Como Funcionam os Teclados Digitais (ART2307)

Existem muitos projetos digitais que envolvem o uso de teclados para entradas de dados, programações ou outras funções equivalentes. A obtenção de muitos desses teclados no comércio não é difícil, e existe mesmo a possibilidade de se fazer o aproveitamento de telefones fora de uso ou calculadoras. No entanto, nem todos os teclados são iguais quanto à disposição e ligação das teclas, o que significa que nem sempre podemos aproveitar qualquer teclado para um projeto. Como reconhecer os diversos tipos de teclados e fazer sua escolha para um projeto é o que veremos neste artigo, em que daremos também circuitos de decodificação.

A entrada de dados num circuito digital pode ser feita através de interruptores de pressão simples, que são dispostos normalmente na forma de um teclado.

É o que ocorre com uma calculadora, um telefone e muitos outros dispositivos eletrônicos.

Na eletrônica digital o uso destes teclados torna-se cada vez mais frequente, como visto em alguns projetos que nós mesmos publicamos, tais como a chave de código e o alarme para auto e outros.

No entanto, o que muitos leitores talvez não saibam é que muitos teclados não se constituem simplesmente num conjunto de interruptores de pressão, mas sim numa configuração adicional que já prevê certa disposição para suas ligações em função do tipo de circuito em que devem operar.

Assim, um teclado em que tenhamos uma disposição matricial não serve para as mesmas finalidades de um teclado digital.

Como reconhecer os diversos tipos de teclados e como usá-los é o que veremos a seguir.

 

TIPOS DE TECLADOS

O tipo mais simples de teclado que podemos elaborar é aquele em que temos acesso a cada tecla de modo independente, eventualmente apenas com um ponto comum de terra, conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1 – Teclas independentes
Figura 1 – Teclas independentes

 

Um teclado deste tipo pode ter 4, 9, 12 ou mesmo 16 teclas. Numa montagem simples podemos até improvisar este teclado com interruptores de pressão.

Podemos também usar teclas isoladas, que são vendidas em casas, especializadas, para fixá-las numa placa de circuito impresso previamente projetada para ter o teclado da forma exigida pelo projeto.

E evidente que, num projeto que use este tipo de ligação, o número de ligações a partir do teclado aumenta na mesma proporção que o número de teclas.

Assim, uma primeira possibilidade para reduzir o número de ligações é fazer com que todas as teclas tenham apenas um polo de acesso. O outro será comum (figura 2).

 

Figura 2 – Teclado com ponto comum
Figura 2 – Teclado com ponto comum

 

Este é o tipo de teclado chamado de teclas independentes, que facilmente pode ser identificado pela simples observação das ligações por baixo de sua placa de circuito impresso.

Com a finalidade de reduzir ainda mais o número de ligações externas podemos elaborar teclados com uma disposição diferente.

Estes teclados fazem a ligação cruzada entre trilhas ou pontos formando assim uma matriz. Nesta matriz, para cada tecla acionada temos dois enlaces, o que simplifica bastante a realização do projeto e reduz o número de ligações.

A simplificação pode ser dada pelo fato de que num teclado de 16 teclas precisamos apenas de 8 fios de saída.

Na figura 3 temos um exemplo de teclado de 12 teclas com a sua respectiva tabela de enlaces.

 

Figura 3 – Teclado de 12 teclas
Figura 3 – Teclado de 12 teclas

 

Veja que, com este tipo de ligação ainda podemos utilizar mais teclas sem esgotar as combinações possíveis.

É o que ocorre com o teclado de16 teclas, cujo aspecto e ligações são mostrados na figura 4.

 

   Figura 4 – Teclado de 16 teclas
Figura 4 – Teclado de 16 teclas

 

Na figura 5 temos um teclado do tipo SPST (matriz XY 3 x 4), que é utilizado em telefonia.

 

Figura 5 – Teclado 3 x 4 para telefonia
Figura 5 – Teclado 3 x 4 para telefonia

 

Outro tipo de teclado para telefone de teclas é mestrado na figura 6.

 

   Figura 6 – Outro teclado para telefonia
Figura 6 – Outro teclado para telefonia

 

Para estes dois últimos teclados, cuja utilização é basicamente reservada a discagem telefônica, existem circuitos integrados especiais de decodificação a partir dos quais já se obtém os pulsos ou os tons aplicados ao circuito de transmissão ou processamento.

Para os demais teclados, entretanto, dependendo da aplicação precisamos utilizar circuitos decodificadores.

 

DECODIFICADORES

Um dos problemas de um teclado em qualquer aplicação que não envolva o emprego de circuitos especiais é o chamado “repique" (bouncing).

Quando se estabelece um contato elétrico por meio de um interruptor (de pressão, por exemplo) como uma tecla, não obtemos uma transição pura do nível lógico 0 para o nível 1, ou seja, com o aparecimento imediato de uma tensão na saída onde havia 0.

As características mecânicas do contato fazem com que certo número de oscilações ocorra antes que a saída se estabilize num determinado nível de tensão, conforme mostra a figura 7.

 

Figura 7 – O repique
Figura 7 – O repique

 

Estas oscilações ou repiques podem ser interpretados pelo circuito lógico de entrada como mais de um pulso ou mais de um toque, conforme sugere a mesma figura, levando o conjunto a um funcionamento errôneo.

A utilização de circuitos especiais anti-repique (debouncing) é um fato importante em muitos projetos, conforme mostra a figura 8.

 

Figura 8 – Circuito anti-repique
Figura 8 – Circuito anti-repique

 

Estes circuitos lógicos podem ajudar na obtenção de um sinal puro para 0 circuito final, que desse modo não estará mais sujeito a “erros de interpretação".

Como se necessita deste tipo de circuito em muitas aplicações, a elaboração conjunta de decodificadores pode até ficar facilitada.

Na figura 9 temos dois circuitos básicos para a decodificação de teclados.

 

Figura 9 – Decodificador de teclado básico
Figura 9 – Decodificador de teclado básico

 

A partir destes diagramas podemos fazer circuitos específicos como os sugeridos a seguir pela Mecanorma (*), que fabrica teclados matriciais de diversos tipos.

(*) O artigo é de 1988. Esta empresa não mais existe.

O primeiro deles é para um teclado de 4 teclas e é mostrado na figura 10.

 

Figura 10 – Decodificador para 4 teclas
Figura 10 – Decodificador para 4 teclas

 

Os resistores são de 100 k e o circuito integrado é um CMOS do tipo 4001, formado por 4 portas NOR de duas entradas.

Este circuito pode ser facilmente implementado numa pIaquinha de circuito impresso que é dada junto ao diagrama.

A Mecanorma sugere a utilização deste circuito com seu teclado flexível de 4 teclas 2197000. Este teclado tem uma resistência da ordem de 1500 por tecla e pode operar com tensões de alimentação de até 30 V sob corrente de até 50 mA.

Para o teclado de 12 teclas temos o circuito da figura 11.

 

 

Figura 11 – Circuito para teclado de 12 teclas
Figura 11 – Circuito para teclado de 12 teclas

 

Os resistores são todos de 1/8 W e são empregados 6 integrados.

Temos três amplificadores operacionais do tipo 741 e três integrados CMOS do tipo 4081 formados por 4 portas AND de duas entradas.

Este circuito fornece um nível alto na saída de cada uma das 12 portas quando a tecla correspondente é pressionada.

A sua alimentação deve ser feita com tensões de 5 a 15 V.

Os circuitos apresentados até agora possuem vantagens muito importantes em relação a quaisquer outros ou mesmo o uso direto.

A primeira vantagem é o comportamento anti-repique que leva a saída a uma transição rápida e única quando a tecla correspondente é pressionada.

A segunda característica, e esta é muito importante, é de que podem ser pressionadas simultaneamente até 3 teclas que ainda assim teremos as três saídas correspondentes no nível alto.

Finalmente, temos um circuito decodificador para teclado de 16 teclas tipo matricial como o Mecanorma 2197200 (figura 12).

 

Figura 12 – Teclado de 16 teclas
Figura 12 – Teclado de 16 teclas

 

Os resistores usados são todos de 1/8 W e são empregados 8 circuitos integrados.

Quatro dos integrados são amplificadores operacionais do tipo 741.

Os demais integrados são CMOS do tipo 4081 formados cada um por quatro portas AND de duas entradas.

Veja que em qualquer um dos quatro circuitos a conexão ao teclado se faz por cabo flexível chato de 8 condutores, e as saídas dependem do número de teclas.

A alimentação do circuito de 16 teclas é feita com uma tensão de 9 V.

 

ASPECTOS MECÂNICOS

O tipo mais simples de teclado é o constituído por interruptores de pressão ou teclas isoladas, cuja estrutura mecânica é mostrada na figura 13.

 

Figura 13 – Tecla simples
Figura 13 – Tecla simples

 

Uma desvantagem deste tipo de tecla é seu custo relativamente alto, pois para um teclado devemos adquirir diversas unidades.

Os teclados de telefone e de calculadoras possuem uma estrutura conforme a mostrada na figura 14.

 

Figura 14 – Teclado comum
Figura 14 – Teclado comum

 

As teclas atuam sobre pequenas esponjas condutoras que interligam por pressão os pontos de uma placa de circuito impresso.

Para evitar que a oxidação das trilhas prejudique os contatos, elas são prateadas nesses pontos.

Este tipo de teclado, além de ter um custo bastante baixo, tem ainda a vantagem de apresentar uma boa robustez, durabilidade e além de tudo uma excelente aparência.

Na figura 15 temos um teclado flexível.

 

Figura 15 – Teclado flexível
Figura 15 – Teclado flexível

 

Este teclado tem uma espessura muito pequena, pois é formado totalmente por painéis flexíveis superpostos.

Os próprios condutores de saída são formados por finíssima camada de material condutor depositado por eletrólise numa lâmina de poliéster.

Estes teclados podem operar com tensões de até 30 V e correntes de 50 mA.

A sua resistência na condição de fechado é de 150 Ω ou pouco mais e na condição aberto é de 50 MΩ.

O fabricante garante uma durabilidade superior a 1 000 000 de operações.

 

CONSIDERAÇÕES FINAIS

A partir do que vimos, os leitores já poderão projetar seus equipamentos com teclados com mais facilidade.

Damos na figura 16 dois circuitos para ativação de relés e triacs a partir dos decodificadores.

 

Figura 16 – Circuitos para relés
Figura 16 – Circuitos para relés

 

Estes circuitos se destinam ao acionamento de cargas maiores ou mesmo o controle direto do teclado sobre circuitos de potência.

Se você tem um teclado aproveitado de telefone ou calculadora ou ainda deseja entrar numa linha de projetos um pouco diferente, eis aqui os eIementos que o ajudarão a chegar lá.

 

 


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