Периферийные устройства (стр. 10 )

-  программы создания музыкальных композиций (обычно входят в комплект плат, в которых предусмотрен MIDI);

-  разнообразные звуковые фрагменты.

Устройство и функционирование звуковых плат.

Входы звуковой карты расположены на металлической панели, выходящие на заднюю стенку системного блока. Ко входам подключаются внешние устройства – микрофоны, магнитофоны и т. д. На рисунке 1.45 показаны четыре входа – Line In (линейный вход), Mic In (микрофонный вход), CD (вход для CD ROM), Aux In (для подключения автономного синтезатора и т. д.).

Рисунок 1.45 – Схема мультимедийной звуковой карты

На задней панели звуковой карты обычно есть 15-пиновый разъем MIDI/джойстик порта, который служит для подключения любых внешних MIDI-устройств (синтезаторов, MIDI-клавиатур и т. д.) или джойстика, если карта используется для игр.

Все сигналы с внешних аудиоустройств поступают на входной микшер звуковой платы. Входной микшер (управление микшером осуществляется программно) нужен для того, чтобы установить оптимальный уровень записи.

Блок цифровой записи-воспроизведения (называется также цифровым каналом или трактом) осуществляет преобразование аналогового сигнала в цифровой и цифрового сигнала в аналоговый. Состоит из АЦП-ЦАП преобразователей и узла управления АЦП-ЦАП либо интегрируется в состав одной из микросхем карты, либо применяется отдельная микросхема. Качество оцифровки и воспроизводимого звука зависит от входных и выходных усилителей и типа применяемых АЦП-ЦАП преобразователей.

После аналого-цифрового преобразования (через АЦП) данные поступают в сигнальный процессор (DSP-Digital Signal Processor). Этот процессор управляет обменом данными со всеми остальными устройствами компьютера через шину ISA или PCI (достоинство шины PCI – высокая пропускная способность и прямой доступ к оперативной памяти, что позволяет хранить образцы инструментов (samples) там, а не в ROM, тем самым снижается загрузка процессора). Существуют специализированные DSP – ASP (усиленный сигнальный процессор) и CSP (Creative Signal Processor –сигнальный процессор Creative) – используется микросхема CT1748 в некоторых картах типа Sound Blaster. Его наличие позволяет использовать дополнительные методы сжатия звука, увеличить скорость сжатия, повысить скорость и надежность распознавания речи.

Сигнальный процессор одновременно может работать с двумя потоками цифровых аудиоданных: идущих с АЦП через шину к другим устройствам компьютера, и поступающих с жесткого диска на ЦАП.

При воспроизведении звукового файла данные с жесткого диска через шину поступают в сигнальный процессор звуковой платы, который направляет их на ЦАП. Он переводит последовательность бит в аналоговый сигнал с переменной амплитудой и частотой, который, в свою очередь, поступает на выходной микшер. Этот микшер практически идентичен входному и управляется также программно.

Назначение синтезаторов. Наличие FM синтезатора (частотная модуляция) – для сохранения совместимости с Sound Blaster и Ad Lib. WT синтезатор (WaveTable - таблица волн) – для получения качественного звука. В FM синтезаторе используется принцип синтеза нескольких генераторов сигнала (обычно синусоидального) со взаимной модуляцией. Каждый генератор снабжается схемой управления частотой и амплитудой сигнала и образует «оператор» - базовую единицу синтеза. Мультимедийные Wave Table синтезаторы позволяют получить лучшие характеристики звука Принцип их работы основан на воспроизведении заранее записанных в цифровом виде звучаний –самплов (samples). Wave Table синтезаторы имеют постоянную и оперативную память.

Каждый из синтезаторов имеет свой собственный ЦАП. После преобразования сигналов в аналоговую форму, они поступают на выходной микшер звуковой карты /8,9/.

1.10 Клавиатура

Клавиатура PC представляет собой унифицированное устройство со стандартным разъемом и последовательным интерфейсом связи с системной платой. В качестве датчиков нажатия клавиш применяют механические контакты (открытые или герконовые), кнопки на основе токопроводящей резины, емкостные датчики. Клавиатура содержит внутренний контроллер, выполненный обычно на микросхеме из семейства MCS-48 фирмы Intel, осуществляющий сканирование матрицы клавиш, управление индикаторами, внутреннюю диагностику и связь с системной платой последовательным интерфейсом по линиям KB-Data и KB-Clock.

Основных типа клавиатур:

1. Клавиатура XT - 83 клавиши, в оригинале без индикаторов. Впоследствии к ним добавили индикаторы состояния NumLock и CapsLock, управляемые внутренним контроллером по нажатию соответствующих клавиш.

2. Клавиатура AT - 84 клавиши, которая отличалась от XT появлением дополнительной клавиши SYSREQ и индикаторов Num Lock, Caps Lock, Scroll Lock.

3. Расширенная клавиатура (Enhanced) - 101/102 клавиши, применяемая в большинстве моделей AT и PS/2, ставшая современным стандартом. Некоторые расширенные клавиатуры (например, "Microsoft Natural") имеют 104 или 105 клавиш, появились и 122-клавишные модели.

Клавиши расширенной клавиатуры разделены на 4 группы:

-  основная клавиатура;

-  функциональная клавиатура;

-  цифровая клавиатура (Numeric Keypad), при выключенном индикаторе NumLock (или включенном NUMLOCK и нажатии SHIFT) используемая для управления курсором и экраном;

-  выделенные клавиши управления курсором и экраном, дублирующие эти функции цифровой клавиатуры.

Емкостные клавиатуры. Нижняя часть такой клавиатуры является одной большой обкладкой конденсатора. Клавиша нажимает на пружину, которая в свою очередь нажимает на толкатель. Толкатель передает усилие на емкостную ячейку. Емкостная ячейка посылает сигнал, который интерпретируется микропроцессом 8048, установленным в клавиатуре. Он пересылает идентификатор клавиши, называемый скан-кодом в ПК. ПК определяет, какая клавиша была нажата.

Интерфейс клавиатуры. Интерфейс клавиатуры ПЭВМ, начиная с AT, построен на контроллере i8042 (или на логически эквивалентном контроллере, интегрированным в микросхемы чипсета, обычно, в южный мост или аналогичный по назначению хаб) и обеспечивает двустороннюю связь с клавиатурой. Причем передача информации к клавиатуре используется для управления индикаторами ее состояния и программирования параметров (автоповтор, набор скан-кодов).

Клавиатура подключается к системному блоку одним из двух видов разъема: обычным 5-контактным (розеткой на системном блоке и вилкой на клавиатуре) DIN, применяемым и в бытовой радиоаппаратуре, или малогабаритным (розеткой на системном блоке) mini-DIN, появившимся в компьютерах семейства PS/2 и получившим аналогичное название. На этот же разъем через плавкий предохранитель поступает и напряжение питания клавиатуры +5 В. Вид разъемов со стороны системного блока и назначение контактов приведены на рисунок 1.46.

а - ХТ, АТ;

б - PS/2.

Рисунок 1.46 – Разъем подключения клавиатуры

Питание от разъема клавиатуры (через специальные переходники) часто используется при подключении к параллельному порту внешних накопителей или адаптеров локальных сетей. Если при этом предохранитель не выдержит тока, потребляемого этими устройствами (особенно, при включении), то это вызовет, естественно, и отказ клавиатуры – ее индикаторы не будут мигать при включении.

Контроллер клавиатуры i8042. Программируемый контроллер клавиатуры i8042 применяется в ПЭВМ, начиная с AT. Его функции состоят в приеме кодов от клавиатуры и управлении ее состоянием. ПЭВМ использовали контролер клавиатуры i8042 (позднее i8242) для общения с клавиатурой. Контролер на материнской плате в действительности взаимодействовал с подобным контроллером внутри клавиатуры, формировавшим коды нажимаемых клавиш – скан-коды. Контроллер, встроенный в клавиатуру, обычно, реализуется микросхемой из семейства MCS-48(51) – Micro Controller Set или логически совместимой.

На рисунок 1.47 приведена структурная схема контроллера (одной из его модификаций VIA 82C42).

Рисунок 1.47– Структурная схема контроллера клавиатуры

Принципы работы клавиатуры. Клавиатура включает в себя матрицу быстродействующих кнопочных контактов и 8-ми разрядную однокристальную микроЭВМ 8048 со встроенным ПЗУ емкостью 2К.

Каждый раз при нажатии клавиши замыкается контакт, находящийся на пересечении строки Х и колонки У матрицы. Сигнал, который при этом вырабатывается, читается процессором 8048 и преобразуется в специальный код, называемый кодом сканирования, который посылается для интерпретации центральному процессору. Каждые 3-5 мс ИС 8048 сканирует матрицу клавиатуры, проверяя колонки по одной, проверяя, какая из линий имеет низкий уровень. Сначала сканируется первая колонка, и состояние контактов каждого ряда в этой колонке читается и сохраняется в памяти. Если замкнуть контакт, то эта точка /пересечение колонки и строки/ будет иметь потенциал 0 вольт. Сканирование продолжается, пока не будут прочитаны все четыре колонки. Каждый код сканирования запоминается в буфере ИС 8048. таким образом, этот буфер отражает состояние всей клавиатуры.

На этом сканирование не прекращается. Далее матрица проверяется на наличие "фантомного состояния контактов " /несколько контактов в прямоугольной области матрицы нажаты одновременно и закодированы неверно/. Если два замкнутых контакта находятся в одной колонке, и одна из двух строк, содержащих замкнутый контакт, имеет еще один замкнутый контакт, возникает "фантомное состояние контакта". Такое состояние распознается ИС 8048 и обычно игнорируется.

Принимаются только "законные" нажатия клавиш /включая двойные и тройные комбинации, когда одна или две клавиши замкнуты, а третья нажимается. Поскольку процесс сканирования выполняется за 3-5 мс, а интервал между нажатиями клавиш составляет 20-50 мс, то матрица сканируется по крайней мере однажды за это время, и неправильный ввод отбрасывается.

Во время сканирования, когда воспринимается замыкание контакта, процессор 8048 ждет несколько миллисекунд, чтобы дать возможность замыканию зафиксироваться. Одна из трудностей при работе с механическими переключателями /клавишами/ состоит в том, что они не замыкаются сразу. Электрически они "подпрыгивают" /переходные процессы/ несколько раз прежде, чем будет достигнут плотный контакт.