„Csavargás a gombok birodalmában”, avagy mit nyomogattunk régen / most? (Érzésre első rész)

A régiségek közt volt pár plus/4 típusú mikroszámítógép is, nem túl jó állapotban. Sebaj, az ilyen ajándéknak mindig örül az ember. (Már aki, persze.) Köztük volt ez a darab is, amit most elő sikerült ásni:

Egyrészt retkes, másrészt az „ékezetes betűink” fel vannak matricázva (valamilyen iskolai kollekció része volt), harmadrészt az 5-ös billentyű törött / hiányzik. Szerencsére megkaptam hozzá, meg is van az alá való rugóval együtt:

Ez teljesen rendben is van. A cucc viszont érdekes módon van eltörve, nem ez a szokványos:

Nem ez a „belső rész” törik el jellemzően, hanem az egyel feljebb levő képen látható kis „oszlop” a gombsapka közepén. Az szokott tőben beletörni a ebbe a „mozgórészbe”. Ilyet eddig még nem is láttam. Végül is részletkérdés, egyik sem javítható, szóval... :) Mindegy, terv van, különben elő se szedem. De lehet takarítani...

„Néhány” csavar (8 „nagy”, ami a gép házában tartja a komplett billentyűzetet, illetve 18 pici, ami a nyákot rögzíti a mechanikához) kitekerése meg két forrasztás (ShiftLock kapcsolója) után látható közelről a „beteg” alkatrész:

Ez az amorf „valami” csúszkál fel/le a neki kiképzett furatban, felül a gombsapka, alatta egy rugóval, az tolja vissza elengedett állapotban. Amikor a gombsapkát lenyomják, ez az egész lecsúszik a furatban. Az a fekete valami az egy elektromosan vezető gumi, ami egy érintkező párt zár rövidre:

Eléggé „tragikusnak” néz ki, de szerencsére nem kopás, sima kosz. Egy kis alkoholos dörzsölgetés hatására szép tiszták lesznek a felületek, amik itt aranyozottak. A „költség-csökkentett” verzióban ezek a felületek valamilyen „grafitszerű” anyaggal vannak bevonva, én személy szerint ezt jobbnak tartom. (Nyugodtabban lehet dörzsölni tisztításkor... :) )

Amíg a szokásos szétszedés-mosás-szárítás akció folyamatban van, addig jöhet a törött gomb javítása! Nem fogok semmi csodát bemutatni, csak ezt:

Ez egy másik haverom ajándéka. Említette, hogy van neki pár „bányagépe”, amik mindegyike billentyűzethibás is, nincs értelme feléleszteni őket. Nekem meg volt a fenti törött billentyűzetesem, gondoltam, kérek tőle egy „belsőrészt”, más úgyse kell. Erre kaptam egy komplett gépet. :) Persze az alaplap szépen ki van fosztva, de esetemben ennek semmi jelentősége. (Aminek viszont lehet: ennek a háza jobb állapotban van, mint az, amelyikbe beépítettem a nem kicsit átalakított gépem. Lehet hogy átszerelem ebbe. Egyszer...) Ezen a „klasszikus” billentyűtörés látszik:

A gombsapka közepe tört ki, és igen, látszik a „klasszikus” javítási próbálkozás is: próbáljunk egy gyufaszálat / fogpiszkálót beleragasztani a közepébe, ahhoz talán a sapkát is hozzá lehet ragasztani. Hát, én eddig nem találkoztam olyan emberrel, akinek ez sikerült. :) De a donor megvan, az Inst/Del gomb betétje pont jó lesz. A többi meg mehet el tartalékba. ;)

A középre betört gombsapkadarabot sikerült kibányászni (balra), de a vezetőgumit is le kellett hozzá szedni (jobbra), hogy hozzá lehessen férni. Ezért is szeretem ezeket a régi cuccokat, mert ennyire szét lehet bontani javításkor. Manapság ez bajosan menne... Ezek anno tényleg nem voltak ám gagyi dolgok, pedig nem is gondolná az ember:

A Commodore billentyűit a Mitsumi gyártotta. Annak idején el voltunk ám kényeztetve! :) A cég összes gépében ilyen elven működő billentyűzet van (kivétel talán az ősöreg PET-ek gombjai, illetve a C116 gumibillentyűje).

Na de hogyan is működik egy ilyen billentyűzet? Azaz: mi történik, amikor gombot nyomnak?

Normál esetben egy bármilyen nyomógomb hardveresen úgy szokott bekötve lenni, hogy van egy vonal, ami egy ellenállással a tápfeszültségre van kötve. Erre a vonalra rá van kötve még a nyomógomb (kapcsoló) egyik fele, a (nyomógomb) másik fele meg a földre. Ha a kapcsoló nyitott állapotban van, a vonalon az ellenállás miatt magas szint alakul ki. Amikor a kapcsoló záródik (nyomják a gombot), az a földre köti a vonalat, ami emiatt alacsony szintre kerül. Ez a vonal a megfelelő módon „be van vezetve” egy, a processzor számára „figyelhető” helyre (bemeneti „portba”). A CPU-n futó program meg már úgy dolgozza fel ezt, ahogy neki jólesik.

No! De miért a föld fele kapcsol a kapcsoló, és az ellenállás miért a tápra van kötve? (Ez amúgy az un. alacsony-aktív logika.) Nem lehet-e fordítva? :) Ez a felállás régről jön. Amikor ez kialakult, akkor a digitális technika a TTL áramköröket jelentette erősen. Az alacsony-aktív hozzáálláshoz célszerű megnézni a (Wiki oldalon szereplő) 7400, mint NAND kapu (egyszerűsített) kapcsolási rajzát, abból is a bemenetek kialakítását. Attól most nyugodtan el lehet tekinteni, hogy a bemeneti tranzisztornak két emittere is van. :) Magas bemeneti szint esetén szinte csak veszteségi áram folyik, mivel ilyenkor a tranzisztor B-E „félvezető átmenete” zárva van. (Ezért van az, hogy a TTL áramkörök a „lebegő” bemenetet is magas szintnek érzik. Illetve emiatt alakult ki az alacsony-aktív logika; ha a bemenet „leszakadt”, akkor inkább NE csinálja a funkcióját a tok.) Alacsony bemeneti szint esetén viszont akkora áram fog folyni, amekkora áramot a bemeneti tranzisztor bázisellenállása enged. (Kb. Ez ránézésre egy földelt-bázisú tranzisztoros kapcsolás, nagy feszültségerősítéssel. Vagy valami ilyesmi, majd ki leszek javítva! :) ) De ez „jóval nagyobb”, mint magas szint esetén. (A pontos értékek a megfelelő katalógusban megtalálhatók.) Ez így a TTL kimenetek számára aszimmetrikus terhelést jelent, alacsony szintre húzáskor nagyobb áramot kell tudni kapcsolni, mint magas szint esetén. Emiatt a „föld-oldali” meghajtó a TTL IC-ben jóval nagyobb áramot tud, mint a „táp-oldali”. Ha egy külső vonalat egy ellenállás kényszerít valahova, akkor azt célszerű a tápra kötni, a TTL kimenet biztonságban alacsonyra tudja még húzni a vonalat. Fordított felállásban már nem biztos. Manapság, a CMOS áramköröknél már máshogy van; ott áram leginkább csak akkor folyik, ha egy kimenet átvált a másik állapotra. Ilyenkor a hozzá kapcsolt bemeneten levő (itt) parazita kapacitást kell tölteni/kisütni, ahhoz meg mindkét irányban ugyanúgy kell hajtani. Ott mindegy lenne hogy mi az aktív, mit húznak hova, de a régi alacsony-aktív logikát sokszor megtartják. Elkalandoztam... :)

Szóval a gombok. Sokan. A legegyszerűbb módszer az lenne, ha mindegyikhez lenne egy dedikált bemeneti port, akkor lenne CPU oldalról a legegyszerűbb kezelni. Kevés gombnál ez egy bevett szokás, de – esetünkben – ez 64 bemeneti vonalat jelentene (mivel a plus/4 ennyi billentyűt kezel). Azt meg nem éppen „gazdaságos” kiépíteni, a behuzalozásról nem is beszélve. Ezért egy ekkora mennyiséget (sokszor jóval kevesebbet is) inkább összekötnek egy „mátrixba”. Itt már a kezelő CPU-nak egy kicsit több dolga van, de nem vészes azért.

Ez itt egy egyszerűsített rajz, mindössze 3×3 azaz 9 billentyűvel, de a nagyobb mátrixot ugyanígy kell elképzelni. A kezelés lényege annyi, hogy a kapcsolók egyik pontjára nem fix föld, azaz alacsony kerül, hanem oda kapcsolható az alacsony szint. Ezek a vonalak a ROWx jelzésű sorok most. A kapcsolók másik fele kapcsolódik a mátrix oszlopaihoz, ezek a COLx jelzést viselik. Ezek a vonalak fel vannak a tápra húzva egy-egy ellenállással. (Nem kell minden kapcsolóhoz külön felhúzás, csak az oszlopokra egy-egy. Ezek az ellenállások amúgy nem szükségszerűen „látszanak”, be lehetnek építve abba az IC-be is, amik az oszlopokat figyelik.) A rajzon a ”3” illetve ”Y” jelű kapcsoló most zárt állapotban van, csak a példa kedvéért. Ha a ROW1 nevű sor alacsony, akkor a COL3 oszlopot a zárt kapcsoló úgyszintén alacsonyra húzza. (Ez a két vonal van megjelölve.) Az ”Y” gombhoz a ROW3 sor tartozik, az most nincs alacsonyan, tehát az a billentyű nem szól bele a COLx vonalak hajtásába. A programnak mindössze annyi a feladata, hogy egyenként, egymás után alacsonyra kapcsolja a ROW1..x sorokat, majd minden egyes sorváltás után beolvassa a COL1..x oszlopokat. A beolvasott adatok között az a bit lesz 0, amelyik gomb nyomva volt a mátrixban. Amikor – esetünkben – elér a ROW3 sorig és azt kapcsolja alacsonyra, akkor majd az ”Y” kapcsoló fogja a COL2 oszlopot alacsonyra húzni.

Ez idáig túl szép, meg túl egyszerű. De jöjjön a bonyodalom!

Itt csak annyi történik, hogy a dear user az előző állapothoz képest lenyomta még a ”Z” billentyűt is, tehát összesen három gomb van nyomott állapotban. A lekérdezéskor a program továbbra is 1-1 ROWx jelzésű vonalat kapcsol alacsonyra, majd beolvassa a COLx oszlopokat. Esetünkben szintén a ROW1 van soron, az az alacsony. De mi történik ilyenkor? A ”3” jelzésű kapcsoló alacsonyra kapcsolja a COL3 oszlopvonalat, eddig sima ügy. De! A ”Z” jelzésű kapcsoló is zárva van, azon keresztül a ROW3 sor is alacsony lesz, pedig azt a program nem kapcsolta alacsonyra! :) Mivel ez a sorvonal így alacsony lett, az ”Y” gomb a hozzá tartozó COL2 oszlopot alacsonyra tudja húzni. A program meg azt „látja”, hogy a ROW1 vonal aktiválásakor a COL2 és a COL3 oszlop is aktív lett, így a sorban nyomva van a ”2” illetve a ”3” gomb is. Szépen keletkezett egy „fantom” billentyűlenyomás. A „szájhagyomány” ezt a jelenséget ghosting néven emlegeti. (Van egy Microsoft®-os oldal, ahol egy böngészőben meg lehet csodálni ezt a dolgot a saját billentyűzettel.) Lehet-e tenni ellene valamit? Hardver módosítás nélkül semmit. :) Ami látszik: egy vagy kettő lenyomott billentyű esetén még nincs probléma. Három esetén már előjöhet, de ez attól függ, hogy a három billentyű a mátrixban hogyan helyezkedik el. Kettőnek ugyanazon a soron, kettőnek meg ugyanazon az oszlopon kell lennie. Értelemszerűen minél több billentyű van nyomva, annál nagyobb az esély egy ilyen felállásra.

A legtöbb jelenkori billentyűzet ugyanilyen egyszerű mátrix elrendezést használ, viszont a mai UI-k alatt többször megtalálhatóak olyan esetek, amikor három gombot is le kell nyomni egyidejűleg. (Ctrl-Alt-Del? :) ) Akkor miért nem okoz ez gondot? A válasz nagyon egyszerű: ilyenkor (szerencsére?) a „sok gomb” közül a többség valamilyen módosító billentyű. (Ezek a Control, Shift-ek, Alt-ok, illetve mostanában az S1 / S2 (Win® billentyűk).) Ezeket hardveresen külön szokta a billentyűzet kezelni, tehát ezek NINCSENEK belekötve a billentyűmátrixba! Így a lenyomásuk a mátrix szempontjából érdektelenek, magában a mátrixban meg csak egy, esetleg kettő billentyű van lenyomva, az meg kezelhető.

Hardveres oldalról a probléma abból áll, hogy a sima kapcsoló „mindkét irányba” vezeti az áramot. Ha esetünkben a ”Z” billentyű nem kapcsolná rá az alacsonyat a ROW3 vonalra, akkor minden rendben lenne. De az ilyen alkatrészt diódának hívják, nem kapcsolónak. :) A megoldás is ez: a kapcsolókkal sorba kell kötni egy-egy diódát, akkor ez a jelenség nem alakulhat ki. Igen, az összes nyomógombhoz kell tartozzon egy dióda, és szerintem sejthető, hogy miért nem jellemző az, hogy ilyen legyen a nagy többség. Azért üdítő kivételek vannak:

Ez egy A3000 billentyűzete, de az A4000 is ugyanez, csak a csatlakozó itt egy 5 pólusú DIN, ott meg egy 6 pólusú Mini-DIN. (Az utóbbi bármennyire is PS/2 billentyűzetcsatlakozónak néz ki, NEM kompatibilis a PC-s billentyűzetekkel!) Na de mi van belül?

Igen, ott van minden gomb mellett a soros dióda. Amúgy természetesen Mitsumi, vezetőgumi, a szokásos. Viszont hogy rosszat is mondjak róla:

A billentyűk alól kispórolták a rugókat, ez a gumiharang tolja vissza a felső pozícióba a gombot. Lenyomáskor egész más érzetet ad, és hajlamos azért elöregedni, ez ennyi év után már okozhat gondot.

Itt a billentyűzet – a régi Commodore gépekkel ellentétben – már nem „párhuzamosan” kapcsolódik a géphez, nem a gép kezeli közvetlenül a mátrixot. Az adatátvitel soros, két vezetéken (adat + órajel) történik az átvitel. A fenti képen látszik egy 40 lábú „jószág”, az egy mikrovezérlő, „ő” kezeli a mátrixot és küldi az adatokat a gép fele. A kommunikáció egyszerű egyirányú. Amikor egy gomb lenyomódik, akkor elküldi a hozzá tartozó kódot a gépnek. Ez a kód egy 8 bites adat, a B7 ebben az esetben 0. (Pécés terminológiában ez a Make kód, 128 megkülönböztethető billentyű.) Felengedéskor ugyanez a kód megy el, de a B7 akkor 1. (Break kód.) Nincs túlbonyolítva, az XT használt ilyen jellegű kommunikációt. A gépnek összesen annyi lehetősége van, hogy tudja a billentyűzetet várakoztatni a következő kód elküldése előtt. Maga a billentyűzet nem is csinál mást, nincs ismétlés, nincs LED kapcsolgatás vezérlésre lehetőség, semmi. (A CapsLock speciálisan működik; egyszeri lenyomásra bekapcsol a LED + a lenyomáskódot küldi el, a következő lenyomásra meg LED ki + felengedéskód megy. Emiatt azt máshova átmappolni nem lehet.) Vagyis egy funkciója még van, de erről később.

Ez a gombok külön lediódázása se az A500, se az A1200 esetében (még / már) nem volt divat, itt egy ezerkettes billenő:

Dióda látszólag egy szál se, de nocsak: nem egy fóliabillentyűzet az ott? Hát nem:

Szokásos gyártó, szokásos felépítés, csak éppen a hordozó változott. Az érintkezők itt már az elején emlegetett „grafitszerű” bevonatot kapták, de azt használták rendes nyákos felépítésnél is. A mátrixot itt sem a gép kezeli közvetlenül, megmaradt erre a külön µC, csak éppen leköltözött az alaplapra.

Annak idején, amikor az A500 megjelent, kritizálták azért, mert nincs rajta RESET gomb, pedig az „bevált” már az előző gépeknél. Az összes AMIGA a Control + a két AMIGA billentyű egyidejű lenyomásával indítható újra, ez erősen hajaz a pc-s Control + Alt + Del billentyűkombinációs megoldásra. Van viszont egy nagy különbség: itt ez a billentyűkombináció hardveres RESET-et vált ki. Ez annyira így van, hogy az A500 billentyűvezérlő µC direkt ezzel a kombinációval nem is foglalkozik, van egy külön logika a billentyűzetvezérlő nyákján, ami ezt megoldja. (Mindhárom billentyű módosító billentyű, itt sincsenek ezek benn a mátrixban, emiatt nem egy különösen bonyolult a feladat.) Az újabb modelleknél ezt a feladatot már a µC látja el, méghozzá mókás módon. :) Az történik, hogy amikor érzékeli a három gomb egyidejű lenyomását, akkor elküldi a lenyomás kódokat a gép felé, majd vár egy kicsit. Ameddig várakozik, addig a gép maga elvégezhet még pár kritikus feladatot (HDD cache-ek ürítése pl...), majd (jó esetben) ezek után történik meg maga a hardveres RESET. (Ezért van az a „furcsa” jelenség, hogy ha el van fagyva a gép, (vagy csak simán nem foglalkozik a billentyűkódok átvételével, ) akkor jóval tovább kell a három gombot nyomni a RESET kiváltásához. A lenyomáskor a három billentyű kódját még el akarja küldeni, amit a gép – elfagyásából kifolyólag – nem akar átvenni. A kommunikációban levő TimeOut időket ilyenkor a KB µC még kivárja, majd utána generál tényleges RESET-et.) Szóval a gépeken nincs külön RESET gomb, de nincs is rá szükség. :) (Ez a fent emlegetett plusz feladat még.)

Érdekes módon a gombok alá a rugók visszatértek:

Talán a gumiharang nem vált be? Vagy volt ilyen is / olyan is? Ami viszont látszik: a gombfeliratok már festettek, nem két fajta anyagból készül a gomb, abból kialakítva a feliratokat. Érdekes ezt így látni, hogy ahogyan haladunk előre az időben, úgy fogynak el a „finomságok”, minden egyszerűsödik, illetve „olcsósodik” folyamatosan.

No de a kor többi mikroszámítógépe milyen ebből a szempontból? Ennél szinte csak gagyibb. :) Valahogy a konkurencia nem nőtt fel a feladathoz. (Ezt a CBM vagy jól „érezte”, vagy csak véletlenül eltalálták; nem itt ment a spórolás.) Az egyik konkurens a ZX Spectrum fóliabillentyűs (fólia membrán billentyűs), magát a fóliát egy gumi billentyűzet nyomogatja. (A nyomásérzet olyan mint a mai távirányítóknál.) Az elődeinél (ZX80 / ZX81) még a gumi nyomógombok sincsenek meg, a fólia csak egy vastagabb védőréteget kapott, azon vannak a feliratok is. Ilyenből viszont nekem sosem volt, de nincs túlzottam hiányérzetem miatta... :)

Hogy is néz ki egy ilyen fólia (membrán) billentyűzet? A kor másik „konkurense” az Enterprise:

Ez (állítólag...) egy ipari formatervezett műremek! Mondjuk aki kitalálta, hogy a kurzort egy joystickkel kell irányítani normális gombok helyett, arról most ide nem is írok semmit. :) (Ettől függetlenül ezt a gépet mostanában „találtam meg” magamnak. Tele van zseniális és totálisan balfék ötletekkel. Biztosan lesz még róla szó a későbbiekben.)

A gombokat egyben le lehet kapni:

Ez a „gumiharang-gyűjtemény” adja egyrészt a gombokhoz a „visszatérítő erőt”, másrészt ez nyomkodja magát a fóliát:

A fólia (membrán) maga, a gép legsérülékenyebb alkatrésze. A működése egyszerű: van két fólia, rájuk „festve” elektromosan vezető „festékkel” maga a billentyűmátrix. Az egyiken az oszlopok, a másikon a sorok. A két fólia a festésekkel egymás felé nézve van összefordítva.

Hogy alapesetben ne legyen „zárlat”, a két fólia közé bekerül egy „távtartó” fólia, ezen csak lyukak vannak azokon a pontokon, ahol a két fólia a mátrix pontjaiban összeérhet. Összeérni meg akkor fog, ha a gombot lenyomják, azon keresztül a gumi meg „összemasszírozza” a két érintkező felületet. Zseniálisan egyszerű a felépítés, csak ezt annak idején valahogy nem sikerült normálisan megcsinálni. (A mai két forintos billentyűzetek pontosan ugyanígy vannak megcsinálva.) A gombok „mechanikája” (ami a gumiharangok fölött van) valahogy nem sikerült tökéletesre (finoman szólva...), ha nem pont középen van nyomva, hajlamos az akadozásra. Ennek egyenes következménye a durvább bánásmód, aminek a kárvallottja természetesen maga a fólia. Ennél rosszabb helyzetben már csak a beépített joystick alatti pontok vannak, ennek a fóliának is beteg az a része. Az ilyen fajta billentyűzetet is meg lehet azért csinálni „jóra”, a mostaniak azok azért használhatóak, mutatok olyat is.

Viszont most itt azt hiszem „elvágom a történet fonalát”, mivel meglehetősen hosszúra nyúlt. És még a felét se írtam le annak, amit akartam. :) Azért hogy – átmenetileg – valami lezárás legyen a (jelenlegi) végére, itt a takarítás / javítás végeredménye:

Szinte új lett, összehasonlítva az első képpel nehéz elhinni, hogy ugyanarról készült. Maga a billentyűzet elsőre teljesen tökéletes lett, úgy működik mintha új lenne. (Mondjuk nem az első ilyen felújításom, de még én is meglepődtem, hogy mennyire jó lett... :) ) A gépben sajnos halott volt a CPU, így azt kénytelen voltam cserélni. (A működőképes 8501 manapság sajnos igencsak nagy kincs.) De van egy „vadiúj” gépem. Lassan érdemes lenne eladni ezeket, kezd egyre jobb áruk lenni... :)

Linkek:

• A mese második része
• A mese harmadik része

balagesz

---

2014.10.26.
2014.12.14. Folytatás linkek
2019.12.15. D8.