Proporcionální klávesnice podomácku měkkou tužkou na papíře

[Lojza1]

Zveřejním zde k volnému užívání nápad, o kterém ale nevím, jestli je originální.
Standardní hradlo NAND TTL má z podstaty své funkce vlastnost, že vstupní proud v logické nule vytéká z hradla převážně vstupem, na kterém je nejnižší napětí. U multiplexoru se tak vstupní proud zapíná a vypíná výběrem vstupu. To umožňuje zkonstruovat proporcionální membránovou klávesnici s akumulací prošlého náboje. Membrána může být vyrobena z obyčejného kancelářského papíru do tiskárny s motivem vytištěným na horní straně. Na spodní straně papíru se kontaktní plošky načmárají měkkou tužkou. Kontaktními meandry mohou být měděné postříbřené plošné spoje, ale jistě by stačilo v desce z izolantu provléci dva drátky střídavě v několika závitech vyvrtanými otvory. Ploška membrány přitlačená na kontaktní meandr může mít odpor stovky kΩ. Proto ostatně nejsou nutné ochranné diody v budicích signálech a je možno bezchybně číst kombinace více kláves v rozsahu omezeném precizností konstrukce. Protože do vstupu TTL NAND, na kterém není nejnižší napětí, může vtékat sice malý, ale přesto významný proud, je vhodné nebo nutné připojit vstup k integračnímu kondenzátoru přes diodu.
V mém řešení má klávesnice 10 sloupečků řízených demultiplexorem MH7442 (s posunem potenciálů do mínusu dvojicemi kondenzátor - dioda) a 4 řádky čtené čtveřicí multiplexorů MH74151 s integračními členy na vstupech z klávesnice. Je to ostatně počítač se šířkou datového slova 4 bity. Z pilnosti jsem přidal i sériové rezistory k ochraně TTL proti elektrostatickým výbojům do kláves.
Klávesnice se čte periodicky pokaždé po dokončení aktivní části TV snímku. Celkový čas čtení je buď rovnoměrně rozdělen na snímání jednotlivých sloupečků, nebo, pokud je už detekován stisk klávesy (vyjma shift), se snímá po celý stanovený čas jediný příslušný sloupeček. U již detekovaného stisku se tedy prošlý elektrický náboj integruje desetkrát déle a vzniká tak spolehlivá hystereze, klávesnice z principu nezakmitává. Hardware počítače zapíše stav klávesnice do registru cca 0,5 µs po aktivaci vstupů multiplexoru. Tím je určen mezní náboj potřebný k přečtení logické nuly. Dalším čtením vstupů se akumulovaný náboj následně zcela vyčerpá. Kapacita integračních kondenzátorů je 2n2. Klávesnice je citlivá na náboj přenesený výboji při přiblížení prstu. Proto je ke spolehlivé detekci stisku klávesy třeba přečíst klávesnici dvakrát po sobě se shodným výsledkem.
Klávesnice je velmi citlivá. Funguje spolehlivě, bezproblémově. Nezkoušel jsem horní stranu zalaminovat. Můj prototyp je polepený průhlednou lepicí páskou, která chrání vytisknutý motiv a na okrajích membránu přidržuje k desce plošných spojů. Je to jednostranná deska a spoje jsou proto částečně zadrátované. Měděné vodiče jak spojovací, tak i čistě distanční udržují membránu ve vhodné vzdálenosti od kontaktních meandrů.

[Crifodo]

Ten čtyřbiťák je malebný. Vidím dobře baterii elytů Tesla ve zdroji?
Ta membrána klávesnice na papíře, jak dlouho si zachová funkci membrány?

[Lojza1]

Není to bohužel konstrukce čistě z TTL. Paměti jsou dobové MOS. Prostě jen didaktická hračka, nic dokonale puristického.
Elektrolytů je ve zdroji opravdu hodně. Nemají kdovíjakou kapacitu a trafo nemá moc rezervu, tak jsem aspoň investoval velikou baterii do menšího zvlnění. I MA7805 je tam neobvyklý počet, aby na nich při menším proudu byl menší úbytek napětí. Aspoň bude menší účet za elektřinu. Některé elyty jsou i v sekcích pro MA7812 (pro 4x MHB4116 - větší proud, větší zvlnění) a MA7815 (menší proud, menší zvlnění) a část z nich pokud si vzpomínám je mezi oběma konci původního sekundáru a výcenásobným zdvojovačem pro sekce +12 V a +15 V. Je to běžné trafo z TME s jediným sekundárem, do kterého jsem silou odhodlání nacpal ještě jeden sekundár pro sekci -15 V uzemněnou výstupem druhého MA7815.
Přiznávám, že jsem klávesnici zatím nepoužíval tak intenzivně, jak se některé klávesnice používají. Ta načmáraná vrstva tuhy se jistě může trochu otřít. Ale ono to má ve vodivosti dost velkou rezervu a šlo by to dočmárat. Je to kdyžtak membrána za korunu, kdyby už byla opravdu špatná. Dalo by se s tím experimentovat. Možná to nepolepovat páskou, ale překrýt tenkou fólií, tu přehnout přes okraje desky a zdola přilepit její okraje k desce páskou.
U repliky ZX80 -> ZX81 mám také papírovou membránu. Shora zalaminovanou, zdola má nalepenou distanční vrstvu s vysekanými kolečky a v nich vysekané kruhové sendviče s alobalem vespod. Sehnal jsem si na to kvalitní tenkou oboustrannou lepicí spíše blánu než pásku s akrylovým lepidlem od 3M. Pracuje se s ní špatně, ale výsledek je dobrý. U té membrány jsem ani po celkem intenzivním programování a ani po mnoha letech nepozoroval problém s papírovostí. Jen ten alobal se musí po delší nečinnosti trochu oťukat, aby na něm nebyl izolující povlak. Jinak je klávesa málo citlivá a zakmitává. Výroba takové membrány je nesrovnatelná s tou načmáranou a ve výsledku ani nefunguje tak dokonale.

[ec1045]

Krásný to stroj aneb kdo si hraje, nezlobí.

Ten princip klávesnice mi připomněl toto řešení, aneb když dva dělají totéž, není to totéž. Bylo by možno spáchat nějaké to schéma jak je zapojená ta klávesnice aneb jeden obrázek je za tisíc slov.

Ta baterie kondenzátoru vypadá jako postavená z řady TE672-679 která má toleranci kapacity -10% až +100%. To že mají malou kapacitu, bude spíše tím, že budou na větší napětí cca 35+… což je trochu na … ale když se jede ze šuplíkových zásob tak se to občas trochu zvrtne.

[Lojza1]

Pěkně zdravím, my se trochu známe odjinud. Když uvážím, kolik užitečné práce kvůli hračkám není vykonáno, beru i bastlení trochu jako zlobení.
Ano, není to totéž. Ty návody nevyužívají vypínání vstupního proudu hradla TTL a integraci náboje. Také mají trochu problémy s kombinacemi kláves, ale u enkodéru to tak nějak bývá.
Kondenzátory z hlavy nevím, schéma zdroje možná ani nemám nakreslené a teď stroj nemám před sebou na světle, ale jsou tam nějaké napěťově přiměřené. I tak, u této řady pokud si vzpomínám s klesajícím napětím neroste kapacita dramaticky. Většina v baterii jich je právě pro sekci +5 V. Ty budou možná na 15 V.
Schéma mám v Eagle, je dost rozsáhlé a nahoře a napravo jsou i doplňující části, jen částečně už realizované. Koukám teď, že se sem nedá vložit jednak kvůli nepovolené příponě .sch a jednak po přejmenování i kvůli velikosti. Od zájemců prosím kontakt emailem na SZ. Asi by to chtělo i instrukční soubor, ten je sepsaný v ještě nevypilované podobě a v divném jazyce.

[ec1045]

Tak TE674 (15V) se dělali v kapacitách od 2m5F do 5m0F což zas tak šatné není ale otázka je co je považováno za malou kapacitu.

Já mě na mysli hlavně schéma té klávesnice a klidně ve zjednodušené variantě kreslené rukou třeba něco v duch NOSTALCOMPa.

Jo ta instrukční sada mi nadává … z popisu to vypadá na kvazi 4 bit aneb obdobně jako I4004. Datová sběrnice 4 bity ale instrukce 8 bitu.

[Lojza1]

Tak to s těmi kapacitami bude. V sekci 5 V jsou nejspíš 5 mF. Ale tečou tam nějaké proudy a opravdu jsem chtěl omezit zvlnění. V poměru k rozměrům to při tom napětí není kapacita, na jaké jsme si od těch dob zvykli. Ale já je nekritizuji, prostě mi jen vyšel nějaký odpovídající počet a ten tam je.
Vytáhl jsem z Eagle kousek s klávesnicí. MH7442 pro buzení sloupečků je nahoře. Výstupy z řádků klávesnice IN10 .. IN13 vedou přímo do vstupů čtveřice MH74151, které jsou ve schématu moc daleko. Do klávesnice ve schématu vede signál guard, který ale není v realizaci využitý. Původně jsem uvažoval i o celistvé částečně vodivé ploše a i jsem si na to koupil vodivou pěnu pod broučky, ale ta je vodivá nepřijatelně moc. Guard je (nebo měl být ?) připojený na distanční mřížku a měl elektricky oddělovat klávesy. Jak jsem psal, ty rezistory přímo u klávesnice jsou jen ochrana TTL před silnějšími ESD.
Já jsem nepsal, že je instrukční kód čtyřbitový. Ani mě k tomu nenapadá dobrý důvod. To by asi mělo smysl u broučka s málo nožičkami, jinak nevím. Naopak čtyřbitové datové slovo je fajn. I ta kombinace 8/4 je tak akorát, aby to zvládlo TV výstup. Procesor jede naplno a ještě si synchronizuje refresh, takže se nibble sypou na obrazovku střídavě programem a z refresch. Čtveřice MHB4116 je časově využitá skoro na katalogové maximum i díky osmibitovým instrukcím časově vycházejícím vždy na jeden přístup do paměti dat + jeden refresh. Ještě objasním, že program může přímo běžet v ROM nebo ve volitelné cache, která je také osmibitová - 8x MHB2102A. Dodatečně opraveno z MHB2102, které by byly příliš pomalé pro dva přístupy na jeden instrukční cyklus (instrukční kód + případné čtení tabulek; proto tam jsou SRAM, odlišně od paměti dat).

[nostalcomp]

EC1045: tak jsem se po letech odolávání konečně regnul na EB, abych se o té zajímavé klávesnici něco dozvěděl, a koukám, že už to tady máš "na povel" A jestli se ti stýská po mých schématech, tak já zas něco nachystám, neboj:)

Lojza1: moc pěkný počin, celý ten stroj. Ale s tím zlobením nesouhlasím. Bez těchto odreagovávaček by se těch užitečných věcí stejně o moc víc neudělalo

[Lojza1]

nostalcomp: Když se to nepřehání, tak samozřejmě souhlasím. Jen je tam ta ošemetná podmínka.
Mimochodem před lety jsem na Nostalcompu zahlédl touhu věnovat se nibble. Zauvažoval jsem, jak s tématem naložit s jednoduchými TTL z RVHP a na kontaktní adresu jsem poslal námět konceptu. Tenkrát to tam asi nějak zapadlo, později jsem tam ostatně zahlédl jiné řešení a mezitím mi nezbylo než se sám pustit do návrhu a realizace Kyber 4. Tak zpětně díky za nakopnutí.