Hardware - Montagem - TECLADO

CURSO DE HARDWARE E MONTAGEM – Curso técnico.. Prof.º Adriano Queiroz Sobrinho – Técnico em Informática – Manaus – AM – (92) 3648-4152

PANDATITAN - Informática Página 1 Manaus / Amazonas

O TECLADO Os teclados são provavelmente os periféricos de entrada que menos evoluíram desde o aparecimento dos primeiros modelos. O desenho desse dispositivo, aliado à sua tecno-logia simples porém eficiente, manteve-se constante com o passar dos anos, apesar de ter sofrido algumas ligeiras modificações. Como conseqüência da grande difusão dos computadores pessoais entre os usuários particulares e da maior participação dos processos informáticos num grande número de atividades, os fabricantes melhoraram os dese-nhos dos teclados para adaptá-los a um uso cada vez mais intensivo que, apesar disso, não prejudicasse a saúde do usuário. Os primeiros teclados concebidos para uso em computadores pessoais tinham 83 teclas e não dispunham de indicadores luminosos. Posteriormente, foi desenvolvido um modelo com mais teclas, que logo em seguida sofreu modificações, adotando uma disposição que permaneceu praticamente inalterada até hoje. Um teclado, em linhas

gerais, é uma carcaça que contém um circuito em seu interior, sobre o qual está disposto um conjunto de molas mecânicas, correspondentes às teclas. Cada uma dessas teclas, ao ser pressionada, fecha um contato sobre o circuito, que é detectado e identificado imediatamente, transmitindo o valor que o identifica. Dessa maneira, o computador pode interpretar que tecla ou combinação delas foi utilizada. Nesse sentido, uma das características mais importantes de um teclado é o ponto de pressão. A partir desse parâmetro é possível determinar quando foi acionada ou não uma tecla, para se poder então gerar o caractere correspondente. Se o ponto de pressão é ex-cessivamente suave ou se os caracteres são emitidos antes de se alcançar esse ponto, é provável que ocorram erros de digitação, bem mais habituais nos teclados de baixa qualidade. Só quando se alcança o ponto de pressão adequado é que se pode gerar o caractere de forma correta. A principal diferença entre os diversos modelos de teclado existentes está na tecnologia empregada para acionar o contato, classificada em dois grandes grupos: de contato capacitivo e de mola mecânica. Também existem outras classificações, de acordo com o meca-nismo utilizado para devolver a tecla à sua posição ori-ginal. Os teclados de contato capacitivo possuem uma mola em cada uma das teclas, que se encarrega de retorná-las à posição original depois que são acionadas. No final da mola existe uma peça em forma de disco, ge-ralmente de plástico e com a face inferior de metal, situada perto das lâminas do circuito impresso. Essas lâminas têm formato circular, o que assegura um contato adequado. Quando o usuário pressiona a tecla, o disco se apro-xima dos contatos do circuito, o que origina uma ligeira variação na capacitância, reduzindo-a de um valor nor-mal, compreendido entre 20 e 24 picofarads, para um valor compreendido entre 2 e 6 picofarads (1 picofarad ou pf equivale a 10-9 farads). Essa variação origina uma corrente elétrica entre os dois contatos, fechando o circuito sem que haja contato físico entre o disco e as lâminas. Existem outros modelos de teclado que empregam um meca-nismo similar (uma resistência capacitiva), embora se baseiem no incremento de capacitância (afastando o disco das lâminas) e produzam o efeito contrário na corrente. Esse tipo de teclado é usado principalmente nos equipa-mentos portáteis, embora também existam modelos desse tipo destinados a computadores de mesa. Os teclados com molas mecânicas operam como interruptores convencionais. Uma membrana de material plástico ou borracha elástica, situada debaixo de cada tecla, faz com que ela volte, depois de ser acionada, à sua posição original. En-quanto a tecla permanece apertada, exerce-se uma pressão sobre dois contatos metálicos, situados embaixo des-sa membrana e separados por uma distância muito pequena, de maneira a fechar o circuito. Esse sistema é mais simples e barato que o anterior (por isso é utilizado pela imensa maioria dos fabricantes), mas apresenta um grave inconveniente: o uso continuado produz um desgaste na membrana, obrigando o usuário a fazer uma pressão maior ou então impedindo a tecla de recuperar sua posição original, deixando-a permanentemente pressionada.

ACIONAMENTO DO TECLADO

Um teclado para PC é um dispositivo dotado de um chip microcontrolador em seu interior (na maioria dos casos, do tipo 8042 ou similar), encarregado de examinar constantemente os circuitos para detectar as eventuais mudan-ças de estado das teclas. Esse processo é realizado paralelamente às demais atividades desempenhadas pelo PC, de modo que é impossível o acionamento de uma tecla passar despercebido mesmo quando o computador está ocupado em realizar outra tarefa. O processo seguido para detectar um acionamento de tecla é muito sim-ples. Em primeiro lugar, o usuário aciona o mecanismo correspondente a uma tecla, de maneira a fechar um in-

CURSO DE HARDWARE E MONTAGEM – Curso técnico.. Prof.º Adriano Queiroz Sobrinho – Técnico em Informática – Manaus – AM – (92) 3648-4152

PANDATITAN - Informática Página 2 Manaus / Amazonas

terruptor de contato elétrico existente embaixo dela. Isso permite que o mi-crocontrolador reconheça esse acio-namento, embora, às vezes, possam ocorrer erros nesse procedimento, seja porque o interruptor não fechou corretamente, seja porque o contato

não foi suficientemente claro. Conseqüentemente, pode-se produzir uma série de repiques antes de se es-tabelecer um contato limpo. O microcontrolador, que faz verificações constantes do estado das teclas (operação que poderia ser realizada milhões de vezes por segundo se fosse necessário), às vezes interpreta os contatos produzidos pelo repique como uma rápida repetição de acionamentos na tecla correspondente. Esse fenômeno, conhecido como eco de teclado (ou keybounce, em inglês), costuma ocorrer com maior freqüência em teclados de baixa qualidade ou antigos, embora também possa acontecer em teclados modernos de desempenho mais eleva-do. Por esse motivo, implementa-se no chip controlador um algoritmo que determina a freqüência com que se deve examinar o teclado e é complementado pelo software de verificação do teclado (o controlador empregado pelo sistema operacional), para eliminar as repetições produzidas pelo eco ou repique. Por exemplo, se o algorit-mo indica que sejam discriminados os acionamentos situados abaixo dos 5 milissegundos de duração e o software solicita os acionamentos a cada dez milissegundos, não será detectada a maioria das repetições desse tipo. O simples acionamento de uma tecla não é suficiente para gerar todo o código que o PC necessita. Mesmo que se mantenha a tecla acionada por um determinado período de tempo, só depois de soltá-la novamente é que o chip controlador irá gerar uma nova seqüência que a identifique cada vez que se examinar o teclado (e que, portanto, detecte a tecla acionada enquanto esta mantiver o contato fechado). Em vez disso, gera-se um valor simples para indicar quando foi acionada a tecla (down code) e, posteriormente, outro valor (up code), quando se solta a tecla e ela volta à sua posição de repouso. Os valores gerados não têm correspondência com os códigos ASCII; eles foram selecionados de forma arbitrária pela IBM quando a empresa desenvolveu o primeiro teclado para PC. O chip microcontrolador 8042 do teclado envia ao computador esses dois valores (chamados de códigos de explora-ção) para cada tecla pressionada, quando são processados pela rotina do serviço de interrupções do teclado ou ISR (Interrupt Service Routine). É importante utilizar dois valores independentes, pois algumas teclas, como a que permite alternar entre maiúsculas e minúsculas (Shift) ou as teclas Ctrl e Alt, denominadas modificadores, são funcionais durante todo o tempo em que permanecem acionadas. Gerar o valor up code para todas as teclas pos-sibilita, além disso, que a ISR reconheça que teclas estão sendo acionadas enquanto o usuário mantém qualquer desses modificadores apertado. Para algumas teclas são transmitidos mais de dois códigos de exploração; é o caso das teclas que foram acrescentadas aos teclados mais recentes, que não estavam presentes nos desenhos originais da IBM. Quando o código de exploração chega ao computador, é recebido por um segundo controlador, que faz uma conversão para que o sistema operacional possa interpretá-lo, coloca-o à disposição da porta de en-trada/saída no endereço 60h (reservado para o teclado) e solicita uma interrupção ao processador para avisar que foi recebido um código de exploração do teclado. Finalmente, o valor convertido é enviado. Esse código é um valor único, embora muitas teclas sejam utilizadas para representar vários caracteres (por exemplo, a partir da tecla A podem-se obter os caracteres a, A, â, Ctrl-A etc.). Seu valor convertido, ou seja, o que será utilizado pelo PC, de-pende do estado dos modificadores no momento em que são enviados os códigos de exploração da tecla. Esses modificadores podem ser divididos em dois grupos: os ativos e os de transição. Os modificadores ativos corres-pondem às teclas Alt, Ctrl e Shift, nas quais se leva em consideração a modificação nas teclas restantes, enquanto elas permanecem acionadas, por meio de um bit associado que muda seu valor quando se detecta o down code de um desses modificadores e recupera seu estado inicial ao detectar o up code. Já para as teclas cor-respondentes ao grupo de transição (Caps Lock, Num Lock ou Scroll Lock), o bit se modifica depois de uma se-qüência down cade e up code consecutiva.

A INTERFACE DE HARDWARE

Existem dois chips encarregados de controlar o teclado, com os quais se comunica o sistema: um montado sobre a placa-mãe do PC (controlador on board) e outro instalado no próprio dispositivo. A comunicação com o controla-dor da placa permite, ao ler um byte de estado, conhecer a informação no controlador do teclado e mandar infor-mação para o dispositivo (por exemplo, para ligar ou desligar os LFDs), escrevendo nesse byte. O protocolo de

Os teclados de nível médio e alto dispõe de mecanismos muito preci-sos para acionar cada uma das te-clas. Em alguns modelos chega-se a empregar lâminas de ouro no disco que faz o contato com o circuito para garantir o funcionamento durante toda a vida útil do dispositivo.

CURSO DE HARDWARE E MONTAGEM – Curso técnico.. Prof.º Adriano Queiroz Sobrinho – Técnico em Informática – Manaus – AM – (92) 3648-4152

PANDATITAN - Informática Página 3 Manaus / Amazonas

transmissão do teclado é um processo bidirecional contro-lado por meio de ciclos de relógio (determinados pelo chip do dispositivo), no qual são movimentados pacotes de dados de 11 bits de com-primento, correspondentes a 1 bit de início, 8 bits para os dados que são transmitidos, 1 bit para o controle de pari-dade e um último bit de final. A freqüência de relógio varia entre 1 0 e 20 kHz, depen-dendo do modelo de teclado. Em cada ciclo a transmissão é realizada através de duas linhas denominadas Dados e Relógio (DATA e CLOCK), que podem ter dois estados cada uma, alto e baixo, iden-tificados respectivamente por 1 e 0, embora na realidade se utilize corrente elétrica para identificar cada estado (0 volts para o estado baixo e aproximadamente 5 V para o alto). A primeira delas,

Dados, envia os códigos de exploração detectados e os comandos do ou para o teclado (por exemplo, a taxa de repeti-ção das teclas ou as mudanças nos LFDs de estado), enquanto a segunda linha determina que tipo de operação está sendo levada a cabo (ou seja, se a informação enviada é um comando ou um código de exploração), além de sin-cronizar a transmissão de dados entre o PC e o teclado. Quando o sistema tem de enviar informação para o teclado, é escrito um comando, no controlador 8042, avisando que os dados que serão recebidos em seguida são um comando para o teclado, transferido através da linha Dados. Então o controlador on-board muda o estado da linha Relógio para 0, o que impede o recebimento de informação do teclado e também da linha Dados, para indicar ao teclado que se está enviando informação para ele. Se o teclado estava processando algum código de exploração nesse momento, ele o armazena temporariamente e mu-da também o estado da linha Relógio para 0, para avisar que está preparado para receber a informação; em seguida, é transmitido o primeiro bit pela linha Dados e se muda o estado da linha Relógio para 1. Ao receber esse bit, o teclado muda de novo o estado da linha Relógio para que o sistema envie o bit seguinte. O último bit enviado (no último ciclo de Relógio) é devolvido pelo teclado ao controlador da placa, para verificar se a recepção foi concluída. Quando se transmite informação a partir do teclado, as duas linhas de-vem estar em 1, pois de outro modo não seria possível o envio. Depois de se mudar a partir do teclado o estado

CURSO DE HARDWARE E MONTAGEM – Curso técnico.. Prof.º Adriano Queiroz Sobrinho – Técnico em Informática – Manaus – AM – (92) 3648-4152

PANDATITAN - Informática Página 4 Manaus / Amazonas

das linhas, o controlador da placa-mãe mudará para 1 a linha Relógio, caso os dados possam ser recebidos, ou a manterá em 0, para indicar que não é possível a transmissão, já que os bits recebidos não poderão ser processa-dos. Se estiver preparado para receber os dados, o teclado enviará os bits um por um, mudando o estado das linhas de uma maneira particular. A linha Dados muda para O e posteriormente a linha Relógio muda para O e para 1, para avisar que se está enviando um bit. Depois altera-se de novo o estado da linha Dados para 1, a fim de enviar o bit seguinte, até concluir a transmissão dos 11 bits necessários. Os dados do controlador da placa para o teclado têm sempre preferência, por isso pode-se interromper a transmissão a qualquer momento (desde que tenham sido enviados menos de 10 bits), mudando o estado da linha Relógio para O durante 100 milisse-gundos e iniciando a transmissão de dados do sistema. Se não se modificar o estado nos 20 ms seguintes ou o teclado continuar mandando a informação anterior, será enviado um comando para iniciar novamente a transmis-são.

LAYOUTS DE TECLADO

A disposição das teclas é similar em todos os teclados para computadores compatíveis, embora existam diferen-ças na atribuição de cada tecla, dependendo do idioma de cada país. Isso significa que o código de exploração enviado depois de acionar uma das teclas pode ser diferente para alguns caracteres especiais. Mesmo assim, e contrariamente ao que acontecia com sistemas operacionais anteriores, desde o aparecimento do Windows 95 foi possível mudar a configuração do teclado para utilizar mais de um layout simultaneamente. Com isso, nos aplicati-vos em que um caractere é mais utilizado do que outros, pode-se variar esse layout de modo a otimizar o uso desse dispositivo. Quando o sistema recebe um código de exploração do teclado, converte-o num código de tecla virtual, associado ao sistema e a seus aplicativos. Enquanto os códigos de exploração dependem do teclado ou de seu fabricante, os códigos virtuais são independentes do dispositivo, o que permite reconhecer, sem dificuldade, diversos modelos de teclados diferentes. Os sistemas operacionais Windows 95 e Windows 98 utilizam um arquivo de extensão .KBD para salvar esses códigos virtuais para diferentes layouts de teclado. Assim, quando o contro-lador recebe um código, transmite-o ao sistema operacional para que possa ser gerada a mensagem correspon-dente. Dessa maneira, é possível, por exemplo, utilizar um teclado com uma disposição de teclas correspondente a um idioma específico, para escrever empregando caracteres de outro idioma.

ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS

Nem todos os modelos de teclado têm características técnicas iguais, embora sua aparência seja muito similar. A grande diferença de preço existente entre os teclados oferecidos pelos diversos fabricantes depende não só do material empregado, mas também dos controles de qualidade mais ou menos rigorosos que são aplicados no processo de fabricação. Desse modo, é possível obter dispositivos que, embora tenham preço notavelmente supe-rior, revelam-se muito mais adequados para um uso intensivo e prolongado. Os dados que são habitualmente apresentados com o teclado costumam referir-se ao tipo de conector empregado, ao número de teclas e à tecno-logia de retorno da tecla depois de acionada. Existem outros parâmetros importantes que também devem ser con-siderados, como o tamanho do buffer do teclado (do tipo FIFO, Fisrt lnput First Output, ou seja, o primeiro valor a chegar e ser armazenado será o primeiro a sair do buffer quando for possível), que permite guardar temporaria-mente os códigos de exploração que não puderam ser enviados para o PC, e que pode ser de 16 caracteres ou mais. As especificações mecânicas incidem de maneira notável na comodidade de uso do dispositivo a longo pra-zo, em sua durabilidade e no MTBF (Mean Time Between Failures, tempo médio entre falhas). Elas incluem parâ-metros como o comprimento máximo de percurso de cada tecla, que costuma variar em torno de 4 mm e que afeta notavelmente o esforço a ser despendido pelos dedos; o número máximo estimado de acionamentos que o dispo-sitivo admite (um valor estatístico fornecido pelo fabricante como referência da durabilidade do produto, medido em milhões de acionamentos), que deve ser superior a 30 milhões; e a força de operação ou sensibilidade tátil, medida em gramas (o valor médio é de 40 g), que indica a força que o usuário deve aplicar sobre uma tecla para acionar seu mecanismo. Quanto às especificações elétricas, além da voltagem necessária (que em todos os casos é de 5 V, embora com uma margem de tolerância variável), deve-se levar em conta a resistência dos contatos, que determina em grande medida o efeito de eco produzido por aqueles que estão defeituosos e que deve ter valor máximo aproximado de 500 ohms. Outros valores, que também podem afetar de forma importante o rendi-

CURSO DE HARDWARE E MONTAGEM – Curso técnico.. Prof.º Adriano Queiroz Sobrinho – Técnico em Informática – Manaus – AM – (92) 3648-4152

PANDATITAN - Informática Página 5 Manaus / Amazonas

mento do teclado e que não costumam ser levados em conta são as faixas de temperadora e umidade. Na maioria dos teclados essa faixa é suficientemente grande para permitir seu funcionamento em qualquer situação (desde -200C até 600C, aproximadamente), embora nos valores entremos o funcionamento sem falhas possa fecal reduzi-do a poucas horas. As certificações e homologações de um produto são também uma garantia de fabricação que é levada em consideração por muitos usuários. Nesse sentido, um dispositivo como o teclado deve estar homolo-gado no mínimo por uma das associações mais importantes que existem em nível mundial: CSA (Canadian Stan-dards Association), DKE (Deutsche Elektrotechnische Kommission), UL (Underwriters Labora tories), FCC (Fede-ral Communications Commission), Dl N (Deutsche IndustrieiNormen) etc.