजन काम नहीं करेगा, इसलिए कंपनी ने इसे 2KRO घोषित किया।

NKRO

NKRO शब्द का अर्थ है एन-कुंजी रोलओवर , और इसका उपयोग उन कीबोर्ड को नामित करने के लिए किया जाता है जो समर्थन करते हैं, सब कुछ के बावजूद, एक साथ दबाए गए कुंजी का कोई भी संयोजन। लेकिन ध्यान रखें कि NKRO मैट्रिसेस और NKRO कीबोर्ड दो बड़े अंतर हैं। उदाहरण के लिए, यदि मैट्रिक्स का अंतिम कार्यान्वयन, जिसे हमने लेख में जांचा था, एनकेआरओ (सही ढंग से लिखित फर्मवेयर को ध्यान में रखते हुए) का समर्थन करता है, तो यह बिल्कुल भी नहीं है कि इस मैट्रिक्स का उपयोग करने वाला कीबोर्ड भी एनकेआरओ का समर्थन करेगा। यह संचार बंदरगाहों द्वारा लगाए गए प्रतिबंधों के कारण हो सकता है जिसमें कीबोर्ड जुड़ा हुआ है; एक और कारण निर्माताओं की मितव्ययिता हो सकती है, हमेशा यहां और वहां बचत करना। मैं निम्नलिखित भागों में PS / 2 और USB से कनेक्ट करते समय NKRO की समस्या को समझाने का प्रयास करूंगा।

परिणाम

बेशक, शीट बहुत अच्छी तरह से बाहर आ गई, लेकिन अवधारणा इतनी सरल नहीं है - विशेष रूप से पाठक के लिए, जो इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियर नहीं है। मुझे आशा है कि मैं सब कुछ समझाने में कामयाब रहा; जैसा कि यह हो सकता है, मैंने यथासंभव स्पष्ट रूप से लिखने की कोशिश की। इसलिए, आप में से कुछ के लिए, लेख उबाऊ लग सकता है। ठीक है, अगर आप इलेक्ट्रॉनिक्स में गड़बड़ी करते हैं, तो सबसे अधिक संभावना है कि आपको इसे बिल्कुल नहीं पढ़ना चाहिए;)
किसी भी मामले में, कृपया मुझे बताएं कि क्या लेख आपके लिए उपयोगी है और क्या यह एक उत्तरकथा लिखने के लायक है। यदि ऐसा है, तो मैं अगली "श्रृंखला के लिए बैठ जाऊंगा।"

_{मिचेल ट्रायबस
2 सितंबर 2013}

कीबोर्ड कैसे बनाएं - मैट्रिक्स