专利名称：用于输入/输出设备的通用多功能键的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及数据输入设备。本发明尤其涉及通用的有可自动转换的小键盘的多功能键盘。
背景技术：
诸如计算机键盘的输入设备在本领域内是熟知的。键盘用于将在表示特定字母或数字的键中由键产生的电信号转换为可在监视器上显示的信号。还有具有不同于在键盘的键上表示的字母或数字的记号的输入设备。键盘或小键盘是现有的每个计算机化系统的一部分。
尤其是现在的个人计算机键盘的一个主要缺点是它们用于特定的语言，并且在将键盘转换为另一种语言时存在问题。这导致另一缺点，即在一个国家购买计算机并将其转移到另一语言不同的国家时可能产生问题。
一种可用的解决方法是与键盘的键上的主要语言一起手工地补上第二种语言的字母。由于键的大小和在各键上可设置的信息量，这种解决方法是有局限的。另一种解决方法是Trafarat，其是用于键盘的塑胶或纸透明盖板，表示在键盘上未表示的语言。由于存在键盘的多样性，这种解决方法也不是通用的解决方法。Trafarat还在一段时间后易于被擦除并且不耐用。
需要提供一种是固有多语言键盘并且不必任何实质修改就可用于许多语言的输入设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种适于结合到诸如键盘的输入设备的多功能键，该键盘支持用于多种语言的无限量的字形和自然和正式语言的记号，图标以及其他象征性符号。
本发明的目的是提供支持用于多种语言的无限量的字形和自然和正式语言的记号，图标以及其他象征性符号的多功能键盘。
本发明的另一个目的是提供一种依靠由键盘支持的系统状态、来确保键表面上的图像的动态变化或切换的多功能键盘。
根据本发明的优选实施例，提供一种适于在输入/输出设备中使用的多功能键，所述多功能键包括触摸表面；显示装置，与所述触摸表面相邻设置；其中所述显示装置用于可变地显示符号；通过键入所述多功能键产生与当前所述触摸表面显示的符号对应的电信号。
此外，根据本发明的另一实施例，所述触摸表面是透明的。
此外，根据本发明的另一实施例，所述显示装置是设置在所述透明触摸表面下的LED矩阵。
此外，根据本发明的另一实施例，所述指示器安置在建立在支撑部分上的托架中；并且其中所述支撑部分用于当所述多功能键被键入时向下移动并当所述多功能键被释放时向上移动。
此外，根据本发明的另一实施例，所述支撑部分靠位于输入/输出设备内多功能键之下的弹性垫片的力量向上移动。
此外，根据本发明的另一实施例，所述多功能键还包括PCB，用于放置电子组件并使其互相连接；驱动器芯片，用于为所述LED矩阵供能；连接电缆，用于使得在所述多功能键和所述输入/输出设备之间的通信。
此外，根据本发明的另一实施例，所述键的PCB用于通过在所述输入/输出设备中设置的触点传感器与所述输入/输出设备的PCB通信。
此外，根据本发明的另一实施例，所述芯片驱动器是在多路复用模式中，轮流向所述LED矩阵中设置的阴极输出低电压电平。
此外，根据本发明的另一实施例，所述芯片驱动器保持大约2mA的平均电流。
此外，根据本发明的另一实施例，所述连接电缆设置有6根导线，并且其中第一根导线是VDD-芯片电源电压；第二根导线是CLK-时钟信号；第三根导线是DIN-输入数据和控制位；第四根导线是SW-正常打开的键触点的输入信号；第五根导线是GND-公共电源、数据和第二信号触点的导线；以及第六根导线是DO-输出数据和控制位。
此外，根据本发明的另一实施例，所述LED矩阵包括7列和11行LED。
此外，根据本发明的另一实施例，所述驱动器芯片包括11位移位寄存器，用于以串行码接收输入数据；行驱动器，连接至所述LED矩阵中的行中设置的阳极；控制电路，用于允许电流从所述行驱动器输出；列驱动器，用于使用7位循环移位寄存器选择所述LED矩阵的列。
根据本发明的另一实施例，适合在输入/输出设备中使用的多功能键盘包括多个多功能键，其中各多功能键包括触摸表面和与所述触摸表面邻近设置的显示装置，其中所述显示装置用于可变地显示符号；键PCB，用于放置电子组件并使其互相连接；具有多个感觉触点的弹性垫片，其中所述弹性垫片设置在所述多个多功能键的下方，并且其中所述弹性垫片用于将所述多个多功能键支撑在向上的位置，以避免在所述多功能键在所述向上的位置时与所述感觉触点接触，并且在所述多个多功能键之一被键入时允许接触。
键盘PCB，用于接收来自所述键PCB的命令；驱动器芯片，用于为所述显示装置供能；至少两个键，用于允许在所述多个多功能键上的指示的符号的变化；通过键入所述至少两个键中的一个，来转换在所述多个多功能键上的指示的符号，使得键入所述多个多功能键中的一个产生与当前显示在所述指示器上的符号对应的电信号，其通过所述键盘PCB传输至连接到输入/输出设备的设备。
此外，根据本发明的另一实施例，所述显示器是LED矩阵。
此外，根据本发明的另一实施例，连接电缆用于连接所述键PCB和所述键盘PCB，并且其中所述连接电缆设置有6根导线，并且其中第一根导线是VDD-芯片电源电压；第二根导线是CLK-时钟信号；第三根导线是DIN-输入数据和控制位；第四根导线是SW-正常打开的键触点的输入信号；第五根导线是公共GND-电源、数据和第二信号触点的导线；以及第六根导线是DO-输出数据和控制位。
此外，根据本发明的另一实施例，所述驱动器芯片包括11位移位寄存器，用于以串行码接收输入数据；行驱动器，连接至所述LED矩阵中的行中设置的阳极；控制电路，用于允许从所述行驱动器的电流输出；列驱动器，用于使用7位循环移位寄存器选择所述LED矩阵的列。
此外，根据本发明的另一实施例，多功能键盘还包括至少一个键，当键入时，用于通过所述键盘PCB传输电信号。
此外，根据本发明的另一实施例，所述多功能键盘充当从包含计算机、移动计算机、手持计算机、电话设备、控制器、遥控和其他设备的组中选择的设备的输入/输出设备。
此外，根据本发明的另一实施例，所述多功能键盘基于诸如Windows、OS2、LINUX、UNIX、SOLARIS或DOS的启动(actuating)系统连接至计算机。
另外，根据本发明的另一实施例，所述符号从诸如字体、计算机语言符号、化学结构、氨基酸、DNA编码、图片、音符或汽车零件的组中选择。
为了更好地理解本发明并了解其实际应用，于此附上并参考以下图示。相似的组件由相似的参考标号标注。
应该注意的是仅仅作为例子和优选实施例给出附图，并且决不是将限制所附说明书和权利要求所定义的本发明的范围。
图1示出了根据本发明的优选实施例的预定外观的多语言键盘；
图2a示出了根据本发明的优选实施例的多语言键盘中的键的俯视图；图2b示出了图1a中所示的键的侧视图；图3示出了根据本发明的优选实施例的LED矩阵的电路；图4示出了根据本发明的优选实施例的与LED矩阵有关的芯片驱动器组件的示意性表示；图5示出了根据本发明的优选实施例的在控制器和两个示例性单元之间的数据交换的时间图；图6示出了根据本发明的优选实施例的连接至多个键的电路；图7示出了根据本发明的优选实施例的控制器的示意性表示；图8示出了根据本发明的优选实施例的键盘控制器多路复用信道的结构的示意性表示。
具体实施例方式
本发明提供一种新的并且独特的诸如键盘的输入设备，具有在其上设置符号的计算机化表示的键，而不是在常规键盘中的机械绘制的或弯曲成形的字母。现有技术的键盘在其各键上有固定附着的、雕刻的或以其他方式表示的符号。本发明的计算机化表示是适用于根据简单并简易执行指令的变化的可转换表示。本发明的新键盘是不仅是向计算机处理器传输信号的输入设备的键盘，而是从其连接的处理器或从设置在键盘本身上的至少一个键接收信号和命令的输入设备。新的多语言键盘还是可控制的并用于接收电信号的输入设备。
通常，根据本发明的优选实施例的键盘由其基底部分和键单元组成。各键单元包括在带有触摸表面的上侧具有窗口的盖板；优选是位于该窗口下优选为7列和11行的LED矩阵指示器的显示装置；用于放置电子组件并使其互相连接的键的PCB；LED矩阵驱动器芯片；用于电源电路的电容；以及挠性连接器电缆。将多个这种键设置在由机体，有用于键的触点传感器的PCB，用于控制键盘、其电源和互相连接的电子组件，用于键功能的弹性垫片，以及可选择的键盘装饰前面板所组成的键盘基底上。根据本发明的优选方面建立模型并且在以下的解释中阐明。
现在参考图1示出了根据本发明的优选实施例的预定外观的多语言键盘。如图所见，键盘10的外观与现有技术英文字母键盘的外观非常相似。键盘10设置有多个键12，每个表示预定语言的一个字母。将在此全面说明的是，这些键在其下有感觉触点并且在上边有触摸表面。多个键12中的64个键是具有嵌入指示器的可改变单元。这些键通过他们右上角的双箭头指示。指示器指示在当前键盘上表示的语言中的字母。
键盘10的尺寸(170×460×35)、它的几何形状和键的布局符合PCAT键盘标准。然而，由Lang1、Lang2和Lang3指示的三个附加键14用于布局控制。键入些键中的一个将导致键盘10的外观变为其中在多个键12中的由双箭头指示的64个键上表示另一种语言的外观。可以设置诸如Num Lock、Caps Lock、Scroll Lock的对于多功能键盘不是必需的附加常规按钮。应该说明的是该键盘不局限于三种语言，键的表示可以转换为任何形式的字符、符号和于此提到的其他形式。
于此应该说明的是本发明的多语言键盘和PC标准键盘的相似之处仅仅作为已经测试过的例子给出。然而，本发明中所要求的多功能键可以使用于任何其他类型的输入设备。这个例子不应使本发明的范围变窄。
现在参考图2a和图2b，分别示出了根据本发明的优选实施例的多语言键盘中的键的俯视图和侧视图。键20的尺寸与键盘中的常规键基本相似，并且键20设置有触摸表面22，其是用户在其上执行键入以便确立适当的传输给计算机处理器的电信号的表面。
触摸表面22设置在透明窗24上，在其下设置有显示装置，优选为LED矩阵26。LED矩阵26用于在触摸表面22上显示字符。其优选由7列LED构成，每列中有11个LED。可以使用任何其他的LED矩阵排列，例如8*11或任何其他排列的矩阵。LED灯的数量可以随在输入设备上表示的符号的要求而变化。既然仅仅是想使键的上表面变亮，LED可以由灯本身组成，而没有任何本领域内通常的遮蔽物和隔离物。因此，可以在LED矩阵中设置更多的灯。
可选择地，可以使用激光光束以及光纤，经由冷气(cold gas)的照明，LCD屏幕和任何其他可以在键的触摸表面上表示符号的技术或显示装置替代LED矩阵用于显示符号。
现在参考图3，其示出根据本发明的优选实施例的LED矩阵的电路。LED的阳极以行连接，并且阴极以列连接。
回到图2a和2b，在透明窗24之下还设置键的PCB 32。并且挠性电缆30将各键的PCB通过连接器48与键盘板PCB 34连接。LED矩阵26和PCB 32安置在建立在键的支撑部分38上的托架36中。支撑部分38是可移动的并且缺省置于向上的位置。弹性垫片40置于键20之下，其中该垫片折叠以将支撑部分38支撑在向上的位置。当键20被键入时，与弹性垫片40的力相对地向下推动支撑部分38，并且然后由于该垫片的力将其向上移动回去。带感觉触点42的薄膜置于支撑部分38之下，其中各支撑部分之下均设置特定的感觉触点以便当键被键入时允许产生信号。感觉触点42是稳定的并且连接在键盘的PCB 34上。
各键20设置有装饰面板44，并且所有的键建立在键盘基底46上。
将这些键设计为可以使得键的推动轴上具有键入的压力依赖性，该压力类似于标准IBM PC键盘中的键的键入压力。按压键过程中的触觉效果是由于弹性垫片上的突出部的特定的几何排列。
键的移动距离-2÷4mm开始按压时的力-2.2N最后按压过程中的力-少于1N对于诸如Space条或Enter的大表面区的键，力可能加倍。应该说明的是为了设计键之下的弹性垫片可以使用任何其他的压力计算，并且不应限制本发明的范围。
为了给LED矩阵26供能，芯片驱动器28优选以多路复用模式向图3中所示的阴极轮流输出低电压电平。为了提供LED矩阵26所需的亮度级别，芯片驱动器28保持大约2mA的平均电流。考虑导通-断开时间比，在单个脉冲中的该电流基本上是14mA。芯片驱动器28保持向矩阵阳极的约等于14mA的流出电流和来自矩阵阴极(当列中的所有LED被激活时)至少14×11＝154mA的流入电流。当所有的LED指示器被激活时，平均消耗电流近似是180mA。在键盘上最大亮度的平均键电流近似是40mA。因此，驱动器电源电压基本上是2.5或3.3V。
现在参考图4，其示出了根据本发明的优选实施例的与LED矩阵有关的芯片驱动器组件的示意性表示。通过设置有6根导线的挠性电缆30(图2b中示出)传输的信号如下●VDD-芯片电源电压；●CLK-时钟信号；●DIN-输入数据和控制位；●SW-正常打开的键触点的输入信号；●GND-公共电源、数据和第二信号触点的导线●DO-输出数据和控制位以串行码输入的数据被传送到11位移位寄存器100。当其被再次填充时，控制电路101允许电流从行驱动器102向LED矩阵104中的行之一的阳极输出。用7位循环移位寄存器108执行列驱动器106中的列选择。仅仅在与键的外部控制器进行数据交换会话期间执行输出到LED矩阵的任何电流变化。
现在参考图5，其示出了根据本发明的优选实施例在控制器和两个示例性单元之间的数据交换的时间图。恒定频率大约几兆赫的多个CLK周期110打算用于外部控制器和键同步的目的。在DIN总线112上，当没有执行交换时，设置逻辑1。在交换会话的开始，控制器将设置2个CLK周期的逻辑0电平(位S0和S1)。然后，位(D0-D10)跟随其后，零位在其中意味着在当前被选择的矩阵列中激活相应的LED。为了避免列LED的寄生闪光，在填充移位寄存器100的过程中，控制电路101禁用行驱动器102直到被再次填充(图4中所示)。
位D11是键同步的符号。当其在零状态时，循环移位寄存器108(图4)重置为状态1000000。在这种状态中，电流仅仅可以穿过第一列的LED。在下一次交换会话的开始，循环移位寄存器108将置为0100000，并且选择第二列。在7个交换会话后，将显示整个矩阵。当控制器保持规则并恒定(150Hz)的更新速率时，为了降低亮度，“亮”帧可以和“暗”帧交替，仅包含为“1”D0-D10位。
11位循环移位寄存器的填充过程中的输出单元信号(DO)保持在其中设置所有位的状态。当填充完成时，其对于一个时钟周期设置为零状态(S01)，并且然后延迟一个时钟周期，其重复输入信号DIN 112。直到接收到位STOP，不执行用信号中后面的位填充移位寄存器。这样的解决方法使得几个顺序连接的键连接到控制器的一个输出上。
现在参考图6，其示出了根据本发明的优选实施例的连接至多个键的电路。键之间的顺序连接显著地简化了键盘PCB布线并降低了控制键盘中的键的功能所需的通信信道的数量。
连接成链的键的数量由控制器输出的电路容量和图像更新速率的降低所限制，其中图像更新速率的降低是由于交换会话的时间的增加所导致的。键的数量可增加至16。这是作为模型而设计的键盘中的情况，然而，可以顺序连接超过16个键，但是不得不根据所关注的键盘的需要调整。
在信息位D0-D11之间的DIN信号有零分隔符位Sn。当取代该分隔符插入“1”位时(条件STOP)，链中所有的键被切换至等待下一次交换会话的模式，该交换会话从输入信息信号中的“双-零”条件开始。
为了简化如图2b中所示的通过键盘的PCB 30的PCB布线，从键的触点传输的信号通过挠性电缆30传至对应键(SW线)的芯片驱动器28(电缆和驱动器如图2b中所示)，并且以1位编码成为输出DO信号。其零状态对应按下的键。使用DIN线，可以通过键盘控制器接收链中最后的键输出的“底部(butt)”位(以降低互连线路的数量)。为了排除链中所有键中该位同时填充的情况，仅仅许可填充在当前交换会话中当前接收零D11位-同步位的键。
根据于此提供的信息，可以评估定时参数。假定链中有16个键，并且更新速率是150Hz。灰度级的数量16。所以，交换会话的频率计算为
150×16×7＝16800Hz单个交换会话期间，传送以下数量的位16×13+3＝211位CLK频率将大于16800×211＝3544800Hz≈4MHz键盘设置有控制器，其任务如下●与USB主机的数据交换；●扫描键触点传感器；●对组成链的键提供规则的交换会话；●存储和更新(优选经由USB接口)键的图标；●存储和更新各种设置亮度，闪光等。
现在参考图7，其示出了根据本发明的优选实施例的控制器的示意性表示。通过对16个键的链的多路复用交换信道200执行键上的象征图像的刷新和其触点传感器的查询。所有需要的信息存储在双端口存储器设备202中。通过计算机一侧的设备的第二个端口，使用对应的接口的驱动器和控制电路，执行数据存储的读取和写入。
优选以16MHz频率的石英谐振器G106执行控制器204的同步。除了接口驱动器之外的控制器的所有数字组件都在FPGA型的可编程逻辑晶体上实现(例如，XILINX公司生产的“Spartan-2”或“Spartan-3”系列)。
控制器的双端口存储器的大小现在可以被估计如下在存储器内为每个键保存一个或两个图标(用于向上和向下的情况)。图标的总数量是64+58＝122除了图标，还要将以下服务信息存储在存储器中●闪光标记-1位●亮度(显示的导通-断开时间比)-4位●出现向上情况图标的标记-1位●键传感器的值(键是否按下)-1位●传感器状态转变计时器-计数器(timer-counter)(以避免反弹效应)-3位由于每字16位的存储器构造，一个图标可以包含7个地址(指示矩阵的7列)和服务信息的附加字-共8个字。考虑到必须要有在正常操作(不用等待图标从计算机的重新加载)中变化的2-4套图标(语言)，双端口存储器的总大小必须高达8K字节。
另外，这里列出从控制电路向多路复用信道传输的控制参数数据●至键盘控制器的键连接的拓扑图(依据链中键的数量链中所包含的键)；●在开始重复键入事件之前的延迟时间；●重复事件的周期；●键显示的总亮度；●接收键盘上相反方向的关于按下和释放事件的事件。总共-高达32个地址现在参考图8，其示出了根据本发明的优选实施例的键盘控制器的多路复用信道的结构的示意性表示。所示框图的主要功能是规则地周期性刷新键上的象征图像，查询触点传感器的状态并且准备用于控制电路关于发生在其内的变化的消息。
多路复用信道将从双端口RAM读取的字载入驱动器芯片的11位移位寄存器，并且以对应的次序顺序载入其移位寄存器No01-No15。这些寄存器(每个链一个寄存器)以CLK频率工作，等于大约4MHz。各链形成其自己的同步信号相位。其优选由以基本上64MHz的频率工作的同步信号的移位寄存器执行。一个移位持续64MHz频率的13个周期。这种解决方法允许按时在键盘中扩展脉冲电流。其降低了无线电噪声的程度，并且帮助存储器设备以64MHz的倍数的寻址频率与其他控制电路的工作寄存器交换服务信息。在链中每个键的64MHz时钟的13个时钟周期时间段内，由RAM对16条链中的每个服务。在这段时间中，不仅执行从RAM取回数据，还执行对存储在RAM中的服务信息的操作，增加(advancing)计数器，对于RAM访问的同步和地址计算。
在单个链中与键的交换会话优选分为三个阶段·从存储器取回关于操作模式的服务信息，并且检查在本会话中将点亮什么LED(用于亮度和闪光模式的管理；如果需要-通过强制重置移位寄存器中的信息位为“1”状态，来禁止在当前会话中照明)；·顺序从存储器取回用于照明LED的列的信息并且将其写入移位寄存器-对于链中16个可用的键的16次访问；·接收“底部”位的值以及以关于相应传感器的状态转变事件产生为目的的处理。
会话中的位间隔的总数量等于13×(1+16+1)＝234交换会话的频率是4MHz/234＝17KHz在单个交换会话中，传输至单个链中的键的列信息与矩阵中列的不同编号相对应。其允许在每个会话中在一个触点传感器上进行查询。表2描述了依赖于链中键的位置(键号)以及在指示帧中会话编号所示出的显示的列的编号。
在显示零列并且位D11的用于显示零数值的信息可用的情况下，在键的触点传感器上执行查询。这些情况在表中以加粗的零来标记。在该表中，可以看到为了查询在链中的16个键，16个交换会话足够了。在整个刷新帧中，交换的数量等于7×17。对于每帧将每个键查询7次。
为了增加键触点传感器识别的“锐度”，在确定键是在被键入或释放之前，键盘控制的处理维持来自各传感器的“底部”位数值。此种解决办法的查询键的有效速率等于150Hz刷新速率(可以识别每秒钟高达75次的键击)。
在分析以下因素之后，执行对关于键状态的控制电路的事件产生●取决于当前由零同步位D11选择的键的拓扑图的数量；●在该链中的低“底部”信号的出现；●在服务标记中触点传感器状态的先前数值；
●触点传感器状态转变计时器-计数器的以前数值。
由于在键盘的具体应用中的键的数量上可能有变化，执行从拓扑图的适当字的服务信息读取。每个键链对应下一个键存在(或缺少)的位。“1”在对应位中意味着该键存在，并且执行移位寄存器的再填充。当其是“0”时，仅向相应的链输出停止(即高电平)脉冲。
由于不是所有的键盘键都可以或应该配备LED矩阵和驱动器芯片，在多语言键盘中键的具体应用中，其中触点传感器具有独立于驱动器控制电路的其自己的扫描电路，可以提供分离传感器的块扫描和关于其变化的事件生成。使用线S0-S15的程序块执行传感器矩阵的周期性查询，其能有高达16个传感器每线-输入IS0-IS15。查询速率等于1kHz并且执行传感器信号的过滤以避免反弹效应。块使用其自己的拓扑图部分，其定义用于产生至控制电路的事件的主要扫描编码。为了避免从“扫描块”和“接收块”产生事件的时间一致，就从交换会话的单一计数器执行这些块的同步。
使用计数器形成RAM访问的地址，其中一个计数器在拓扑图的字中每个会话中对“1”的数值计数。这些计数器的数值是键序号并且它们用于形成触点传感器的主要扫描编码。其他的计数器计数用于填充移位寄存器的对存储器的访问的数量(链的计数为16)，交换会话中移位脉冲的数量(在链中13位×16单元)，用于显示所有矩阵列(7)的会话的数量，以及在亮度形成周期(16)中的交换会话的数量。
为了使LED矩阵消耗的电流在时间上更加均匀的分布，就降低这些电流产生的噪声，并且降低AC供能的灯的寄生干扰，以相位移动执行在链中的交换会话的开始。以下各链通过参考较小编号的链以64位间隔移位。另外，当执行调节照明时，使得指示器照明交替。一个交换帧包括7个交换会话(等于多个指示器中列的计数)。亮度调节周期包括16个帧。如果指示器以全部的亮度工作，在周期的所有16个帧中执行照明。如果不需要全亮度，不是将所有帧点亮，而仅仅点亮其中的部分。为了使得键盘LED的累计电流损耗平滑(smooth)，在周期中将所有点亮的帧均匀排列。这由表2清楚地示出。
对每个指示器的周期的开始是不同的。例如，当第一键链显示亮度周期的第一帧时，第二链显示第二帧等等。为了实现在交换会话中的列的交替，就包括周期和时间移位的单独计数器和数字延迟线。
通过使用特定的USB驱动器芯片和双端口RAM的键盘键，控制和同步电路要在个人计算和多路复用交换信道之间进行异步通信。使用基于DLL的倍频器形成用于所有FPGA组件的64MHz系统时钟，该倍频器作为包含在FPGA晶体基准振荡器G中的部分。控制电路包含8位数字核心微处理器，例如带USB控制和双端口RAM连接的“PicoBlaze”。为了存储命令和数据，微处理器包含FPGA存储器块。
核心微处理器的软件是具有USB接口功能和与键盘的控制电路互换的功能的程序。微处理器查询关于按下的键的FPGA的双端口存储器，将多路复用信道的主要扫描编码转换为标准键盘扫描编码，准备USB包并将关于按下的键的信息传送到主机。
在诸如“引导模式”和“全功能模式”的不同的操作模式中支持该程序。在“引导模式”中，在计算机引导过程中，键盘遵从USB HID类的Boot Keyboard子类，以允许计算机的用户控制。BIOS仅仅在此类“引导模式”键盘中工作。
在OS载入后，特定的键盘驱动器将键盘切换至支持键盘上附加键和特定指示特征的全功能模式。当给键盘通电时，FPGA将缺省硬编码键盘布局载入其存储器，典型的是“美国国际(US International)”。在将键盘变为全功能模式之后，微处理器开始发送在特定HID描述符中定义的协议和USB帧。根据USB HID协议，一些键(不是变址键(modifier))必须以相关的模式传输，即，在各USB包中，仅仅传输变化事件。一些键(变址键-Alt，Ctrl，Shift)在不受限制的模式中传输，即，在所有这些键的每个USB包状态中传输。通过对比由键盘提供的当前的和以前的块的标准USB键盘驱动器跟踪按下和释放变址键的事件。
作为一个例子，计算机和键盘可设置有用户空间服务用于在Windows 98/NT/ME/2000/2003中载入的键盘布局。这是在Windows机构中对用于通过hid.dll提供的专用接口访问HID设备的标准接口的用户空间程序。该程序可列举所有安装的HID设备，检查他们的类型，并且与任何一个安装的设备交换数据。
当该程序发现连接了本发明的键盘时，其用当前的语言配置(从Windows Layout Manager读取该配置)或从用户提供的配置载入。然后，从相应的文件载入字形和图标并且将该字形和图标发送至键盘控制器。将该键盘配置为用于通过简单的、在键盘硬件中执行的存储单元(bank)切换来支持几种语言。
当用户改变键盘的布局时(以图1中所示的按钮Lang1，Lang2，Lang3或使用任何其他改变输入语言的方法)，Windows发送所有的关于输入语言变化的窗口专用事件通告。该程序捕捉该事件并且命令键盘切换至所需的布局。
在专用的图形编辑器应用程序中编辑用于键的字形，并且用户可以绘制确切适合他的具体需要的符号。
基于在系统中可用的任何字体，字形编辑器能创建可以自动从键盘打入的几乎任何语言中的初级草图字形。为了实现此目的，程序查询Windows以将虚拟键编码(VK_Q，VK_W，VK_E等)转换为相应的Windows所支持的任何语言的Unicode字符编码，其可绘制为用于键的字形。
可以给第三方开发者提供能够控制键盘并且通过特别编写的API接收其事件的能力，不需要开发者研究内部键盘结构或USB交换协议的细节。
可以编写许多应用程序用于支持非标准图标，例如在具有热键、数学符号或其他的按钮上的消息。
对于其他电路，优选提供DC/DC变换器的第三方微型组件。其将在12-24伏(来自外部适配器)范围内的原始电压变换为键盘的电子电路工作所需要的稳定电压。对于LED矩阵驱动器芯片的供电，当到达不允许的照明等级时，提供限制以避免过载。
可选择地，可以包括照明背景的光电二极管传感器用于自动调整指示亮度，并且在电流过载的时候自动降低亮度。
为了存储一些标准图标和键盘的最后设置，可以将独立的ROM芯片附加在FPGA中。
应该注意的是为了在键盘上显示符号可以使用任何其他的技术。该例子可以是诸如手持计算机、数字手表等中的LCD屏。可选择地，字母可以由激光束表示。键上的任何其他的符号表示都包括在本发明的范围中。
可选择地，键上的符号指示可以是彩色的表示，以便各语言也由特定的颜色表示，以方便用户。
基于诸如Windows、OS2、LINUX、UNIX、SOLARIS或DOS的启动系统，本发明的多语言键盘可连接至计算机。
应该注意的是多功能键可在任何输入设备中使用，诸如笔记本计算机、电话、计算器、控制器或任何其他设备以及控制房屋内诸如空调、电视、立体声系统等功能的、充当遥控的个人计算机的不同计算机的键盘。
大量可利用本发明的多功能键的应用中的另一重要应用是安全领域，其中在诸如用户插入数字组合的保险箱中，每个键可接收超过一个符号或字母，因此使组合的可能性增加。
重要的是注意考虑到在键上表示的符号，多语言键盘是通用键盘。例如，该键盘可用于儿童，因此由动物或教育性的符号表示；其还适用于诸如风琴的乐器，因此由音符、化学结构和公式、计算机语言以及机器表示。所有这些符号可在单一键盘或小键盘上表示，或在专用键盘上表示。也可以购买允许某种独特的符号在现有键盘上表示的软件。
应该注意的是在键上的符号的表示可通过软件支持和控制，通过该软件可按照用户命令将符号改变或更改他们的位置，而不将用户局限于标准的键盘布置。
多功能键可以和任何在计算机上显示的软件互动。例如，如果显示游戏，其在游戏中的诸如跳、双跳或拳击的功能可显示在这些多功能键上。另一个例子可在程序设计软件中，其中由于多功能键的程序设计为接收预定功能而不是符号，所以直接在计算机监视器上显示软件的功能。
多功能键的使用使用户可以将通用输入设备用作预定功能的计算器或语言词典，而不需要对各功能使用不同的计算器。以相似的方式，通过用多功能键和不同的设备或系统互动，可以生产通用遥控装置，其中的各个与在特定时刻在特定键上显示的特定功能互动。
在另一个应用中，多功能键可在车辆工业中的GPS设备中使用，其中这些键可用于几种功能而不是仅仅一种。
可以看到，多功能键和多功能键盘技术可应用于众多应用中，并且实际上在任何情况下键可用于输入或输出设备。
应该明白本说明书中阐明的这些实施例的描述和附图仅仅为了更好地理解本发明，而不是限制以下权利要求所覆盖的本发明范围。
还应该明白本领域技术人员在阅读本说明书之后可对附图和以上描述的实施例进行调整或改正，但其仍然由以下权利要求覆盖。
表1
表权利要求
1.在输入/输出设备中使用的一种多功能键，所述多功能键包括触摸表面；显示装置，与所述触摸表面相邻设置；其中所述显示装置用于可变地显示符号；通过键入所述多功能键产生的电信号与邻近所述触摸表面当前显示的符号相对应。
2.根据权利要求1所述的多功能键，其中所述触摸表面是透明的。
3.根据权利要求1所述的多功能键，其中所述显示装置安置在建立在支撑部分上的托架中；并且其中所述支撑部分用于当所述多功能键被键入时向下移动，并当所述多功能键被释放时向上移动。
4.根据权利要求3所述的多功能键，其中所述支撑部分通过位于所述输入/输出设备中、所述多功能键之下的弹性垫片的力向上移动。
5.根据权利要求1所述的多功能键，其中所述显示装置是邻近所述透明的触摸表面之下设置的LED矩阵。
6.根据权利要求6所述的多功能键，其中所述多功能键还包括PCB，用于放置电子组件并使其互相连接；驱动器芯片，用于为所述LED矩阵供能；连接电缆，用于使得在所述多功能键和所述输入/输出设备之间进行通信。
7.根据权利要求6所述的多功能键，其中所述键的PCB用于通过在所述输入/输出设备中设置的触点传感器与所述输入/输出设备的PCB通信。
8.根据权利要求6所述的多功能键，其中所述芯片驱动器处于多路复用模式中，该模式中轮流向所述LED矩阵中设置的阴极输出低电压电平。
9.根据权利要求6所述的多功能键，其中所述芯片驱动器保持约2mA的平均电流。
10.根据权利要求6所述的多功能键，其中所述连接电缆设置有6根导线，并且其中第一根导线是VDD-芯片电源电压；第二根导线是CLK-时钟信号；第三根导线是DIN-输入数据和控制位；第四根导线是SW-正常打开的键触点的输入信号；第五根导线是公共GND-电源、数据和第二信号触点的导线；且第六根导线是DO-输出数据和控制位。
11.根据权利要求6所述的多功能键，其中所述LED矩阵包括7列和11行LED。
12.根据权利要求11所述的多功能键，其中所述驱动器芯片包括11位移位寄存器，用于以串行码接收输入数据；行驱动器，连接至所述LED矩阵中设置为多行的阳极；控制电路，用于允许电流从所述行驱动器输出；列驱动器，用于使用7位环路移位寄存器来选择所述LED矩阵的列。
13.在输入/输出设备中使用的一种多功能键盘，包括多个多功能键，其中各多功能键包括触摸表面和与所述触摸表面邻近设置的显示装置，其中所述显示装置用于可变地显示符号；键PCB，用于放置电子组件并使其互相连接；具有多个感觉触点的弹性垫片，其中所述弹性垫片设置在所述多个多功能键的下方，并且其中所述弹性垫片用于在向上的位置支撑所述多个多功能键，以避免在所述多功能键在所述向上的位置时与所述感觉触点接触，并且在所述多个多功能键之一被键入时允许接触。键盘PCB，用于接收来自所述键PCB的命令；驱动器芯片，用于为所述显示装置提供电源；至少两个键，用于允许在所述多个多功能键上指示的符号进行变化；通过键入所述至少两个键中的一个键，以转换在所述多个多功能键上指示的符号，使得键入所述多个多功能键中的一个所产生的电信号与所述指示器上当前显示的符号相对应，该信号通过所述键盘PCB传输到与所述输入/输出设备相连的设备。
14.根据权利要求13所述的多功能键盘，其中所述显示装置是LED矩阵。
15.根据权利要求14所述的多功能键盘，其中所述LED矩阵包括7列和11行LED，并且所述驱动器芯片包括11位移位寄存器，用于以串行码接收输入数据；行驱动器，连接至所述LED矩阵中设置为多行的阳极；控制电路，用于允许电流从所述行驱动器输出；列驱动器，用于使用7位环路移位寄存器选择所述LED矩阵的列。
16.根据权利要求13所述的多功能键盘，其中连接电缆连接所述键PCT和所述键盘PCB，并且其中所述连接电缆设置有6根导线，并且其中第一根导线是VDD-芯片电源电压；第二根导线是CLK-时钟信号；第三根导线是DIN-输入数据和控制位；第四根导线是SW-正常打开的键触点的输入信号；第五根导线是GND-公共电源、数据和第二信号触点的导线；且第六根导线是DO-输出数据和控制位。
17.根据权利要求13所述的多功能键盘，还包括至少一个键，当被键入时，该键用于通过所述键盘PCB传输电信号。
18.根据权利要求13所述的多功能键盘，其中所述多功能键盘用作从包含计算机、移动计算机、手持计算机、电话设备、控制器、遥控设备和其他设备的组中选择的设备的输入/输出设备。
19.根据权利要求13所述的多功能键盘，其中所述多功能键盘基于诸如Windows、OS2、LINUX、UNIX、SOLARIS或DOS的启动系统连接至计算机。
20.根据权利要求13中的多功能键盘，其中所述符号从诸如字体、计算机语言符号、化学结构、氨基酸、DNA编码、图片、音符或汽车零件的组中选择。
全文摘要
如图2所示，本发明提供适合在输入和输出设备中使用的多功能键(20)。所述多功能键包括触摸表面(22)和邻近触摸表面的显示装置(32)，其中所述显示装置用于可变地显示符号。键入所述多功能键产生与在触摸表面上当前显示的符号相对应的电信号。所述显示装置优选由LED矩阵组成。
文档编号G09G3/32GK1906657SQ200480040500
公开日2007年1月31日 申请日期2004年12月15日 优先权日2003年12月15日
发明者马克·伊沙科夫 申请人:马克·伊沙科夫