Кравчук С.О., Шонін В.О., Основи компютерної техніки

Подождите немного. Документ загружается.

Оптична «мишка» (рис. 3.52, б) на відміну від оптико-механічної «мишки» не має

рухомих частин. «Мишка» містить діод, що випромінює світло - LED {Light-Emit-

ting Diode). Цей діод випромінює червоний колір в імпульсному режимі (приблизно

1500 імпульсів/с). Після відображення від будь-якої поверхні світло попадає на світ-

лочутливий елемент, виконаний на основі CMOS. Такі ж елементи використовуються

і в пам'яті CMOS, і в цифрових фотоапаратах, і відеокамерах. Елемент CMOS посилає

кожне отримане зображення поверхні в цифровий сигнальний процесор DSP, що по-

рівнює отримане зображення з попереднім і визначає (на основі цього порівняння)

напрям і швидкість переміщення «мишки». Потім ці дані пересилаються в комп'ютер,

який кілька сотень раз за секунду переміщає курсор, що створює враження плавності

переміщення. Оптична «мишка» не потребує килимка і може працювати майже на будь-

якій поверхні (за винятком відбивних поверхонь, наприклад, дзеркала).

Основні характеристики «мишки»:

- роздільна здатність;

- стандарт програмного інтерфейсу;

- інтерфейс підключення до комп'ютера;

- додаткові елементи.

«Мишки» розрізняються за їх роздільною здатністю, тобто мінімальним переміщен-

ням, що може інтерпретуватися сприймальними механізмами. Роздільну здатність ука-

зують зазвичай у точках на дюйм - dpi {dotper inch).

Нормальне розділення «мишки» лежить у діапазоні від 200 dpi (для оптико-меха-

нічних «мишок») до 800 dpi (для оптичних «мишок»). Залежність точності позиціо-

нування «мишки» від швидкості її переміщення визначається балістичним ефектом.

Цей ефект можна варіювати. За коротких переміщень «мишки» зменшується баліс-

тичний ефект швидкості, що сприяє збільшенню точності позиціонування покажчи-

ка «мишки» (наприклад, для графічного зображення з дрібними деталями). Під час

рухів, за яких «мишка» проходить відносно велику відстань, наприклад під час пере-

міщення між вікнами редагування і лінійкою інструментів, курсор відповідно буде

рухатися швидше.

Найпоширеніші види стандартів програмного інтерфейсу «мишки» - «мишка» Mic-

rosoft Mouse, що має дві кнопки керування і PC-Mouse, що має три кнопки (третя кноп-

ка зазвичай дублює першу). Моделі «мишки» інших виробників підтримує той чи той

стандарт, а іноді - й обидва.

Якщо раніше «мишку» підминали до комп'ютера по інтерфейсу послідовного порту,

то тепер для цього використовують рознім PS/2 (такий самий, як і для підімкнення

клавіатури), однак майже у всіх нових моделях «мишок» використовують інтерфейс

USB. Існують також «мишки» із шинним інтерфейсом (Bus Mouse), що підключаються

до власної карти розширення.

«Мишку» підключають до комп'ютера здебільшого за допомогою кабелю, однак іс-

нують і «безхвості мишки». Так, інфрачервоні «мишки» використовують убудований

у «мишку» передавач інфрачервоного випромінювання і приймач, підключений до пос-

лідовного порту комп'ютера за допомогою кабелю (деякі останні моделі материнських

плат містять окремий приймач інфрачервоного випромінювання). Інший різновид

«мишки» - «радіомишка», яка передає дані в комп'ютер за допомогою радіосигналу.

З'явилися також безпровідні «мишки», що використовують інтерфейс Bluetooth.

191

Найпоширеніший додатковий елемент «мишки» - коліщатко, що дозволяє в деяких

прикладних задачах (наприклад, у текстовому редакторі Microsoft Word чи Web-бра-

узері) виконувати прокручування (scrolling) вмісту екрана по вертикалі. Іноді «миш-

ка» має і друге коліщатко, що забезпечує прокручування вмісту екрана по горизонталі.

За допомогою додаткових кнопок «мишки» можна виконувати також деякі інші часті

дії, наприклад, виклик меню перемикання вікон задач чи посторінкове прокручування

вмісту екрана вперед і назад.

Трекбол. За своєю конструкцією і функціональним призначенням трекбол анало-

гічний оптико-механічній «мишці» і являє собою нібито перевернуту «мишку», тобто

замість нижньої поверхні кулька міститься на верхній чи бічній поверхні. Кульку обер-

тають рукою, а координати X і У цього обертання, а також натискання кнопок (двох чи

трьох) передаються в комп'ютер. На відміну від «мишки» площинка для руху трекбола

не потрібна. Сфера застосування трекбола така сама, що й «мишки», однак найбільшого

поширення ці маніпулятори набули для портативних комп'ютерів, де вони або вбудова-

ні в клавіатуру, або кріпляться до неї за допомогою спеціального пристрою.

Основні характеристики трекбола такі самі, що й «мишки».

Джойстик. Маніпулятор джойстик (joystick) являє собою пристрій з керувальним

стрижнем-важелем і однією чи декількома кнопками. За принципом дії розрізняють

два види джойстиків: цифрові й аналогові, однак цифрові джойстики тепер не випус-

кають. Джойстик використовують здебільшого в ігрових програмах, особливо в так зва-

них іграх-симуляторах (наприклад, імітація керування літаками чи автомашинами).

В аналоговому джойстику (рис. 3.53) основа стрижня проходить через валик, з'єд-

наний з одним потенціометром, і підвіску, з'єднану з другим потенціометром, розміще-

ним під прямим кутом до першого. Нід час руху джойстика один потенціометр реєструє

рух по осі в горизонтальному напрямі, а дру-

гий - по осі у вертикальному. Коли джойстик

починає рухатися, валик обертається в одній

площині, тоді як підвіска - в другій. Електрон-

на схема джойстика передає значення пере-

міщення в комп'ютер. Аналоговий джойстик

реєструє мінімальні рухи ручки керування, що

забезпечує більш точне керування.

Основні характеристики джойстика:

- кількість кнопок;

- інтерфейс підключення;

- наявність механізму зворотного зв'язку.

У джойстику обов'язково є одна кноп-

ка- тригер (для імітації стрільби). Зазвичай

друга кнопка імітує рукоятку газу, тобто може

збільшувати чи зменшувати швидкість. Час-

то в джойстиках (авіаційних симуляторах)

використовують кнопки чи перемикачі, що

забезпечують імітацію повороту голови ко-

ристувача, тобто зміну напряму погляду (чоти-

рипозиційні кнопки чи перемикачі - кожний

Рис. 3.53. Аналоговий джойстик:

1 - валик; 2 - кнопки;

З - потенціометри; 4 - підвіска

192

на 90°, восьмипозиційні - кожний на 45°). Решта кнопок (8-12) - програмувальні.

Вони налагоджуються або в процесі самої гри, або за допомогою спеціальних програм-

утиліт. Іноді в джойстиках застосовують кнопку типу Shift у клавіатурі, ш,о дозволяє

фактично подвоювати кількість кнопок.

В ІВМ-сумісних комп'ютерах джойстик підключається до комп'ютера по інтерфей-

су спеціального «ігрового» (game) порту. Це 15-контактний материнський інтерфейс,

у який вмикається спеціальний рознім з двома кабелями на виході для підключення

двох джойстиків. Слід зазначити, що ігровий порт на відміну від послідовного і пара-

лельного не є частиною стандартної конфігурації комп'ютера. У багатьох ІВМ-сумісних

комп'ютерах його немає. Однак ігровим портом оснащено деякі звукові карти. Деякі

нові джойстики підключаються до порту USB. Існують і безпровідні джойстики, під-

ключення яких виконують за технологією, аналогічною технології для безпровідних

домашніх телефонів.

У джойстик можна вбудовувати механізм зворотного зв'язку (feedback). Тоді все-

редину джойстика вставляють електромотори, сполучені з рукояткою керування па-

совими передачами чи тросиками змінної твердості. У разі виникнення ситуації в грі,

пов'язаній, наприклад, з пострілом з якої-небудь зброї чи зіткненням з перешкодою,

у джойстик подаються відповідні команди, відповідно до яких механізм зворотного

зв'язку імітує віддачу від пострілу чи поштовх.

Сенсорна панель. Сенсорна панель (touch pad) - це пристрій, альтернативний

«мишці» чи трекболу. Переміщенням пальця по поверхні панелі можна переміщувати

курсор на екрані монітора. Сенсорні панелі зазвичай використовуються замість «миш-

ки» (рис. 3.51, г) у блокнотних та настільних комп'ютерах (рис. 3.51, д).

На підкладку сенсорної панелі нанесено два шари, що містять паралельні один одно-

го проводи (рис. 3.54). В одному із шарів проводи напрямлені вертикально, у другому -

горизонтально. Через проводи постійно проходить електричний струм. Якщо натиснути

пальцем яку-небудь точку панелі, координату цієї

точки можна визначити за змінюванням ємніс-

ного опору проводів, розміщених під точкою до-

тику, з рухом пальця по панелі координати точки

змінюються. Контролер сенсорної панелі передає

ці відомості операційній системі комп'ютера, що

змінює положення курсора на екрані відповідно

до руху пальця.

Оскільки панель імітує «мишку», вона має міс-

тити еквіваленти двох чи трьох кнопок «мишки».

Це можуть бути як окремі кнопки (кнопки знизу

на рис. 3.51, г і 3.51, д), так і фіксовані ділянки на

самій панелі, натискання на які контролер передає

в комп'ютер як натискання на відповідні кнопки.

Основні характеристики сенсорної панелі: 3 Структура сенсорної

- роздільна здатність; j _ захисний ізолювальний

- зусилля активації; шар; 2 - шар горизонтальних

- чутливість; проводів; З - підкладка; 4 - шар

- додаткові можливості. вертикальних проводів

7 5-133

193

Роздільна здатність сенсорної панелі визначається за кількістю пар проводів на мі-

ліметр поверхні, що зазвичай дорівнює 4-8 пар проводів/мм.

Зусилля активації сенсорної панелі визначається за мінімальною силою на одини-

цю площі, з якою треба натискати на панель (20...500 г/см^), а чутливість - мінімаль-

ною величиною «втискування» панелі натисканням (0,5 мм).

Крім двох або трьох кнопок чи їх імітації, сенсорна панель може містити додаткові

кнопки, наприклад, кнопки збільшення чи зменшення масштабу зображення на екрані

монітора чи кнопки роботи з Web-браузером. Крім цього, окремі ділянки панелі можуть

виконувати задані дії. Так, смуги на правому і нижньому краях на панелі можна ви-

користовувати для прокручування вмісту екрана у вертикальному і горизонтальному

напрямах.

Сенсорний екран. Сенсорний екран {touch screen) - це екран, що реагує на натис-

кання пальцем чи етилом (пластмасовим стрижнем із закругленим наконечником).

На відміну від «мишки», трекбола, джойстика чи сенсорної панелі, у яких точка екрана,

яку потрібно виокремити, визначається переміщеннями курсора, залежними, у свою

чергу, від переміщення маніпулятора, сенсорний екран дозволяє виділити потрібну

точку просто натисканням пальцем чи етилом у цій точці екрана. Контролер сенсорного

екрана визначає координати точки дотику і передає їх операційній системі комп'ютера.

Сенсорні екрани використовуються не тільки в комп'ютерах, але й в ігрових автоматах,

електронних кіосках і банкоматах.

У сенсорних екранах використовують такі основні технології визначення точки

дотику:

- резистивну технологію;

- інфрачервону технологію;

- технологію SAW;

- ємнісну технологію;

- технологію NFI.

Резистивні сенсорні екрани (рис. 3.55, а) мають гнучкий зовнішній шар і твердий

нижній шар, що розділені точковими ізоляторами. На внутрішні поверхні зовнішньо-

го і внутрішнього шарів нанесено прозорі покриття-провідники, до яких прикладено

електричну напругу. З натисканням на гнучкий зовнішній шар покриття провідники

дотикаються один до одного і виникає струм, що аналізується контролером для визна-

чення координат точки дотику. Існують два різновиди резистивної технології: чотири-

провідна і п'ятипровідна (більш дорога).

Відповідно до інфрачервоної технології (рис. 3.55, б) екран звичайного монітора міс-

титься в рамці, у верхню і ліву частини якої вбудовано діоди, що випромінюють світло -

LED {Light Emiting Diod), які працюють в інфрачервоному діапазоні. Нижня і права

частини рамки містять убудовані сенсори, що передають значення інтенсивності світла

в контролер. У разі торкання екрана промені світла з LED не попадають у відповідні

сенсори, що дозволяє контролеру визначити координати точки дотику.

Технологія поверхневої акустичної хвилі SAW {Surface Acoustic Wave)

(див. рис. 3.55, в) схожа на інфрачервону технологію, але замість інфрачервоних променів

використовуються акустичні хвилі. Два генератори, розміщені в лівому верхньому куті

екрана, постійно випромінюють звукові хвилі (вертикальні та горизонтальні). Ці хвилі від-

биваються від твердих смужок з лівого і верхнього країв екрана і потрапляють на сенсори,

194

Рис. 3.55. Основні технології визначення точки дотику: а - резистивна;

б - інфрачервона; в - акустична; г - ємнісна; д - NFI:

1 - скляна панель; 2 - нижній шар; З - покриття-провідник;

і - точкові ізолятори; 5 - захисний шар; б - верхній шар; 7 - сенсори; 8 - фотосенсори;

9 - електричне поле; 10 - розподіл електростатичного заряду на поверхні екрана

195

дані з яких надходять на контролер. Якщо в якій-небудь точці екрана відбувається тор-

кання, звукові хвилі, що проходять через цю точку, сповільнюються і за змінюванням

швидкості поширення контролер визначає координати точки дотику. На відміну від ін-

ших технологій технологія SAW дозволяє визначати не тільки координати X і Y, але й

координату Z (висоту) точки дотику.

Ємнісні сенсорні екрани (рис. 3.55, г) покриті тонким прозорим шаром оксиду

металу, що містить заряд. До точок, розміщених у кутах екрана, прикладено елек-

тричний потенціал, що створює однорідний електричний струм. Якщо торкнутися

екрана в якій-небудь точці, відбувається спад напруги, за яким контролер визначає

координати точки.

Єенсорні екрани з відображенням ближнього поля NFI {Near Field Imaging)

(рис. 3.55, д) - це різновид ємнісних сенсорних екранів. Ці екрани складаються

з двох ламінованих скляних пластин, між якими укладено шаблон, виконаний з ок-

сиду металу. До шаблона підведено змінний струм, що створює електростатичне

поле на поверхні екрана. Якщо натиснути на поверхню екрана, у точці дотику змі-

нюється електростатичне поле, відповідно до якого контролер вимірює координати

точки дотику.

Основні характеристики сенсорних екранів:

- використовувана технологія;

- роздільна здатність;

- прозорість;

- засіб активації;

- зусилля активації;

- спосіб реалізації;

- надійність.

Характеристики сенсорного екрана здебільшого визначають за використовуваною

технологією: резистивною, інфрачервоною, SAW, ємнісною чи NFI.

Роздільна здатність екрана за чотирипровідною резистивною, інфрачервоною,

ємнісною технологіями, а також технологією NFI становить 1024 х 1024 пікселів, а за

п'ятипровідною резистивною і технологією SAW - 4096 х 4096 пікселів.

Прозорість сенсорних екранів за чотирипровідною резистивною технологією і

технологією NFI - 80 % (тобто прозорість екрана монітора із сенсорним екраном

зменшується порівняно з таким самим монітором без сенсорного екрана на 20 %).

Прозорість екрана, виконаного за п'ятипровідною резистивною технологією, трохи

гірша і становить 75 %. Прозорість екранів, виконаних з використанням інших тех-

нологій, - 85...90 %.

Як засіб активації ємнісних екранів та екранів NFI використовують палець, ру-

кавичку чи провідне стило, за резистивною чи інфрачервоною технологією - палець

чи будь-яке стило, а за технологією SAW - палець чи звуковбирне стило.

Зусилля активації - це таке зусилля, з яким треба натиснути на екран, щоб це на-

тискання було зафіксовано. За резистивною технологією це зусилля становить

50...120 г/см^, за іншими технологіями - менше 85 г/см^.

За способом реалізації сенсорні екрани можуть бути або вбудованими в монітори CRT,

LCD чи плазмовий монітор, або ж як окремий екран, що наклеюється чи накладаєть-

ся на екран монітора (у цьому разі сенсорний екран підключають до комп'ютера за

196

допомогою або інтерфейсу послідовного порту, або інтерфейсу USB, або власної карти,

що вставляється в слот розширення).

Надійність екрана визначають за можливістю ушкодження поверхні в результаті

сильного натискання чи шкідливого впливу навколишнього середовища.

Резистивні та ємнісні сенсорні екрани нечутливі до впливу зовнішнього середови-

ща, однак їх поверхня може бути ушкодженою, причому подряпини впливають на пра-

вильне визначення координат точки дотику.

Сенсорні екрани NFI і SAW нечутливі до подряпин, однак екран SAW чутливий до

забруднення і вологості повітря.

Інфрачервоний сенсорний екран не має захисту екрана, до того ж він має невисоку

надійність через можливість виходу з ладу LED.

Диджитайзери. Диджитайзер, як і «мишка», указує позицію на екрані монітора.

Однак на відміну від «мишки», що перемішує курсор з деякої позиції в заданому на-

прямі, диджитайзер відображає точну позицію (координати) обраної точки на екрані.

Тому іноді маніпулятори типу «мишки», трекбола і джойстика називають відносними

маніпуляторами, а диджитайзер і сенсорний екран - абсолютними маніпуляторами.

Диджитайзери використовують головним чином у картографії, будівництві й архі-

тектурі для одержання на комп'ютері точної копії з паперового носія (іноді великих

розмірів).

Диджитайзер складається з двох частин: вказівного пристрою - курсора (cursor) чи

пера (pen чи stylus) і планшета (tablet).

Курсор (рис. 3.56, а) являє собою невелику коробочку з набором кнопок і перехрес-

ною мішенню на ній, що служить для вибору точки (іноді мішень має збільшуваль-

ну лінзу). Курсор має від 4 до 16 кнопок. Одна з кнопок курсора (кнопка фіксації)

служить для визначення координат перехресної мішені курсора відносно планшета.

Дія інших кнопок визначається програмою, під керуванням якої працює диджитай-

зер. Існують два типи курсорів - безпровідні, що одержують електроживлення від ба-

тарейки, розміщеної усередині корпусу, і провідні, що одержують електроживлення

від планшета.

а б

Рис. 3.56. Компоненти диджитайзера: а - курсори; б - пера

Перо (рис. 3.56, б) схоже на кулькову авторучку з кнопками. Замість наявно-

го на звичайній ручці вістря перо диджитайзера має на кінці маленький наконечний

перемикач, що спрацьовує у разі натискання пером на планшет. Такі пера називають

197

перами з тиском (pressure tip pen). Крім наконечного перемикача, на корпусі є одна чи

кілька кнопок, - корпусні перемикачі. Деякі пера не мають наконечного перемикача

(click tip pen), тоді його роль виконує одна з кнопок на корпусі (так само, як і в курсорі,

цю кнопку називають кнопкою фіксації). Як і курсори, пера можуть бути провідними

і безпровідними.

Наконечний перемикач пера й одна з кнопок курсора служать для фіксації обраної

точки. Дії інших перемикачів чи кнопок визначають за використовуваною прикладною

програмою.

Планшет являє собою плоский прямокутник чи квадрат як невеликих розмі-

рів - 30,5 X 28,6 см (див. рис. 3.51, ж), так і великих - 118,8 х 152,4 см (рис. 3.57, а).

Для зручності роботи деякі планшети мають підсвічування (рис. 3.57, б). Існують та-

кож гнучкі планшети, які можна згортати (рис. 3.57, е). Деякі диджитайзери взагалі

не мають планшета (рис. 3.57, г).

Рис. 3.57. Види диджитайзерів: а - великого формату; б - з підсвічуванням планшета;

в - із гнучким планшетом; г - без планшета

Для визначення координат обраної точки в диджитайзері використовують одну з та-

ких технологій:

- електромагнітну;

- електростатичну;

- акустичну.

В електромагнітному диджитайзері (рис. 3.58, а) верхня поверхня планшета

складається з активної ділянки і рамки. Активна ділянка - це ділянка планшета,

на якій можна виявляти місцезнаходження пера чи курсора. Активна ділянка часто

трохи поглиблена, і на її поверхні розміщують зображення, що копіюється (рису-

нок чи креслення). Активна ділянка планшета містить дротяну сітку з однаковими

198

проміжками (зазвичай 0,25...1,25 см). Перо має дротяну котушку в корпусі, а кур-

сор - навколо оболонки перехрестя. При цьому перо чи курсор функціонують як

передавач, а планшет - як антена чи приймач. У разі натискання наконечного пере-

микача чи кнопки фіксації по котушці проходитиме короткий імпульс, який при-

йматиме дротяна сітка. За допомогою електронної схеми, розміщеної в планшеті,

спочатку визначиться приблизне положення точки (за величиною прийнятого сиг-

налу в горизонтальних і вертикальних лініях сітки), а потім з урахуванням затримки

між моментом натискання кнопки і прийнятими сигналами знаходиться точне по-

ложення точки. Отримані координати, а також інформація про натискання інших

перемикачів і кнопок передаються прикладній програмі.

Рис. 3.58. Типи диджитайзерів: а - електромагнітний; б - електростатичний;

в - акустичний: 1 - планшет; 2 - імпульс; З - перо; і - кнопка фіксації;

5 - дротяна котушка; 5 - сітка; 7 - оригінал; 8 - розподіл електростатичного заряду

по поверхні екрана; 9 - курсор; 10 - диджитайзер; 11 - приймачі ультразвуку; 12 - імпульс

199

в електростатичних диджитайзерах (рис. 3.58, б) використовується така сама тех-

нологія, що й у сенсорних екранах NFI. У разі натискання кнопки чи фіксації кінцево-

го перемикача реєструється зміна потенціалу електричного поля під курсором чи пером

в активній ділянці; за цією зміною визначають їх координати.

Акустичні диджитайзери (рис. 3.58, в) не мають планшета і можуть працюва-

ти прямо на столі чи на будь-якій іншій поверхні. Ці диджитайзери ґрунтуються

на принципі ехолокації: з фіксацією точки перо викликає клацання, а два приймачі

ультразвуку в диджитайзер! реагують на ці клацання. За відомим значенням швид-

кості та інтервалами часу між моментом генерації клацання і моментами реєстрації

клацання в кожному приймачі електронна схема диджитайзера визначає відстані від

пера чи курсора до першого і другого приймачів, а потім обчислює за ними коорди-

нати пера чи курсора.

Основні характеристики диджитайзера:

- технологія визначення координат;

- розмір активної ділянки;

- розмір планшета;

- склад пристроїв наведення;

- точність;

- роздільна здатність;

- параметр близькості;

- емуляція;

- вихідні формати;

- режими функціонування;

- інтерфейс із комп'ютером.

Майже для всіх моделей диджитайзерів, зокрема моделей, які показано на рис. 3.51, ж

та 3.57 а і б, для визначення координат точок використовують електромагнітну техно-

логію. Електростатичну (див. рис. 3.57, в) та акустичну (див. рис. 3.57, г) технології

використовують тільки для окремих моделей диджитайзерів.

Розміри активної ділянки прив'язані до форматів паперу. За розмірами активної ді-

лянки диджитайзери поділяють на дві групи: диджитайзери малого формату і диджи-

тайзери великого формату.

До диджитайзерів малого формату належать диджитайзери з такими розмірами ак-

тивної ділянки:

- 6x9" (152x229 мм) - для формату паперу А5;

- 12x12" (305x305 мм) - для формату паперу А4+;

- 12x18" (305x457 мм) - для формату паперу АЗ.

Диджитайзери великого формату мають такі розміри активної ділянки:

- 20x24" (508x610 мм) - для формату паперу А2;

- 24x36" (610x914 мм) - для формату паперу А1;

- 36x48" (914x1219 мм) - для формату паперу АО;

- 44x60" (1117x1524 мм) - для формату паперу А0+.

Розміри планиіета для електромагнітних і електростатичних диджитайзерів (за ши-

риною і висотою) на 4...10 дюймів (101,6...254 мм) залежно від моделі перевищують

розміри активної ділянки. Розмір акустичного диджитайзера дорівнює 26x7x2,5"

(650x175x62,5 мм) і не залежить від розміру активної ділянки (36x48" чи 44x60").

200