DE3134410A1 - Scan-controlled keyboard - Google Patents

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tastaturfeld mit einer Vielzahl von analogen Tastaturschaltern, die in M Spalten und N Zeilen mit M und N ganzzahlig und größer als eins angeordnet sind und durch einen direkt an sie angeschlossenen digitalen Regler durch Tastung gesteuert werden, der einen Datenbus mit wenigstens N Leitungen, einen Tastaturfeld-Abtastsetz-Tastimpulsgenerator und einen Tastaturfeld-Abtastrücksetz-Tastimpulsgenerator zur Erzeugung von Tastimpulsen sowie Adressausgänge zur Übertragung eines vorgegebenen Bitcodes zur Abfragung an wenigstens M Tastaturfeldleitern besitzt.

Ein Tastaturfeld kann eine Matrix beliebiger Form von analogen Tastaturschaltern besitzen, welche kapazitive, einzeln durch Drücken von Hand-Tastenköpfen betätigbare Tastaturschalter sein können. Über geätzten kapazitiven Platten, welche auf einer Platte einer gedruckten Schaltung in Paaren angeordnet sind, liegt jeweils ein kapazitives Element jeweils eines Tastaturschalters. Wird der Tastenkopf gedrückt, so koppelt das Element die geätzten Platten kapazitiv, wodurch ein elektrischer Kreis einschließlich der gepaarten Platten geschlossen wird.

In der Tastaturfeldmatrix können auch andere Arten von analogen Tastaturschaltern verwendet werden, was von den Einzelheiten des speziellen Aufbaus abhängt. Analoge Schalter sind generell elektrische Schalter, welche bei Betätigung ein variables Signal in Form eines Stromes, einer Spannung oder einer Ladung liefern. Die Amplitude des Signals ändert sich generell mit der Schalterbewegung. Im Falle eines kapazitiven Schalters ändert sich die Amplitude mit dem Grad der Trennung zwischen dem beweglichen Kondensatorelement und den stationären Kondensatorelementen. Dies steht im Gegensatz zu mechanischen Schaltern, welche normalerweise

einen Widerstandskontakt mit definierten geöffneten und geschlossenen Stellungen besitzen.

Die Feststellung einer analogen Schalterbetätigung unter Verwendung einer ökonomischen Anordnung von integrierten Schaltkreisen als Schnittstelle mit Regler oder Prozessorschaltungen ist Gegenstand dieser Anmeldung.

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Gemäß der Erfindung

wird eine busorientierte Prozessor-Schnittstellenschaltung in Form von integrierten Schaltkreisen verwendet. Für maximale Wirtschaftlichkeit relativ zur gebräuchlichen Größe von alphanumerischen Tastaturfeldern werden zwei Schaltkreise in der Schnittstellenschaltung verwendet, die jeweils zwan- ■ zig Anschlüsse aufweisen. Im erfindungsgemäßen Tastaturfeld ist ein eigener Regler nicht erforderlich, obwohl im Bedarfsfall auch ein Regler einfügbar ist. Das erfindungsgemäße Tastaturfeld ermöglicht die Verwendung eines externen Reglers für von dem Tastaturfeld-Betrieb verschiedene wesentliche Funktionen, wodurch der Gesamtaufwand und damit die Kosten reduziert werden. Es ist lediglich ein kleiner Bruchteil der gesamten Arbeitskapazität von verfügbaren Mikrocomputer-Anordnungen für auf Tastaturfelder bezogene Funktionen für die Tastung und Verifizierung von Tastaturschalter-Funktionen erforderlich.

Das Tastaturfeld ist sowohl hinsichtlich seiner Auslegung als auch seiner. Struktur extrem einfach. Eine Platte einer gedruckten Schaltung erfordert lediglich die Realisierung von geätzten Platten und der von diesen zu den beiden integrierten Schaltkreisen führenden gebräuchlichen Leitungen. In der Matrixauslegung wird eine Erdleitungsisolation verwendet, um die inaktive Tastaturschalter-Kapazität so klein

wie möglich zu halten. Eine derartige Erdleitungsisolation ist jedoch nicht in dem Maße erforderlich, wie sie für bisher bekannte Tastaturfelder notwendig ist. Es hat sich wei-

terhin als zweckmäßig erwiesen, das Tastaturfeld so auszulegen, daß externe Abschluß- oder Vorspannungsnetzwerke an den Matrixleitungen nicht erforderlich sind. Derartige Netzwerke sind ein gebräuchlicher Teil der meisten kapazitiven Schalteranordnungen und der diese verwendenden Tastaturfelder geworden.

Das erfindungsgemäße Tastaturfeld macht dadurch einen wirksamen Gebrauch von den Prozessorschaltungen, daß die gesamte Tastaturfeldmatrix sehr schnell abgefragt werden kann. Das macht die gleichzeitige Überprüfung von mehr als einer Schalterstelle erforderlich, wodurch die bekannten Verfahren bei Verwendung von Decodern und Multiplexern in einem synchronen Abfragesystem mit jeweils einer Schalterstelle in einem Zeitpunkt ausgeschlossen werden.

In den Figuren zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Tastaturfeldes; 25

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines einzigen kapazitiven Tastaturschalters;

Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht einer typischen

Ausführungsform eines kapazitiven Schalters;

Fig. 4 ein Schaltbild eines Detektor-Schaltkreises; Fig. 5 ein Zeitdiagramm einer Abfrageroutine; und

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines erweiterten Tastaturfeldes .

Im folgenden wird ein Tastaturfeld mit einer Folge von manuell betätigbaren analogen Schaltern beschrieben, die in einer Matrix mit einer Vielzahl von Spalten X0-X11 und einer Vielzahl von diesen schneidenden Zeilen Y0-Y7 angeordnet sind. 5

Da das Tastaturfeld eine busorientierte Prozessor-Schnittstellenschaltung für einen typischen Regler enthalten soll, wird ein 8 Bit-System verwendet, das die Überprüfung von 8 Schalterstellen in einem Zeitpunkt längs der Zeilen erlaubt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß eine Beschränkung auf eine spezielle Zahl von Spalten oder Zeilen nicht notwendig ist. Die generelle Anordnung der Tastaturfeldmatrix ist durch M Spalten und N Zeilen gegeben, wobei M und N ganze Zahlen größer als eins sind.

Im folgenden wird von den Leitungen und den Anschlüssen der Schaltung zugeführten binären Signalen oder Impulsen ausgegangen. Eine Leitung oder ein Anschluß liegen entweder auf einem "hohen" oder einem "tiefen" Pegel (logische 1 oder logische 0). In einem praktischen Beispiel kann eine logische 1 durch einen Pegel von +5,0 V und eine logische 0 durch einen Pegel von 0,0 V bzw. Erdpotential definiert sein.

Das in Fig. 1 in gestrichelten Linien 9 eingefaßte Tastaturfeld soll durch einen direkt angeschlossenen digitalen Regler 19 durch Tastung gesteuert werden. Dieser digitale Regler 19 kann ein Mikroprozessor, ein Computer oder ein sequentielles logisches System sein. Ein derartiger Regler wird typischerweise auch zusätzlich zu den Tastaturfeld^ow Operationen für andere Funktionen verwendet. Der Regler 19 ist normalerweise in bezug auf das Tastaturfeld ein externer Regler. Er kann jedoch auch im Tastaturfeld vorgesehen sein oder Tastaturfeld-Funktionen zugeordnet sein.

Der digitale Regler besitzt typischerweise einen Datenbus

mit wenigsten N Eingangsanschlüssen, einen Tastaturfeld-Abtastseta-Tastimpulsgenerator und einen Tastaturfeld-Abtastrücksetz-Tastimpulsgencrator zur Erzeugung eines Tast-

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impulses sowie Adressausgänge zur übertragung eines vorgegebenen Binärcodes für die Abfragung von wenigstens M Tastaturfeld-Leitern. Ein Beispiel eines geeigneten Reglers ist beispielsweise ein von der Firma Intel mit der Typenbezeichnung 8048 vertriebener Mikroprozessor oder ein entsprechender Mikroprozessor.

Die in Fig. 1 dargestellte Tastaturfeldmatrix kann generell dadurch beschrieben werden, daß sie in Vertikalrichtung M Spaltenleiter 11 besitzt. Jeder Spaltenleiter 11 schneidet N in Horizontalrichtung angeordnete Zeilenleiter 12. Die Anordnung von Leitern in einer praktischen Platte einer gedruckten Schaltung eines Tastaturfeldes ist keine genaue rechteckförmige Matrix. Vielmehr sind die elektrischen Verbindungen zu den verschiedenen Tastaturschalter-Stellen in der dargestellten Weise funktionell angeordnet.

Die dargestellte Ausführungsform des Tastaturfeldes besitzt eine Vielzahl von manuell betätigbaren analogen Tastaturschaltern 13, welche durch kapazitive Schalter gebildet werden. Jeder dieser Schalter ist jeweils an einem getrennten Schnittpunkt eines Spaltenleiters 11 und eines Zeilenleiters 12 körperlich angeordnet, um an einem derartigen Schnittpunkt einen elektrischen Kreis selektiv zu vervollständigen. Jeder dieser Schnittpunkte auf einer Platte 14 einer integrierten Schaltung (Fig. 3) umfaßt eine zu einem Spaltenleiter 11 führende Platte 15 sowie eine benachbarte beabstandete, zu einem schneidenden Zeilenleiter 12 führende Platte 16. Die Platten 15 und 16 sind auf der Platte 14 zusammen mit den Leitern 11 und 12 ausgeätzt.

Der Tastaturschalter 13 kann manuell durch Drücken eines Tastenkopfes 17 betätigt werden, der am oberen Ende eines Kolbens 18 befestigt ist, welcher seinerseits gleitfähig in einem umgebenden Schaltergehäuse 20 montiert ist. Der Tastenkopf 17 wird durch eine leichte, den Kolben 18 umgebende Kompressionsfeder 21 Ln eine angehobene Stellung vorgespannt.

Am unteren Ende des Kolbens 18 ist ein leitender Film 23 vorgesehen, der vorzugsweise durch eine Schicht 24 aus einem Dielektrikum oder einem anderen elektrisch nichtleitenden Material beschichtet ist. Die dielektrische Schicht kann andererseits auch direkt auf den Platten 15 und 16 vorgesehen werden. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird bei Drücken des Tastaturschalters 13 durch die zwischen den Platten 15 und 16 und den davon elektrisch isolierten leitenden Film 23 gebildete Kapazität ein elektrischer Kreis zwischen dem Spaltenleiter 11 und dem Zeilenleiter 12 geschlossen.

Die dem Tastaturfeld eigene Schnittstellenschaltung umfaßt einen Treiber-Schaltkreis 25 und einen Detektor-Schaltkreis 26. Dabei handelt es sich um jeweils einen einzigen integrierten Schaltkreis mit mehreren Anschlüssen, der in einem Standardgehäuse mit zwanzig Pins unter Verwendung einer einpoligen Stromversorgung angeordnet sein kann.

Generell dient der Treiber-Schaltkreis 25 zur Aufnahme und Pufferung einer Adresse mit vier Bit, welche anzeigt, welche X- bzw. Spaltenleitung 11 abzufragen ist. Der Detektor-Schaltkreis 26 nimmt acht kapazitive Matrix-Zeilenleiter 12 an Eingängen auf und erzeugt acht Ausgangssignale, wel-

^ ehe den Zustand der acht gleichzeitig abgefragten Tastaturfeldpunkte anzeigen. Eine Tastleitung 28 puffert die Adressdaten in den Treiber-Schaltkreis 25 und setzt Puffer 33 im Detektor-Schaltkreis 26 zurück.

" Der Detektor-Schaltkreis 26 besitzt N Eingangsanschlüsse Y0-Y7, welche direkt an die einzelnen Zeilenleiter 12 der Tastaturfeldmatrix anqeschaltet sind. Weiterhin besitzt dieser Schaltkreis eine identische Anzahl von Ausgangsanschlüssen DB0-DB7, die einzeln an eine entsprechende Anzahl von Leitungen im zum digitalen Regler führenden Datenbus 12 angeschaltet sind.

Da der Detektor-Schaltkreis 26 als busorientierter Prozessor-Schnittstellen-Schaltkreis ausgebildet ist, führt dies direkt zur Verwendung eines 8 Bit-Systems zur Anpassung an heutige Industrie-Normen. Damit wird die überprüfung von acht Tastaturfeldstellen gleichzeitig möglich. Der Schaltkreis 26 liefert gepufferte Daten auf den Ausgangsbus 10. Weiterhin besitzt der Schaltkreis 26 einen Anschluß T zur Einstellung eines Schwellwertstromes, der in ihm befindlichen Detektoren, einen weiteren, an die Tastleitung 28 angekoppelten Anschluß R für die Pufferrücksetzung und die Ausgangswirksamschaltung, zwei Anschlüsse für eine Stromversorgung und sechzehn als Eingangs- und Ausgangsanschlüsse verwendete Anschlüsse. Damit ist der integrierte Schaltkreis 26 in ein Standard-Gehäuse mit zwanzig Pins einbaubar.

Gemäß Fig. 4 enthält der Detektor-Schaltkreis 26 acht Detektorschaltungen mit jeweils einem Strom-Spannungswandler 31, einem an diesen angekoppelten Spannungs-Schwellwertdektor 32 sowie einen über einen Puffer 33 an diesen angekoppelten Ausgangstreiber 34. Die Spannungs-Schwellwertdetektoren 32 der Schaltungen liegen gemeinsam am Schwellwertanschluß T, welcher seinerseits über einen Vorspannwiderstand 35 an eine an einer Klemme 36 liegenden Spannungsquelle geführt ist. Der Vorspannwiderstand 35 stellt den Anfangsschwellwert für die Feststellung des durch jeden Tastaturschalter 13 über einen Zeilenleiter 12 fließenden Stroms ein. Die einzelnen Strom-Sensoranordnungen im Detektor-Schaltkreis 26 für jedes Paar von Eingangs- und Ausgangsklemmen stellt den über einem vorgegebenen Schwellwert liegenden, in einen Zeilenleiter 12 der Tastaturfeldmatrix eingespeisten Anfangsstromimpuls fest und erzeugt an der entsprechenden Ausgangsklemme ein digitales Signal.

Der Detektor-Schaltkreis 26 kann acht analoge Signale der kapazitiven Tastaturfeldmatrix in die Stromdetektoren mit kleiner Eingangsimpedanz aufnehmen. Er puffert einen tiefen Signalpegel auf den entsprechenden Ausgangsanschluß DBO bis

DB7, wenn ein vorgegebener Anfangsstromwert auf einem vorgegebenen Zeilenleiter 12 überschritten wird. Alle Detektor-Ausgangsanschlüsse DBO bis DB7 werden auf einen hohen Pegel rückgesetzt, wenn die Rücksetz- bzw. Tastleitung 28 auf Erdpotential gezogen wird. Sie bleiben solange auf einem hohen Pegel, wie das Signal auf der Tastleitung 28 tief liegt. Der Schwellwertstrom für alle acht Detektoren 32 ist durch geeignete Wahl eines einzigen externen Widerstandes 35 justierbar, der zwischen den Anschluß T und die IQ Spannungsquelle geschaltet ist.

Generell besitzt der Treiber-Schaltkreis 25 M Ausgangsanschlüsse XO bis X11, welche direkt mit den M-Spaltenleitern

11 der Tastaturfeldmatrix verbunden sind. Der Schaltkreis besitzt weiterhin einen Tastanschluß S sowie eine Vielzahl von Adressanschlüssen AO bis A3, die an entsprechende Ausgänge des digitalen Reglers angekoppelt sind.

Der Treiberschaltkreis 25 ist ebenfalls in ein Standard-Gehäuse mit zwanzig Pins eingebaut. Vier Anschlüsse AO bis A3 dienen daher zum Anschluß an vier mit 30 bezeichnete Adressleitungen. Neben dem Tastanschluß S sind ein gepufferter Ausgangsanschluß H für eine spezielle Funktion, zwei Anschlüsse für die Stromversorgung und zwölf Anschlüsse XO bis X 11 für interne Matrix-Treiber vorhanden.

Der Schaltkreis 25 besitzt weiterhin einen internen Decoder zur Auswahl eines Spaltenleiters 11 entsprechend eines Adresscodes, der an den Adressanschlüssen AO bis A3 aufgenommen und intern gespeichert wird. Die Verbindung zwischen dem ausgewählten Spaltenleiter 11 und einem Zeilenleiter 12 aufgrund der Kapazität eines betätigten Tastaturschalters 13 führt dazu, daß ein Strom in jeden Zoilenleiter 12 eingespeist wird, für den ein Tastaturschalter 13 an einem Schnittpunkt mit dem ausgewählten Spaltenleiter 11 in der Tastaturfeldmatrix betätigt ist. Der Zeittakt der Impulse auf den Zeilenleitem

12 wird als Funktion eines Tastimpulses gesteuert, der über

die o.g. Tastleitung 28 in den Tastanschluß S eingespeist wird (siehe Fig. 5).

Die folgende Tabelle stellt eine Wahrheitstabelle für eine Tastaturfeldmatrxx mit zwölf Spalten dar.

Status vor der Status nach der Tastung

Tastung

! A3 A2 Al AO XO Xl X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 XlO XIl H

oooo _n_ oooooooooo ο *

0 0 0 1 0 _Π_ 00000 0 0 00 0 *

0 0 10 0 0 _TL 00000000 0 *

0 0 11 0 0 0 _TL 0000000 0 *

oioo oooo _n_ oooooo ο *

. 0	1	0	1	0	0	0	0	0	_n_	0	0	0	0	0	0 *
0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	_n_	. 0	0	0	0	0 *
0	r-H	1	1	0	0	0	0	0	0	0	_TL	0	0	0	0 *
1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0 .	ΧΙ	0	0	0 *
rH	0	0	1	0	0	0	. 0	0	. 0	. 0	_ 0 .	Ο	_TL	0	0 *
rH	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0		0 *
1	0	1	1	0	0	0	. 0	0	0	0	0	0	0	0	-TL *
1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0 *
1	r-H	0	1	0	0	.0	;0	0	- 0	. 0	■: 0	Q.	- 0	0	0 *
H	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0 1
1	1	rH	rH	. 0	0	0	0	0	0	o-	0	0	0	0	0 0

1 = logisch hoher Pegel
0 = logisch tiefer Pegel

* = keine Änderung im H-Status

Die Schnittstelle zwischen dem Regler 19 und dem Treiber-Schaltkreis 25 enthält die vier Adress/Befehlsleitungen 30, über die Adressdaten in den Schaltkreis 25 geladen werden, sowie die Tastleitung 28, welche die Adressdaten mit der ansteigenden Flanke eines Tastimpulses in den Schaltkreis 25 taktet.

_r Treiber-Schaltkreis 25 kann direkt mit einem Mikroprozessor oder einem anderen Regler gekoppelt werden und Befehle aufnehmen, welche den zu aktivierenden Ausgang anzeigen. Der Schaltkreis ist weiterhin direkt mit der kapazi-

tiven Tastaturfeldmatrix koppelbar und steuert den einzigen erforderlichen X-bzw. Spaltenleiter 11 an.

Der Schaltkreis 25 überführt alle Befehle vom Regler oder Mikroprozessor zu der kapazitiven Tastaturfeldmatrix. Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel enthält zwölf normalerweise auf tiefem Pegel liegende X- bzw. Spaltentreiberleiter 11 XO bis X11, von denen einer nach der ansteigenden Flanke des Tastsignals auf der Tastleitung 28 auf hohem Pegel gepulst wird (Fig. 5). Der in einem vorgegebenen Zyklus adressierte Spaltenleiter 11 wird auf einen hohen Pegel gesetzt und sodann nach der ansteigenden Flanke des Tastimpulses für nicht langer als 3με auf einen tiefen Pegel geschaltet. Die fallende Flanke des in den ausgewählten Spaltenleiter 11 eingespeisten Signals fragt die kapazitive Matrix tatsächlich ab.

Gemäß Fig. 5 wird bei einer typischen Matrixabfrage die folgende Sequenz von Vorgängen ausgeführt. Zuerst wird die O Tastleitung 28 auf einen tiefen logischen Pegel gesetzt, wodurch die Detektor-Ausgänge unwirksam geschaltet werden. Sodann werden vier Informationsbits in die Adressleitungen 30 geladen, wodurch angezeigt wird, welcher Spaltenleiter 11 abzufragen ist. Die Tastleitung 28 wird sodann auf einen hohen logischen Pegel gesetzt, wodurch die Adresse in den Decoder des Treiber-Schaltkreises 25 gepuffert wird. Der Decoder wählt sodann den entsprechenden Spaltenleiter 11 aus und steuert ihn auf einen tiefen logischen Pegel. Dieser übergang von einem hohen zu einem tiefen logischen Pe-

gel (von 1 auf 0) bewirkt einen Stromimpuls in jedem Y- bzw. Zeilenleiter 12, für den gemeinsam mit dem angesteuerten X- bzw. Spaltenleiter 11 ein Tastaturschalter 13 geschlossen ist. Der Detektor-Schaltkreis 26 erfaßt diese Stromimpulse und setzt die entsprechenden gepufferten Ausgangsanschlüs-

se DBO bis DB7 auf eine logische 0. Der Status der acht Tastaturschalter auf dem abgefragten Spaltenleiter 11 kann nun durch einen entsprechenden programmierten Regler

über den Datenbus 10 ausgelesen werden.

Die Ausgangsanschlüsse XO bis X11 des Schaltkreises 25 werden in ihrem nicht ausgewählten Zustand aktiv auf Erdpotential gehalten. Dies gewährleistet eine erhöhte Isolation zwischen den Matrixleitern auf der Schaltungsplatte 14 und hält die Notwendigkeit für eine Erdleiterisolation so gering wie möglich. In der Praxis können Erdleitungen zwischen den Spaltentreibern eliminiert werden. Im Falle eines Tastaturfeldes·mit kapazitiven Schaltern, welche mit so kleinen Kapazitätswerten arbeiten, daß diese Werte unerwünschterweise zwischen benachbarten Matrixleitern erzeugt werden können, sollte eine Isolation durch Verwendung von Erdleitern zwischen den X- und Y- Leitern auf der Schaltungsplatte 14 sichergestellt sein.

Die vorstehend beschriebene TastaturEeldmatrix besitzt zwölf Spaltenleiter 11 und acht Zeilenleiter 12, so daß sich sechsundneunzig Tastaturschalter-Positionen ergeben. Die Erfahrung hat gezeigt, daß diese Matrixgröße für die Hauptanforderungen an alphanumerische Tastaturfeld-Dateneingangsanschlüsse ausreicht.

Durch Verwendung eines weiteren (nicht dargestellten) Treiber-Schaltkreises können in einfacher Weise vielfache dieser Matrix realisiert werden, so daß sich eine erweiterte Tastaturfeldmatrix mit zusätzlichen X- bzw. Spaltenleitern ergibt.

Fig. 6 zeigt ein erweitertes Tastaturfeld mit einer Matrix von bis zu 192 Tastaturschalter-Positionen. Aus dieser Figur ist weiterhin die Möglichkeit ersichtlich, durch welche die Adressleitungen 30 in einem quasi bidirektionalen Betrieb gemeinsam mit den Leitungen im Datenbus 10 betrieben werden können. Diese Ausgestaltung kann sowohl in der Grundform als ^^ auch in der erweiterten Form des Tastaturfeldes verwendet werden, um die Tastaturfeld-Abtastung mittels neun Leitungsverbindungen zum Regler 19 in Form des Datenbusses mit acht Leitungen plus der Tastleitung 28 zu ermöglichen. Dies wird

dadurch möglich, daß die normalen Ausgangssignale an den Anschlüssen DBO bis DB7 am Schaltkreis 26 passiv auf hohem Pegel gehalten werden, wenn sie nicht aktiv angesteuert sind. Die Leitungen im Datenbus 10 dienen dem doppelten Zweck in Form von Adressleitungen für den Schaltkreis 25 und Datenleitungen vom Schaltkreis 26.

In dem in Fig. 6 dargestellten Tastaturfeld werden zwei Treiber-Schaltkreise 25 verwendet. Es handelt sich dabei um identische Schaltkreise. Alle mit der Ausführungsform nach Fig. 1 identischen Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein weiterer Treiber-Schaltkreis 25A ist mit seinem Tastan-Schluß S gemeinsam mit dem Anschluß S des Schaltkreises 25 an die Tastleitung 28 angekoppelt. Adressiert der Regler einen vorgegebenen Schaltkreis 25 oder 25A, so erhält der andere eine unbenutzte Adresse (siehe Tabelle) um unerwünschte Spaltensignale auf Grund des eingespeisten gemeinsamen Tastsignals zu eliminieren.

Wenn es die Kapazität des Reglers ermöglicht, so kann das Tastaturfeld auch durch Hinzufügen eines weiteren Detektor-Schaltkreises 26 erweitert werden, der von einem einzigen Treiber-Schaltkreis 25 angesteuert wird. Der Datenbus 10 enthält dann sechzehn zum Regler führende Leitungen oder es wird ein gemeinsamer 8 Bit-Bus mit getrennten Tastleitungen zwischen der Schaltkreisen verwendet.

Der Schaltkreis 25 enthält weiterhin einen einzigen Treiberanschluß H für eine spezielle Funktion, der zum Betrieb einer externen lichtemittierenden Diode verwendet werden kann, um einer das Tastaturfeld bedienenden Person den internen Status der Regler-Spezialfunktionen, beispielsweise einer Ver-Schiebungssperre (shift lock) anzuzeigen. Der Anschluß H kann andererseits auch zur Steuerung anderer Geräte verwendet werden. Gemäß der obigen Tabelle wird der Anschluß H eingeschaltet, wenn die Adresse 1111 in den Treiber-Schalt-

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kreis 25 getastet wird. Entsprechend wird der Anschluß H abgeschaltet, wenn die Adresse 1110 in den Schaltkreis 25 eingetastet wird.

Der Anschluß H für eine spezielle Funktion am Treiber-Schaltkreis 25 kann auch in einem Multiplexbetrieb betrieben werden, um verschiedene für den Tastaturfeld-Betrieb wünschenswerte Funktionen zu steuern. Eine dieser Funktionen ist die Mo-. difizierung des Schwellwertes der Detektoren zur Erzeugung einer Tastaturschalter-Hysterese. Die Empfindlichkeit der Tastaturschalter 13 kann durch Änderung des an die Klemme T des Detektor-Schaltkreises 26 angeschalteten Vorspannwiderstandes dadurch geändert werden, daß ein weiterer Widerstand 38 von dem Anschluß T des Schaltkreises 26 zum Anschluß H des Schaltkreises 25 geschaltet wird (Fig. 1).

Die durch den Regler abgefragten Tastaturschalter 13, welche vorher nicht hinsichtlich ihrer Gültigkeit überprüft oder verarbeitet wurden, erfordern eine geringe Empfindlichkeit. Dies erfolgt durch Eingabe der Adresse 1110 in den Treiber-Schaltkreis 25. Abgefragte Tastaturschalter, die vorher hinsichtlich ihrer Gültigkeit überprüft oder verarbeitet wurden, erfordern, daß das in den Anschluß T eingegebene Signal für eine hohe Empfindlichkeit auf einen tiefen Pegel gesetzt wird, wenn sie als freigegebene Schalter verarbeitet werden.

Dies erfolgt durch Eingabe der Adresse 1111 in den Treiber-Schaltkreis 25. Die gleichen Befehle bzw. Adressen können auch in einer Multiplexanordnung zur Steuerung der o.g. lichtemittierenden Diode verwendet werden.

Sind im Tastaturfeld gemäß Fig. 6 zwei Treiber-Schaltkreise 25 vorhanden, so können die Anschlüsse H für spezielle Funktionen durch den Regler 19 getrennt adressiert werden und getrennte Funktionen ausführen. Der Schaltkreis 25 besitzt wie dargestellt eine Verbindung zum Vorspannwiderstand 38,was zu einer Tastaturschalter-Hysterese führt, während der Anschluß H des Schaltkreises 25A zur Ansteuerung einer lichtemit-

tierenden Anzeigediode 40 geschaltet ist.

In konventionellen Tastaturfeldern wird ein einziger im Multiplexbetrieb arbeitender Detektor verwendet, wodurch gemeinsame Abschlußnetzwerke erforderlich werden, welche die Vorspannung und Isolation gewährleisten, um nicht ausgewählte Zeilen in der Tastaturfeldmatrix auf vorgegebenen Pegeln zu halten. Dies ist im erfindungsgemäßen Tastaturfeld unnötig, da in der Detektorfunktion kein Multiplexbetrieb 0 sondern jeder Zeile ein gesonderter Detektor zugeordnet ist.

In der Praxis ist es möglich, auf der Platte 14 für eine gedruckte Schaltung Abschlußnetzwerke vollständig zu eliminieren. Vorspannschaltungen können bei der Auslegung des Treiber-Schaltkreises nach Bedarf vorgesehen werden. Im Detektor-Schaltkreis 26 sind solche Schaltungen für die Zeilenleiter 12 nicht erforderlich. Damit wird die Auslegung und der Aufbau des Tastaturfeldes wesentlich vereinfacht.

Wird das erfindungsgemäße Tastaturfeld mit einem Mikroprozessor verwendet, so kann eine vollständige Abfrage von sechsundneunzig Tastaturschaltern in weniger als einer halben ms erfolgen. Dies ist von spezieller Bedeutung, wenn die Aufgaben des Reglers andere Funktionen enthalten, die eine größere Prozesszeit als die der Tastaturfeld-Funktion erfordern. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß das Tastaturfeld auch in Verbindunq mit einem eigenen Regler oder Mikroprozessor verwendbar ist, wenn eine derartige Möglichkeit gefordert wird oder ein unabhängiger Tastaturfeld-Betrieb notwendig ist.

Die richtige Programmierung des Prozessors für die Abfrage der Zeilenleiter 12 und die Unterscheidung zwischen vorher betätigten Tastaturschaltern 13 und neu als betätigt identifixierten Tastaturschaltern ist an sich bekannt. Der Regler wird programmiert, um zwischen diesen Tastaturschaltern dadurch zu unterscheiden, daß der richtige Vorspannwiderstand

1 für eine Hysterese-Steuerung vorhanden ist, um die Tastaturschalter-Empfindlichkeit zwischen einer Anfangs-Tastaturschalter-Betätigung und nachfolgenden Gültigkeitsprüfprozeduren zu variieren.

Claims (1)

1. — I

   Patentanwälte Dipl.-Jajg.-H. Wki"CieMA^:N.N, J*)jpl.-Phys. Dr. K. Fincke

   Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. LiSKA 3 13441 Q

   8000 MÜNCHEN 86, DEN \ 5, Okt. 1981

   POSTFACH 860820 DXIIIA MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 983921/22

   KEY TRONIC CORPORATION, Spokane Industrial Park, Building 14, Spokane, Washington 99216, V.St.A.

   Durch Tastung gesteuertes Tastaturfeld

   Patentansprüche

   (D

   Tastaturfeld mit einer Vielzahl von analogen Tastaturschaltern, die in M Spalten und N Zeilen mit M und N ganzzahlig und größer als eins angeordnet sind und durch einen direkt an sie angeschlossenen digitalen Regler durch Tastung gesteuert werden, der einen Datenbus mit wenigstens N Leitungen, einen Tastaturfeld-Abtastsetz-Tastimpulsgenerator .· und einen Tastaturfeld-Abtastrücksetz-Tastimpulsgenerator zur Erzeugung von Tastimpulsen sowie Adressausgänge zur übertragung eines vorgegebenen Bitcodes zur Abfragung ar wenigstens M Tastaturfeldleitern besitzt,
   gekennzeichnet durch

   eine Tastaturfeldmatrix mit einer Vielzahl von Spaltenleitern die eine Vielzahl von Zeilenleitern schneiden, eine Vielzahl von manuell betätigbaren Tastaturschaltern die zur selektiven Vervollständigung eines elektrischen Kreises in jeweils einem Schnittpunkt jeweils einen gesonderten Schnittpunkt der Spaltenleiter und der Zeilenleiter körperlich überbrücken, einen einzigen integrierten Treiber-Schaltkreis mit M Ausgangsanschlüssen^ die direkt an M Spalten-

   leiter angekoppelt sind, mit einem Tastsignalanschluß und mit einer Vielzahl von Adressanschlüssen.

   die an Ausgänge des digitalen Reglers angekoppelt sind, einen in Treiber-Schaltkreis vorgesehenen internen Decoder zur Auswahl eines Spaltenleiters

   als Funktion eines an den Adressanschlüssen aufgenommenen und intern gespeicherten Adresscodes, wodurch in jedem Zeilenleiter für den ein im Schnittpunkt mit dem ausgewählten Spaltenleiter betätigter Tastaturscha Lter vorhanden ist,, ein zeitlich auf ein am TastsLgnalanschluß empfangenen Taktimpuls bezogenes Signal eingespeist wird, einen einzigen integrierten Detektor-Schaltkreis ' mit N Eingangsanschlüssen die einzeln direkt

   an N Zeilenleiter der Tastaturfeldmatrix angeschaltet sind, mit N Ausgangsanschlüssen, die einzeln

   an N Leitungen des Datenbus des digitalen Reglers angeschlossen sind, und mit einem an einen Ausgang des digitalen Reglers anzuschließenden Rücksetzanschluß

   und im Detektor-Schaltkreis vorgesehene, an jeden Eingangsanschluß angekoppelte Einzel-Stromsensoranordnungen zur Erfassung eines in einen Zeilenleiter der Tastaturfeldmatrix eingespeisten Signals und Erzeugung eines digitalen Impulses an dem entsprechenden Ausgangsanschluß als Funktion des eingespeisten Signals.

   2. Tastaturfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor-Schaltkreis einen den Einzel-Stromsensoranordnungen gemeinsamen Schwellwertanschluß aufweist und daß an den Schwellwertanschluß

   ein erster Vorspannungskreis angekoppelt

   ist, der zur Festlegung des Minimalwertes eines in einen Zeilenleiter eingespeisten Signals dient, welcher die Aktivierung eines Tastaturschalters anzeigt.

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   13. Tastaturfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Treiber-Schaltkreis einen gepufferten Spezialfunktions-Ausgangsanschluß aufweist, der beim Empfang eines ersten vorgegebenen Adreßcodes an den Adreßanschlüssen aktiviert und bei Empfang eines zweiten vorgegebenen Adreßcodes an den Adreßanschlüssen entaktiviert wird.

   4. Tastaturfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Treiber-Schaltkreis einen gepufferten Spezialfunktions-Ausgangsanschluß aufweist, der beim Empfang eines ersten vorgegebenen Adreßcodes an den Adreßanschlüssen aktiviert und bei Empfang eines zweiten vorgegebenen Adreßcodes an den Adreßanschlüssen entaktiviert wird,

   und daß der Detektor-Schaltkreis einen den Einzel-Stromsensoranordnungen gemeinsamen Schwellwertanschluß aufweist und daß an den Schwellwertanschluß ein erster Vorspannungskreis angekoppelt ist, der zur Festlegung des Minimalwertes eines in einen Zeilenleiter eingespeisten Signals dient, welcher die Aktivierung eines Tastaturschalters anzeigt, und einen zweiten zwischen den Spezialfunktions-Ausgangsanschluß des Treiber-Schaltkreises und den Schwellwertanschluß des Detektor-Schaltkreises gekoppelten Vorspannungskreis zur Festlegung des Minimalwertes eines in einen Zeilenleiter eingespeisten Signals, welcher eine fortgesetzte Aktivierung eines vorher aktivierten Tastaturschalters an einem diesen Zeilerleiter enthaltenden Schnittpunkt der Tastaturfeldmatrix anzeigt.

   5. Tastaturfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Treiber-Schaltkreis vier Adreßanschlüsse aufweist.

   6. Tastaturfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Treiber-Schaltkreis vier Adreßanschlüsse und zwölf Ausgangsanschlüsse aufweist.

   7. Tastaturfeld nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Treiber-Schaltkreis ein Schaltkreis mit zwanzig Anschlüssen ist, wobei die einzelnen Anschlüsse als zwei Strornversorgungsanschlüsse, die Tastsignalanschlüsse, vier Adreßanschlüsse, zwölf Ausgangsanschlüsse und ein Spezialfunktions-Ausgangsanschluß dienen, der beim Empfang eines ersten vorgegebenen Adreßcodes an den Adreßanschlüssen aktiviert und bei Empfang eines zweiten vorgegebenen Adreßcodes an den Adreßanschlüssen entaktiviert wird.

   8. Tastaturfeld nach Anspru ch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor-Schaltkreis acht Eingangsanschlüsse und acht entsprechende Ausgangsanschlüsse aufweist.

   9. Tastaturfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor-Schaltkreis ein Schaltkreis mit zv/anzig Anschlüssen ist, wobei die einzelnen Anschlüsse als zwei Stromversorgungsanschlüsse, der Tastsignalanschluß, acht Eingangsanschlüsse, acht entsprechende Ausgangsanschlüsse und ein den Einzel-Stromsensoranordnungen gemeinsamer Schwellwertanschluß dienen, und daß der Schwellwertanschluß an einen Vorspannungskreis angekoppelt ist, um den Minimalwert eines in einen Zeilenleiter eingespeisten Stromimpulses festzulegen, der durch die Strom-Sensoranordnungen feststellbar ist.

   10. Tastaturfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Treiber-Schaltkreis ein Schaltkreis mit zwanig Anschlüssen ist, wobei die einzelnen Anschlüsse als zwei Stromversorgungsanschlüsse, die Tastsignal- ° anschlüsse, vier Adreßanschlüsse, zwölf Ausgangsanschlüsse und ein Spezialfunktions-Ausgangsanschluß dienen, der beim Empfang eines ersten vorgegebenen Adreßcodes an den Adreßanschlüssen aktiviert und bei Empfang eines zweiten vorgegebenen Adreßcodes an den ¹^ Adreßanschlüssen entaktiviert wird, daß der Detektor-Schaltkreis ein Schaltkreis mit zwanzig Anschlüssen ist, wobei die einzelnen Anschlüsse als zwei Stromversorgungsanschlüsse, der Tastsignalanschluß, acht Eingangsanschlüsse, acht entsprechende

   Ausgangsanschlüsse und ein den Einzel-Stromsensoranordnungen gemeinsamer Schwellwertanschluß dienen, daß der Schwellwertanschluß an einen ersten Vorspannungskreis angekoppelt ist, um den Minimalwert eines in einen Zeilenleiter eingespeisten Stromimpulses

   festzulegen, der durch die Strom-Sensoranordnungen feststellbar ist und daß

   zwischen den Spezialfunktions-Ausgangsanschluß des Treiber-Schaltkreises und den Schwellwertanschluß des Detektor-Schaltkreises ein zweiter Vorspannungskreis

   zur Festlegung des Minimalwertes eines in einen

   Zeilenleiter eingespeisten Signals gekoppelt ist, welcher eine fortgesetzte Aktivierung eines vorher aktivierten Tastaturschalters an einem diesen Zeilenleiter enthaltenden Schnittpunkt der Tastatur-30

   feldmatrix anzeigt.

   -r-21-

   11. Tastaturfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Treiber-Schaltkreis für die Spaltenleiter d^r Tastaturfeldmatrix notwendige Abschlußschaltungen aufweist, während für die Zeilenleiter der Tastaturfeldmatrix keine Abschlußschaltungen vorhanden sind.

   12. Tastaturfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsanschlüsse des -Treiber-Schaltkreises aktiv auf Erdpotential gehalten sind, wenn in den entsprechenden angeschlossenen Spaltenleiter der Tastaturfeldmatrix kein Signal eingespeist wird, wodurch die Forderungen an eine Erdleiterisolation in der Tastaturfeldmatrix minimal gehalten werden.

   13. Tastaturfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adreßanschlüsse des

   313U10

   Treiber-Schaltkreises und die Ausgangsanschlüsse

   des Detektor-Schaltkreises für einen quasi-bidirektionalen Betrieb gemeinsam an die Leitungen im Datenbus des digitalen Reglers anschließbar sind.

   14. Tastaturfeld nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer identischer Treiber-Schaltkreis vorgesehen ist, dessen Tastsignalanschluß das Tastsignal vom Regler

   aufnimmt und dessen Adressanschlüsse an zusätzliche Adressausgänge des digitalen Reglers

   ankoppelbar sind, und daß die Ausgangsanschlüsse des weiteren Treiber-Schaltkreises an eine weitere Gruppe von die N Zeilenleiter schneidenden M Spaltenleiter der Tastaturfeldmatrix angekoppelt sind.

   1S. Tastaturfeld nach Anspruch 1 _f da-

   durch gekennzeichnet, daß der Tastsignalanschluß

   des Treiber-Schaltkreises und der Rücksetzanschluß des Detektor-Schaltkreises an eine gemeinsame Leitung angeschlossen sind, die mit einem

   Ausgang des digitalen Reglers verbunden ist. 25