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Fachartikel: PC Tastatur Controller per Teach-in frei programmierbar

 

Veröffentlichung in der Elektronik Praxis

 

Frei programmierbarer Tastaturcontroller
Autor: Dipl. Physiker Gert Breidenbach ist Leiter Marketing und Entwicklung der GeBE Elektronik und Feinwerktechnik GmbH in Germering bei München.
Die immer mehr zunehmende Anwendung von PCs zur Lösung von Steuerungsaufgaben in der Industrie erfordern die Anpassung spezieller Tastaturanordnungen zur Bedienung der gesteuerten Maschinen. Dabei möchte man möglichst auf den Standardtastaturtreiber im PC zurückgreifen können. Hierfür ist der im Folgenden beschriebene, über ein einfach zu handhabendes Teach-In-Verfahren frei programmierbare Tastaturcontroller GCK-972-PS/2 von GeBE speziell geeignet.
Übersichtlicher Matrix-Aufbau
In einer Matrix von 8 Reihen und 16 Spalten lassen sich bis zu 128 Tasten direkt an den Tastaturcontroller GCK-972-PS/2 von GeBE anschliessen (siehe Bild der Blockschaltung). Dabei können praktisch alle gängigen Tasten sowie Folien- und Leitgummikontakte eingesetzt werden. Schattentasten lassen sich über Entkopplungsdioden vermeiden, womit dann auch der N-Key-Rollover-Mode störungsfrei möglich wird.
Zwei virtuelle Tastenebenen -- die "Blocktaste" macht es möglich.
Eine der angeschlossenen Tasten kann als die sogenannte "Blocktaste" deklariert werden. Mit Hilfe dieser Taste wird eine zweite, virtuelle Tastaturebene eröffnet, so dass praktisch mit den gleichen Tasten zwei unabhängige Tastaturen dargestellt werden. Dies bewerkstelligt ausschließlich die Software des Tastaturcontrollers. Durch Drücken der Blocktaste -- es kann auch ein Togglemode gewählt werden -- schaltet der Controller in die zweite Tastenebene um. Der Tastaturtreiber im PC bleibt davon unberührt und interpretiert alle über die PS/2 Schnittstelle gesendeten Signale so, als würden sie von nur einer Tastatur herrühren. Da der im PC vorhandene Tastaturtreiber annimmt, es sei am PS/2 Tastaturport eine Standardtastatur angeschlossen, ist zu beachten, dass die über die Sondertasten erreichbaren Mehrfachbelegungen einer Taste auch der gleichen Taste der frei programmierbaren Tastatur zugeordnet sind. In diesem Sinne kann die zweite Tastaturebene, die nach der Instellation der "Block-Taste" erreichbar ist, auch in gewissem Umfang helfen, diese starre Zuordnung zu umgehen, ohne dass der Tastaturtreiber im PC umgeschrieben werden müsste.
Freie Programmierbarkeit
Jede der Tasten ist vom Anwender ohne jede Einschränkung frei programmierbar. Alle auf einer Standard PS/2 Tastatur befindlichen Tasten, auch die mit besonderer Bedeutung, wie beispielsweise SHIFT, CONTROL, NUM-LOCK, RETURN u.s.w. sind in der Matrix in einem Teach-In-Verfahren frei wählbar. Über die PS/2-Schnittstelle erfolgt die Ausgabe aller MF2 Scancodes Set II oder III. Es werden alle bekannten MF2-Tastatur-Systemkommandos verarbeitet. Die Belegung mit Windows95-Tasten ist ebenfalls möglich.
Programmierung ohne PC-Programm - mit einer einfachen Teach-In-Tastatur
Über die integrierte Weiche, über die im Normalbetrieb eine weitere PC-Tastatur zum Tastaturport des PC durchgeschleift werden kann, wird eine mit Code-Satz 3 ausgestattete PC-Tastatur angeschlossen, mit deren Hilfe der Controller in einem einfach zu handhabenden Teach-In-Algorithmus programmiert wird. Der Controller ist mit einem akustischen Signalgeber ausgerüstet, der zusammen mit den anschliessbaren LEDs beim Durchlaufen des Programmieralgorithmus der Orientierung dient. Der Controller mit angeschlossener Tastenmatrix wird beim Einschalten der 5V Stromversorgung mit Hilfe der Programmiermodetaste in den Teach-In-Mode gesteuert. Jetzt wird durch Tasten auf der zu programmierenden Tastatur eine bestimmte Taste ausgewählt. Der Controller bestätigt die Auswahl über die LEDs. Er erwartet jetzt, dass die gewünschte Taste auf der an der Weiche angeschlossenen Teach-In-Tastatur gedrück wird und quittiert dies wiederum durch entsprechendes Blinken der LEDs. Jetzt kann eine nächste Taste ausgewählt und ihr über die Teach-In-Tastatur eine Tastenfunktion zugeordnet werden und so fort. Die Programmierung der Tasten wird in einem EEPROM des Controllers dauerhaft abspeichert.
Hilfreiche Strings - sogar mit Pause
Werden auf der Teach-In-Tastatur statt nur einer gleich mehrere Tasten nacheinander gedrückt, so wird die komplette Tastenfolge abgespeichert und später beim Betätigen dieser Taste als ein sogenannter String ausgegeben. Diese Strings können auch durch eine in ihrer Länge programmierbare Pause unterbrochen werden. Somit kann mit einem Tastendruck zunächst eine ganze Tastenfolge z.B. zum Aufruf eines speziellen Programmes abgesendet werden. In der einprogrammierten Pause kann das Programm sicher starten. Dann kann der zweite Teil des Strings z.B eine bestimmte Funtion in dem Programm auslösen. Die Stringlänge einer jeden Taste ist auf 30 Byte begrenzt.
Duplizieren der Programmierung
- Direkt von der Mastertastatur Ist die spezielle Tastatur programmiert, so kann sie als Master in einem Kopierverfahren verwendet werden. Über einen Download-Algorithmus kopiert sich der zu programmierende Tastaturcontroller, ohne dass eine Tastaturmatrix angeschlossen sein müsste, aus der an seiner Weiche angeschlossenen Mastertastatur die Programmierung für sein EEPROM. - Archivieren und Downloaden vom PC Mit einem von GeBE entwickelten Programm können die einmal erstellten Tastaturprogrammierungen auch im PC archiviert und von dort wiederum durch ein Down-Load-Verfahren in weitere Tastaturcontroller kopiert werden.
Ein Beginnerset erleichtert den Einstieg in das Teach-In-Verfahren
Dieses Archivierungsprogramm ist Teil eines Beginnersets (siehe Bild) in dem neben der erforderlichen Teach-In-Tastatur ein frei programmierbarer Controller GCK-972-PS/2-EVAL und auch ein für Übungszwecke gedachte, selbstbeschriftbare Folientastatur als 16ner Tastenmatrix enthalten ist. Über eine kleine Bedienkonsole mit Anzeige-LEDs und Mode-Taste kann die Anwahl der Programmierung vorgenommen werden. In dem ausführlichen Manual werden Hilfstabellen zur Verfügung gestellt, die die Anwendung des Controllers vor allem bei komplizierten Tastenanordnungen geschickt unterstützen.
Hard- und Software kann kundenspezifisch erweitert werden
In der ab Lager bei GeBE lieferbaren Standardbestückung besitzt der Controller eine 99polige Stiftleiste, an die bereits bestehende Tastaturmatrixen mit verschiedenster Orientierung der Anschlüsse -- Reihen und Spalten wechseln miteinander ab oder sind in Gruppen von Spalten und Reihen auf den Anschlusskabeln angeordnet -- übersichtlich angeschlossen werden können. In der Standardbestückung verfügt der Tastaturcontroller GCK-972-PS/2 von GeBE über Treiber für 4 Leuchtdioden zur Anzeige der Funktionen CAPS-LOCK, NUM-LOCK, SCROLL-LOCK und BLOCK. Über einen von der Tastenmatrix unabhängigen Schlüsselschalter ist eine Abspermöglichkeit vorgesehen. Ausserdem kann über eine Wake-Up Logik ein Power-Down-Stromspar-Modus mit Sleepfunktion unterstützt werden. Ein integrierter Watchdog erhöht die Störsicherheit des Controllers. Der im Controller verwendete Single Chip µ-Prozessor verfügt über einen Flash Speicher, so dass ein Programmupdate jederzeit möglich ist. Auf dem Controllerbord sind bereits einige Funktionen vorgesehen, die in der Standardversion nicht bestückt sind. So können zusätzlich eine RS232-und eine SPI- Schnittstelle installiert werden, über die sich, bei entsprechender Sonderprogrammierung, Peripheriegeräte wie Mausfunktionen, Barcode- oder Kartenleser und ID-Geräte anschliessen lassen.
Frei programmierbarer Controller mit serieller RS232 Schnittstelle
Im gleichen Layout ist der mit serieller Schnittstelle ausgestattete, frei programmierbare Tastaturcontroller GCK-972-RS232 verfügbar. Auf Tastendruck sendet dieser - im Gegensatz zu den Tastencodes vom PS/2 Controller - bereits nach ASCII-Code verschlüsselte Einzelzeichen oder auch ganze Strings über die serielle RS232-Schnittstelle aus. Er lässt sich ebenso leicht mit einem Teach-In-Verfahren programmiern wie der oben ausführlich beschriebene frei programmierbare PS/2 Tastaturcontroller.

 

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