计算机组成原理中的键盘设计与原理

键盘是计算机系统中最传统的，同时也是不可缺少的输入设备。用户通过按下键盘上的键向计算机输入信息。目前常用的键盘有101键盘、Windows键盘等。

1.键盘的结构与类型

键盘上通常排列有几十或上百个按键，按下键一次就向计算机输入一个信息，因此，每个按键相当于一个开关，故称为键开关。键开关分为接触式和非接触式两大类。

接触式键开关中有一对触点，最常见的接触式键开关是机械式的，当按下键帽时，两个触点被接通；当释放时，弹簧恢复原来触点断开的状态。这种键开关结构简单、成本低，但寿命较短。

非接触式键开关的特点是开关内部没有机械接触，只是利用按键动作改变某些参数或利用某些效应来实现电路的通、断转换。非接触式键开关包括电容式、磁电变换式、压电式、压敏式、光电式等，目前常用的是电容式无触点开关。电容式键开关的结构与工作原理如图8-2所示。它由弹簧活动极、驱动极和检测极组成两个串联的电容器。当键被按下时，极间距离缩短，电容变大，将加在驱动极的信号耦合到检测极上，经过放大，输出相应信号。这种键在工作过程中只有电容极板问的距离发生变化，并没有实际接触，因此，不存在磨损和接触不良等问题。为了避免电极间进入灰尘，一般采用密封组装。电容式键开关的结构简单，性能稳定，寿命长。

图8-2　电容式键的结构与工作原理示意图

现在所使用的键盘结构是在打字机键盘的基础上发展起来的，所以不论哪种型号的键盘，其中心部分都是一个标准的打字机键盘布局。打字机键盘布局中共48个键，包括数字、字母和一些特殊符号键，一般将它们统称为字符键。除此之外，为了增加功能，还设立了若干个功能键（控制键），使总键数扩展到63个以上。目前微机键盘的键数多为101或104个，还有一些微机键盘的键数多达126个。

常用的键盘从接口原理上可分为编码键盘与非编码键盘，通用微型计算机系统中使用编码键盘，单片机及专用微型计算机系统多使用非编码键盘。这两种键盘的主要区别是识别按键及给出相应键码的方法不同。编码键盘由硬件实现按键的识别，非编码键盘由用户软件实现键盘的定义与识别。(www.xing528.com)

2.键盘工作原理

下面以编码键盘为例，介绍键盘的工作原理，图8-3所示为带只读存储器的编码键盘原理框图。

图8-3　带只读存储器的编码键盘原理图

图中的8×8键盘，由一个6位计数器经两个八选一的译码器对键盘扫描。若键未按下，则扫描将随着计数器的循环计数而反复进行，一旦扫描发现某键被按下，键盘通过一个单稳电路产生一个脉冲信号。该信号一方面使计数器停止计数，用于终止扫描，此刻计数器的值便与所按键的位置相对应，该值可作为只读存储器ROM的输入地址，从该地址读出的内容就是所按键的ASCII码（只读存储器ROM存储的信息是对应各个键的ASCII码）。另一方面，此脉冲经中断请求触发器向CPU发中断请求，CPU响应中断请求后便转入中断服务程序，在中断服务程序中，CPU执行读入指令，将计数器所对应的ROM地址中的内容，即按键对应的ASCII码送入CPU。CPU的读入指令既用做读出ROM内容的片选信号，又用于清除中断请求触发器，并重新启动六位计数器，开始新的扫描。

在按键时往往会出现键的机械抖动，容易造成多次输入。为了防止误判，在键盘控制电路中专门设有硬件消抖电路，或采取软件消抖技术。此外，为了提高传输的可靠性，可采用奇偶校验码。

随着大规模集成电路技术的发展，计算机芯片厂商已提供了许多种可编程键盘接口芯片，如Intel 8279可编程键盘/显示接口芯片等，用户可以随意选择。