Brevet FR2603718A1 — publié le 19880311

Clavier a gestion de touches La présente invention concerne un clavier muni d'un dispositif de gestion de touches, tel qu'un clavier de terminal informatique ou de télécommunication, de micro-ordinateur, ou de machine à écrire par exemple. Les claviers existants sont, de manière connue, organisés suivant une matrice de conducteurs de ligne et de conducteurs de colonne. A chacun des points du croisement des conducteurs de ligne et de colonne est placide une touche I bouton poussoir ayant un contact connectant un conducteur de ligne respectif et un conducteur de colonne respectif . Le dispositif de gestion associé à ce type de clavier comprend deux interfaces reliées à un microprocesseur, le plus souvent par I'intermÁdiaire d'un dispositif matériel associ-. Une première interface dite d'écriture a des bornes, ou ports unidirectionnels, reliées respectivement aux conducteurs de ligne et est destinée explorer cycliquement les états des contacts de touche en appliquant cycliquement une première tension logique à l'un des conducteurs de ligne et une seconde tension logique aux autres conducteurs de ligne.Une seconde interface dite de lecture a des bornes, ou ports unidirectionnels, relises respectivement aux conducteurs de colonne et est destinée à détecter des premières tensions logiques en réponse à des fermetures de contacts de touche reliés au conducteur de ligne porté à ladite première tension logique. Il apparat ainsi que pour une matrice carrée ayant N points de croisement incluant chacun un contact de touche, il est nécessaire de prévoir 2N bornes du dispositif de gestion. Certains terminaux ou équipements électroniques necessitent couramment un grand nombre de touches, ce qui nécessite un grand nombre de ports d'entrée et de sortie pour gérer la matrice de contact de touche, et une implantation et un coût relativement important du clavier. Le dispositif de gestion fonctionne en permanence pour explorer et détecter les états des contacts de touche à tout instant. Les claviers existants ont ainsi une consomnation en courart élevé due à l'exploration cyclique permanente. Il apparat souhaitable de diminuer la consommatior. en courant, notamment en interrompant l'exploration lorsque le clavier n'est pas utilis-. La présente invention vise à fournir un clavier ne présentant pas les inconvgnients précites de la technique antérieure. A cette fin, un clavier selon l'invention comprenant 1 premiers conducteurs et N seconds conducteurs, où N est un entier, et des circuits à touche comprenant chacun un contact de touche connecté en série avec une première diode entre l'un des premiers conducteurs et l'un des seconds conducteurs, est caractérise en ce qu'il comprend au plus N(N-1) circuits à touche et en ce que chacun des premiers conducteurs est relié e au plus (N-i) seconds conducteurs à travers des circuits à touche. L'invention permet de gérer N(N-1) touches à partir de N bornes d'entrée/sortie ou ports bidirectionnels d'un dispositif de gestion. En effet, le dispositif de gestion selon l'invention comprend des moyens ayant N bornes reliés directement aux premiers conducteurs respectivement pour explorer et analyser des états fermé et ouvert de chacun des contacts de touche.Les moyens pour explorer et analyser comprennent des moyens d'exploration pour appliquer cycliquement un premier état logique e l'une desdites bornes et un second état logique aux autres bornes, et des moyens d'analyse pour détecter ledit premier état à l'une desdites autres bornes en réponse à la fermeture de l'un des contacts de touche reliés 2 ladite borne à laquelle est appliqu le prerr.ier état logique. L'invention diminue ainsi sensiblement de moitié le nombre de bornes du dispositif de gestion, pour un nombre de touches sensiblement égal, par rapport à l'état de la technique. En outre, deux modes de fonctionnement du dispositif de gestion sont sélectionnfs automatiquement. Un premier mode dit d'exploration correspond à une utilisation du clavier ; les états des contacts sont cycliquement explorés de manière I déterminer des touches appuyées. Un deuxième mode dit de veille intervient lorsqu'aucune touche n'est appuyée pendant une durée prédéterminée ; l'exploration cyclique est arrêtée afin d'éliminer toute consommation de courant inutile et de permettre, éventuellement, au dispositif de gestion d'accomplir d'autres tâches. A cette fin, le clavier comprend des moyens reliés aux seconds conducteurs pour arrêter l'exploration et l'analyse -des tats des contacts par les moyens pour explorer et analyser après une durée prédéterminée au cours de laquelle aucun contact de touche n'a été fermé, et pour déclencher l'exploration et l'analyse dl-s qu'un contact de touche est fermé, Selon une réalisation préférée, les moyens pour arrêter et déclencher l'exploration et l'analyse comprennent un circuit OU ayant N entrées reliées aux seconds conducteurs respectivement et une bascule ayant des première et seconde entrées reliées respectivement à une sortie des moyens pour explorer et analyser et une sortie du circuit OU, et une sortie reliée a une entrée des moyens pour explorer et analyser. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention en référence aux dessins annexés correspondants, dans lesquels - la Fg. ] est un bloc-diagranme schématique d'une rralisation préférre d'ur. clavier selon l'invention, comprenant N(N-1) touches ; et - la Fig. 2 montre des formes d'onde de signaux produits dans le clavier pour gérer des modes d'exploration et de veille. En référence à la Fig. 1, un clavier selon l'invention comprend une matrice carrée ayant N2 points de croisement P1,1 à PN,N définis par des croisements de N premiers conducteurs sensiblement parallèles L1 7-. Ly représentant des lignes ou ranges de la matrice, et de N seconds conducteurs parallèles C1 5 CN, sensiblement perpendiculaires aux premiers conducteurs et représentant des colonnes de la matrice. Les conducteurs L1 à LN et C1 à C sont par exemple des rubans conducteurs imprimés sur une N carte formant un support du clavier. La carte est imprimée double face, les premiers et seconds conducteurs étant disposés respectivement sur les faces de la carte et étant ainsi superposés. A chaque point de croisement ne se trouvant pas sur une diagonale DIA de la matrice définie par les points P , ou x x,y et y sont des indices entiers variant de 1 à N, est prévu un circuit série. Ainsi, à un point quelconque Px,y, tel que x # y,, un circuit série comprend un contact de touche ou bouton poussoir Tx,y et une diode D connectés en série. La diode D a une anode x,y x,y reliée au conducteur de colonne respectif Cy et une cathode reliée au conducteur de ligne respectif L à travers le contact de touche x Tx,y.Lorsque la touche correspondante est au repos, non enfoncée, comme montré à la Fig. 1, le contact Tx,y est ouvert ; lorsque la touche est enfoncée, le contact Tx,y est au travail et relie les x,y conducteurs C et L È travers la diode D polarisée directement. y x x,y Ainsi, comme montré à la Fig.1, tous les points de croisement de la diagonale DIA, tels que P avec x = y, ne comprennent pas x,y de contact de touche et de diode, et les conducteurs correspondant L et C se croisent et se supeTposent sans être reliés. La x y=x matrice comporte donc N -N = N(N-1) contacts de touches. Le clavier comprend également une unit- d'exploration et d'analyse 1 destine I gérer, c'est-I-dire I explorer et analyser l'état des contacts de touche de la matrice, un circuit de commande 2 pour commander des mises en mode de veille et en mode d'exploration de l'unité 1, et N secondes diodes d1 à dN. Des bornes bidirectionnelles d'entrée/sortie E/S1 à E/SN de l'unité 1 sont respectivement reliées à des premières extrémités des conducteurs de ligne L1 " L1; situées à proximité du premier conducteur de colonne-C1. Des secondes extrémités des conducteurs de lignes L1 à LE sont situées c proximit;; du dernier conducteur de colonne Ct, et sont respectivement reliées . des anodes des diodes d1 I dN Des cathodes des diodes dl à dN sont respectivement reliées à des premières extrémités des conducteurs de colonne C1 1 à C, situées I proximité du dernier conducteur de ligne LN, Ainsi, les conducteurs de ligne L1 à LN sont "bouclés" aux conducteurs de colonne C 1 à C N à travers les diodes polarisées directement dl à dN respectivement. Des secondes extrémités des conducteurs de colonne C1 à CN sont situées à proximité du premier conducteur de ligne L1 et sont respectivement reliées à N bornes d'entrée du circuit de commande 2. Ces dernières bornes d'entrée sont constituées par des cathodes de N diodes DC1 à DCN incluses dans le circuit 2 et ayant des anodes reliées à une résistance de polarisation R portée à une tension d'alimentation positive Va, typiquement égale i 5 volts. Le circuit 2 comprend également une bascule B du type RS ayant une entrée de mise I "1", S, reliée aux anodes de toutes les diodes DCI à DCN et une entrée de mise 5 "O", R, relire I une borne de sortie RAZ de l'unité 1. Une sortie Q de la bascule B est relie a une borne d'entrée de commande CVE pour commander 1 état de veille ou l'état d'exploration de l'unité 1. L'unité d'exploration et d'analyse 1 constitue, en pratique, l'extrémité d'une chaîne de traitement d'information et transmet È travers un bus de liaison 3 des informations sous la forme de mots binaires de codage représentant des- caractères ou instructions alphanumériques inscrits sur les touches du clavier, un mot binaire étant transmis en réponse à l'enfoncement d'une touche respective fermant le contact de touche associé. L'unit-- 1 est un circuit connu, du type microcontrôleur ou microprocesseur, auquel est directem.ent connectE la matrice ligne/colonne. Les bornes E/S1 i E/s sont, en pratique, des ports bidirectionnels permettant les 8 connexions d'entr--e/sortie nrcessaires au raccordement des conducteurs de ligne de la rectrice. Chaque borne d'entrée/sortie E/S1 à E/Sa est adressable individuellement en écriture et en lecture par l'unit 1. ans la suite de la description, on suppose que le microprocesseur est compatible en entrée/sortie avec la logique HCMOS ; pour une tension d'alimentation Va typiquement égale ò 5 volts, l'état logique "1" est une tension typiquement comprise entre 3,5 V et 5 V, et l'état logique "0" est une tension typiquement comprise entre 0 V et 1 V.Une borne d'entrée/sortie E/S1 à E/SN adresée en écriture présente un état logique "0" avec une faible impédance de sortie lui permettant d'absorber un # courant prédéterminé, caractéristique de la logique HCOS, sans modification sensible de tension Ç l'égard de l'état logique. Une borne d'entrée/sortie adressée en lecture est équivalente à une haute impédance alimentée : en d'autres termes, si la borne d'entrGe/sortie ne fournit aucun courant ou n'est pas connectée, la tension sur la borne d'entrée/sortie est supérieure à 3,5 V, et l'unité 1 lit un état logique "1" ; si la borne d'entrée/sortie débite suffisamment de courant, il apparaît une tension inférieure à 1 V, et l'unité 1 lit un état logique "0".Par ailleurs, les diodes utilises dans le clavier selon l'invention sont toutes de type au germanium ou de type Schottky, de telle sorte que polarisées en direct, elles offrent un seuil de tension de blocage de l'ordre de 0 > 3 V. Comme on le verra dans la suite, le circuit de commande 2 sélectionne automatiquement l'un de deux modes de fonctionnement de l'unité 1, dits mode d'exploration et mode de veille. Le mode d'exploration correspond à une utilisation du clavier, traduite par des enfoncements de touches, et une exploration de touches enfoncées. Le mode de veille correspond à une très faible consommation énergétique de l'unit 1, à un arrêt d'exploration et à une inutilisation du clavier et est déclenché aprls une durée prédétermiée succédant à un dernier enfoncement de touche. A cette fin, l'unité 1 contient un logiciel micro-programmé lui permettant de fonctionner selon un cycle d'exploration ou selon un cycle de veille. La Fig.2 montre un cycle d'exploration, au cours duquel les conducteurs de ligne L1 É LN sont successivement explorés. Les bornes d'entrée/sortie E/S1 È E/S1 sont cycliquement adresses en écriture par des impulsions successives I1 il IN à l'état logique "0" ayant chacune une largeur prédétermine #I. Pendant une impulsion Ix, les (N-1) bornes d'entrée/sortie restantes E/S1 à E/Sx-1 et E/Sx+1 à E/SN sont toutes adressée en lecture et sont à l'état "1" si aucun contact de touche de la ligne Lx n'est à l'état fremé.Un état fermé F d'un contact Tx,y correspondant à un enfoncement de la touche respective est détecté lors de l'exploration du conducteur de ligne respectif L par apparition d'un état logique "O" sur le conducteur de ligne Ly placé en lecture. Si on suppose, comme montre en bas de la Fig. 2 que le contact de touche T est fermé, le conducteur de ligne L est x alors connecté au conducteur de colonne C à travers la diode D y x,y Lors de l'exploration du conducteur de ligne L , l'unité 1 met à l'état "0" la borne d'entrée/sortie E/S pendant la durée AT, comme montré à une quatrième ligne de la Fig.2, provoquant ainsi le passage d'un courant, pendant la durée AT de l'impulsion I , de la borne d'entrée/sortie E/S , = E/S vers la borne d'entrée/sortie E/Sx, à travers les diodes dx, et Dx,y polarisées directement. Les diodes d , et D connectées en série entre les bornes x,y d'entrée/sortie E/Sx'=y et E/Sx imposent, pendant l'impulsion Ix, au niveau de la borne E/Sx'=y une tension de l'ordre de 0,6 V, tension qui est lue par l'unit 1 comme un état logique "0". L'unité 1 interprête l'apparition de cet état logique ot. sur la borne d'entrée/sortie E/S , pendant l'exploration du conducteur de ligne L , comme un appui sur la touche correspondant au contact x T x,y L'invention permet en outre de détecter, sans possibilité d'erreur, des appuis simultanés sur différentes touches situées sur une même colonne, permettant ainsi l'utilisation, bien connue, de touches "shift" ou "double fonction". La Fig. 2 montre un exemple d'appuis simultanés sur deux touches correspondant aux contacts T2,y et Tx,y pendant le cycle d'exploration.Les états fermés des deux contacts T2,y et Tx,y sont détectés, de la même manière qu'exposée précédemment, sur la borne E/Sy associée aux conducteurs de ligne et colonne L # et C , respectivement pendant les durées de impulsions 12 et T correspondant à la mise l'tat d'écriture x uOtt des bornes E/S9 et E/S .En effet, lesdiodes D et D ne > : 2,y x,y permettent le passage d'un courant que lorsque les conducteurs de ligne L et L associés aux bornes d'entre/sortie E/S et E/S 2 sont à l'état logique "0", c'est--dire lorsque les conducteurs L2 et Lx sont explorés. Les contacts T2,y et Tx,y sont détectées successivement X l'état fermi F. L'homme du métier peut aisément voir que dans le cas d'appuis simultanls sur des touches de colonnes différentes, il peut apparaître au cours de l'exploration d'une ligne, plusieurs états logiques de lecture "0" simultanés sur des lignes correspondant aux touches appuyées. La détection est ambiguë. Lorsque l'unité 1 détecte des appuis simultanés non autorisés par l'apparition de plusieurs bornes d'entrée/sortie à l'état logique "0", l'unité 1 inhibe le codage et la transmission des informations correspondant à ces touches enfoncées simultanément, et de préférence, délivre un message à l'opérateur pour l'informer d'une mauvaise utilisation du clavier. Dans le cas où aucune touche n'est enfoncée pendant une durée de cycle D succèdant au dernier cycle d'exploration au cours -duquel au moins un enfoncement de touche a ét détecté, l'unit 1 arrête le cycle d'exploration pour passer en mode de veille. En mode de veille, l'unit~ 1 est en attente de l'apparition d'un état logique adéquat sur l'entrée de commande CT pour redolencher une exploration. Avant l'arrêt de l'exploration, c' est-à-dire r la fin de la durée D, l'unité 1 procède è l'initialisation de la bascule B en délivrant sur la sortie RAZ une impulsion IR pour mettre r l'état logique "O" la sortie Q de la bascule B.L'état "O" à l'entrée CVE provoque, dans l'unité 1, la mise à l'état d'écriture "0" de toutes les bornes d'entrée/sortie E/S1 à E/SN. Aucune des touches du clavier n'étant appuyée, les diodes d1 à dN sont toutes polarisées en inverse et empêchent le passage d'un courant d'alimentation à travers la résistance R et les diodes DC1 à DCN vers les bornes d'entrée/sortie E/S1 à E/SN à l'état logique "0". L'entrée S de la bascule E est ainsi à la tension Va, typiquement de +5 r, dcnc à l'état logique "1", ici état inactif. Les diodes DC1 I DCN et la résistance R constituent une porte OU en logique négative. Un état logique "0" appliqué sur un ou plusieurs conducteurs de colonne C1 à CN polarise directement les diodes correspondantes DC1 I DCN, et implique à l'entrée S de la bascule B un état logique "0". Comme montre à droite dans la Fig. 2, au début d'un cycle d'exploration succédant en mode da veille, un appui d'une touche quelconque du clavier correspondant à une fermeture du contact respectif Tx,y pendant le mode de veille provoque le passage d'un courant à travers la résistance R, la diode DC , la diode P et le contact fermé T vers la borne y x,y x,y d'entrée/sortie E/S à l'état logique "0".Il en résulte un état logique "0" à entrée S de la bascule t qui, par suite, délivre par la sortie Q, un état logique "1' à l'entrée CVE de l'unité 1. L'unité 1 informée ainsi de l'appui sur une touche, donc de l'utilisation du clavier, déclenche un cycle d'exploration pour localiser le contact fermé T de la touche appuyée. x,y L'entrée CVE peut être une entre d'interruption pour commander dans l'unité 1 un sous-programme d'exploration; elle peut être également, par exemple, une borne d'entrée/sortie bidirectionnelle non utilise pour l'exploration cyclique de la matrice ligne/colonne. Dans la réalisation préférée de l'invention décrite ci-dessus, un conducteur de ligne L1 à LN est bouclé sur un conducteur de colonne C1 à C N de même rang. Il est bien évident qu'il s'agit là d'un choix arbitraire facilitant la description. Un conducteur de ligne peut être connecté à un conducteur de colonne qui n'a pas forcément le meme rang, le principe du fonctionnement restant identique. Ainsi, si un conducteur de ligne L est bouclé sur un x conducteur de colonne C , le point de croisement P ne supporte y x,y aucune touche. De plus, les diodes d1 å dN n'ont aucune fonctionnalité en mode d'exploration. Ces diodes sont nécessaires uniquement au bon fonctionnement de la porte OU logique, en mode -de veille, en évitant le passage d'un courant dans le sens colonne/ligne I travers les liaisons reliant les secondes extrémiés des conducteurs de ligne aux premiers extrémités des conducteurs de colonne, respectivement. Ainsi, selon une variante simple, les diodes de liaison d1 à dN peuvent # être remplacées par des courtcircuits, et le circuit 2 peut être supprimé. Par ailleurs, un clavier selon l'invention n'a pas obligatoirement un nombre NT de touches égal e N(N-l) ; en d'autres termes: certains points de croisement peuvent ne pas comporter un contact de touche et une diode correspondants, les conducteurs de ligne et de colonne .^ chacun de ces points de croisement étant superposés sans, bien entendu, être reliés. Ainsi, pour un nombre NI de touches donné, l'unité 1 doit posséder un nombre N de bornes d'entrée/sortie E,!S1 à E/S tel N2-N-NI = O que soit N = (1+(1+4NT) 1/2)/2 avec (1+4NT)1/2 = 2A+1 où A est un entier. Des relations prc-dentes, on en déduit le tableau suivant A NT 1+4NT N 1 1à2 9 2 2 3 à 6 25 3 3 7 à 12 49 4 4 13 à 20 81 5 5 21 à 30 121 6 6 31 à 42 169 7 7 43 à 56 225 8 REVENDICATIONS 1 - Clavier comprenant N premiers conducteurs (L1 à LN) et N seconds conducteurs (C1 à CN), où N est un entier, et des circuits à touche comprenant chacun (Px,y) un contact de touche (Tx,y) connecté en série avec une première diode (Dx,y) entre l'un (Lx) des premiers conducteurs et l'un (Cv) des seconds conducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend au plus N (N-1) circuits è touche et en ce que chacun des premiers conducteurs (L1 è LN) est relié à au plus (N-1) seconds conducteurs (Ci C 1, Cx+l à CN) à travers des circuits à touche (Px,1 à Px, x-1 Px,x+1 à PxsN) 7 - Clavier conforme n la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers conducteurs (L1 7 LN) sont relis aux seconds conducteurs (C1 à CN) ) respectivement à travers des secondes diodes (d, à dN). 3 - Clavier conforme à la revendication 1 ou 9, caractérisé e ce qu'il comprend des moyens (1) ayant N bornes (E/S1 à reliées directement aux premiers conducte;urs (L1 LN) respectivement pour explorer et analyser des états fermé et ouvert de chacun des contacts-de touche (Tx,y 4 - Clavier conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour explorer et analyser (1) comprennent des moyens d'exploration pour appliquer cycliquement un premier état logique ("0") G l'une (E/Sx) desdites bornes et un second état logique ("1") aux autres bornes (E/s1 I E/S 1, E/S+1 à E/SN) et des moyens d'analyse pour détecter ledit premier état à l'une desdites autres bornes en réponse ç la fermeture de l'un des contacts de touche (Px,1 à Px,x-1, Px,x+1 à Px,N) reliés à ladite borne (E/Sx) à laquelle est appliqué le premier état logique ("0"). 5 - Clavier conforme à la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (2) reliés aux seconds conducteurs (C1 àCN) pour arrêter l'exploration et l'analyse des états des contacts par les moyens pour explorer et analyser (1) après une durée prédéterminée (D) au cours de laquelle aucun contact de touche (T ) n'a été fermé, et pour déclencher l'exploration et l'analyse dès qu'un contact de touche est fermé. 6 - Clavier conforme à la revendication 5, caractlrisé en ce que les moyens pour arrêter et déclencher l'exploration et l'analyse (2) comprennent un circuit OU (R, DC1 à DCN) ayant N entrées reliées aux seconds conducteurs (C1 à CN) respectivement et une bascule (B) ayant des première et seconde entrées (R, S) reliées respectivement à une sortie (RAZ) des moyens pour explorer et analyser (1) et une sortie du circuit OU, et une sortie (O) reliée à une entrée (CVE) des moyens pour explorer et analyser (1). 7 - Clavier conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit OU comprend N diodes (DC1 à DCN) respectivement interconnectées entre la seconde entrée (S) de la bascule (B) et les seconds conducteurs (C1 à CN). 6 - Clavier conforme à l'une quelconque des revendications 1 I caractéris- en ce que les premiers conducteurs (L, à LN) constituent des lignes d'une matrice, les seconds conducteurs (C1 à C constituent des colonnes de la matrice, et les circuits 7 touche (P ) sont situés 7 des points de croisement de premiers et x,y seconds conducteurs. 9 - Clavier conforme à la revendication 8, caractérisé e ce que les points de croisement situés sur l'unes des diagonales (DIA) de la matrice ne comprennent pas de circuit à touche. -