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一种PC键盘的革命性设计

作者:微计算机信息?? 2008年04月07日 ?? 收藏0

  1 引言

  当电脑上别的配件都跟着摩尔定律越来越时髦的时候,键盘总是显得比较落寞,而“掌心键”的问世则将传统PC键盘的设计引领至一个全新的领域。掌心键,是放在单手掌中使用,对应于五个手指各有一个多功能按键,并通过五指同时组合操作,从而实现字符的输入;自带有点阵显示屏,通过其指示各种操作状态,考虑到用户使用习惯和人体特征,掌心键的外形设计大小适中,适合大众人群的手形,不论男女,皆可轻松的一手掌握,独特的按键凹槽设计将使手指的放位倍感舒适,而且降低了对坐姿的要求,同时支持左右手互换使用,且保证长时间使用也不易感到疲劳。

  2 系统结构及工作原理

  掌心键是通过五指组合方式进行输入,共有25=32种组合,其中包括一种无任何键按下的组合,实际可用组合则为31种。为了设计中描述、编程方便,将五指对应一个5位二进制数的5个位,D4D3D2D1D0,母指对应D4位,食指对应D3位,中指对应D2位,无名指对应D1位,小指对应D0位,按下手指的位值为1,不按的位值为0,这样每次组合按键时产生了一个按键值n,将32种组合定义为Km(m=0…31)。

  为了单手能方便输入PC键盘的所有按键,首先要将PC按键分集,分为数字集、小写字母集、大写字母集、标点符集、编辑键集、功能键集等,表2-1列出了部分键集详细说明;输入时先选键集,再输入字符。在任何状态下都将K31定义为集切换,然后按Kn(n=1…30)可选30种键集,再按键集下相应字符对应的Kn即可完成一个字符的输入。如果接下来的字符是同一个键集的,就不必再切换键集,直接输入即可,这样可提高输入速度。输入任一个字符最多按3次键,即先按集转换,再选子集,然后输入指定字符,大部分时间都只需一次按键即可。

  子集中以字母集用键值KN最多,从K1到K26,所有子集中的K27、K28、K29、K30很少用到,当前统一定义成最常用的全局通用功能键,就如集切换K31;分别定义为K27:空格,K28:回删,K29:后移,K30:回车。为了方便使用,用户可以自己配置,重新定义以上键值的功能。

键集分类表

  表2-1:键集分类表

  对于PC键上多个键组合操作的情况,这里设置一个本地KeepLock状态,有三个键处理该状态,KeepStart是进入KeepLock,KeepRep是保持此前按的所有键不松开,称为重复键组KeepGroup,其后每按一次键与KeepGroup组合一起发给PC,直到KeepEnd结束KeepLock状态。比如在文本编辑时,要选择光标后的两个字符,在PC上应按两次Shift+ArrowR,操作过程是:KeepStart、ShiftL、KeepRep、ArrowR、ArrowR、KeepEnd;如果要输入两次Ctrl+Alt+Del,过程是:KeepStart、CtrlL、AltL、KeepRep、Del、Del、KeepEnd。

  3 硬件设计

  掌心键系统硬件结构如图3-1所示。硬件以PHILIPS公司含ARM7核的LPC2114单片机为中心,具有背光、黑白128X64点阵LCD屏,五个独立式多功能按键,配有PS2接口。

系统硬件结构图

  图3-1系统硬件结构图

  电源来自PS2键盘接口,或电池,5V电源经过LM1117-3.3和LM1117-1.8稳压后供给各部分电路。显示部分选用COG的128X64点阵黑白LCD液晶,以I/O方式接入LPC2114单片机,LCD用来提示各种状态,以及输入的信息,亦用于脱机录入的信息显示。MAX3232构成RS-232串行通信接口,实现掌心键与PC机之间资料相互传送。五个独立按键都以外部电平中断方式输入,没有按键时,系统进入节电状态,只有按键时系统才短时工作,在脱机状态下工作时,电池供电的节电问题显得非常重要。设置蜂鸣器是为了协助提示按键操作。而JTAG接口是保留给软件开发和升级时使用。

  正确检测掌心键的按键操作是硬件设计的重点。普通按键检测时,可以用软件方法处理按键机械抖动问题,程序过滤按键前后20ms时间即可解决抖动。而掌心键是多个键组合按下实现单PC键,不但要对每个按键去抖动,还要解决多键同时按下的时间差问题。刚开始使用掌心键时,操作速度较慢,随着使用时间的延长,按键速度越来越快,这样就有一个熟练的过程。为此,将去抖动的时间设成可配置的,设为JitterTime,当有操作时,保持JitterTime时间键Kn没有变化,即认为是Kn,从一个Kn变为Km,也是用JitterTime时间去抖动,当Km=0时就表明没有任按键操作。JitterTime的范围从20ms到2000ms。


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掌心键? 单片机? 单手操作?

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