Hay muchos proyectos digitales que implican el uso de teclados para entradas de datos, programaciones u otras funciones equivalentes. La obtención de muchos de estos teclados en el comercio no es difícil, y existe incluso la posibilidad de hacer el aprovechamiento de teléfonos fuera de uso o calculadoras. Sin embargo, no todos los teclados son iguales en cuanto a la disposición y conexión de las teclas, lo que significa que no siempre podemos aprovechar cualquier teclado para un proyecto. Como reconocer los diversos tipos de teclados y hacer su elección para un proyecto es lo que veremos en este artículo, en que daremos también circuitos de decodificación.
La entrada de datos en un circuito digital se puede realizar a través de interruptores de presión simples, que normalmente se colocan en forma de teclado.
Es lo que ocurre con una calculadora, un teléfono y muchos otros dispositivos electrónicos.
En la electrónica digital el uso de estos teclados se vuelve cada vez más frecuente, como se ve en algunos proyectos que nosotros mismos publicamos, tales como la llave de código y la alarma para auto y otros.
Este artículo tiene una importancia muy grande en el desarrollo de shields de entrada para microcontroladores.
Sin embargo, lo que muchos lectores quizá no sepan es que muchos teclados no se constituyen simplemente en un conjunto de interruptores de presión, sino en una configuración adicional que ya prevé cierta disposición para sus conexiones en función del tipo de circuito en que deben operar.
Así, un teclado en el que tengamos una disposición matricial no sirve para los mismos propósitos de un teclado digital.
Como reconocer los diversos tipos de teclados y cómo usarlos es lo que veremos a continuación.
TIPOS DE TECLADOS
El tipo más simple de teclado que podemos elaborar es aquel en que tenemos acceso a cada tecla de modo independiente, eventualmente sólo con un punto común de tierra, como muestra la figura 1.
Un teclado de este tipo puede tener 4, 9, 12 o incluso 16 teclas. En un montaje sencillo podemos incluso improvisar este teclado con interruptores de presión.
También podemos usar teclas aisladas, que se venden en casas especializadas para fijarlas en una placa de circuito impreso previamente diseñada para tener el teclado de la forma requerida por el proyecto.
Es evidente que, en un proyecto que utiliza este tipo de conexión, el número de conexiones del teclado aumenta en la misma proporción que el número de teclas.
Así, una primera posibilidad para reducir el número de conexiones es hacer que todas las teclas tengan sólo un polo de acceso. El otro será común (figura 2).
Este es el tipo de teclado llamado de teclas independientes, que fácilmente puede ser identificado por la simple observación de las conexiones debajo de su placa de circuito impreso.
Con el fin de reducir aún más el número de conexiones externas podemos elaborar teclados con una disposición diferente.
Estos teclados hacen la conexión cruzada entre pistas o puntos formando así una matriz. En esta matriz, para cada tecla accionada tenemos dos enlaces, lo que simplifica bastante la realización del proyecto y reduce el número de conexiones.
La simplificación puede ser dada por el hecho de que en un teclado de 16 teclas necesitamos sólo 8 hilos de salida.
En la figura 3 tenemos un ejemplo de teclado de 12 teclas con su respectiva tabla de enlaces.
Vea que, con este tipo de conexión todavía podemos utilizar más teclas sin agotar las combinaciones posibles.
Es lo que ocurre con el teclado de 16 teclas, cuyo aspecto y conexiones se muestran en la figura 4.
En la figura 5 tenemos un teclado del tipo SPST (matriz XY 3 x 4), que se utiliza en telefonía.
Otro tipo de teclado para el teléfono de las teclas es maestría en la figura 6.
Para estos dos últimos teclados, cuya utilización es básicamente reservada la marcación telefónica, existen circuitos integrados especiales de decodificación a partir de los cuales ya se obtienen los pulsos o los tonos aplicados al circuito de transmisión o procesamiento.
Para los demás teclados, sin embargo, dependiendo de la aplicación necesitamos utilizar circuitos decodificadores.
DECODIFICADORES
Uno de los problemas de un teclado en cualquier aplicación que no implica el empleo de circuitos especiales es el llamado "repique" (bouncing).
Cuando se establece un contacto eléctrico por medio de un interruptor (de presión, por ejemplo) como una tecla, no obtenemos una transición pura del nivel lógico 0 al nivel 1, o sea, con la aparición inmediata de una tensión en la salida donde había 0.
Las características mecánicas del contacto hacen que cierto número de oscilaciones ocurra antes de que la salida se estabilice en un determinado nivel de tensión, como muestra la figura 7.
Estas oscilaciones o repiques pueden ser interpretadas por el circuito lógico de entrada como más de un pulso o más de un toque, como sugiere la misma figura, llevando el conjunto a un funcionamiento erróneo.
La utilización de circuitos especiales anti-repique (debouncing) es un hecho importante en muchos proyectos, como muestra la figura 8.
Estos circuitos lógicos pueden ayudar en la obtención de una señal pura para el circuito final, que de este modo no estará más sujeto a "errores de interpretación".
Como se necesita de este tipo de circuito en muchas aplicaciones, la elaboración conjunta de decodificadores puede incluso quedar facilitada.
En la figura 9 tenemos dos circuitos básicos para la decodificación de teclados.
A partir de estos diagramas podemos hacer circuitos específicos como los sugeridos a seguir por la Mecanorma (*), que fabrica teclados matriciales de diversos tipos.
(*) El artículo es de 1988. Esta empresa ya no existe.
El primero de ellos es para un teclado de 4 teclas y se muestra en la figura 10.
Los resistores son de 100 k y el circuito integrado es un CMOS del tipo 4001, formado por 4 puertos NOR de dos entradas.
Este circuito puede ser fácilmente implementado en una pIaquinha de circuito impreso que se da junto al diagrama.
Mecanorma sugiere el uso de este circuito con su teclado flexible de 4 teclas 2197000. Este teclado tiene una resistencia del orden de 1500 por tecla y puede operar con tensiones de alimentación de hasta 30 V bajo corriente de hasta 50 mA.
Para el teclado de 12 teclas tenemos el circuito de la figura 11.
Los resistores son todos de 1/8 W y se emplean 6 integrados.
Tenemos tres amplificadores operativos del tipo 741 y tres integrados CMOS del tipo 4081 formados por 4 puertas AND de dos entradas.
Este circuito proporciona un nivel alto en la salida de cada uno de los 12 puertos cuando se presiona la tecla correspondiente.
Su alimentación debe realizarse con tensiones de 5 a 15 V.
Los circuitos presentados hasta ahora poseen ventajas muy importantes en relación a cualquier otro o incluso el uso directo.
La primera ventaja es el comportamiento anti-repique que lleva la salida a una transición rápida y única cuando se presiona la tecla correspondiente.
La segunda característica, y esta es muy importante, es que pueden ser presionadas simultáneamente hasta 3 teclas que aún así tendremos las tres salidas correspondientes en el nivel alto.
Finalmente, tenemos un circuito decodificador para teclado de 16 teclas tipo matricial como el Mecanorma 2197200 (figura 12).
Los resistores usados son todos de 1/8 W y se emplean 8 circuitos integrados.
Cuatro de los integrados son amplificadores operativos del tipo 741.
Los demás integrados son CMOS del tipo 4081 formados cada uno por cuatro puertos AND de dos entradas.
Vea que en cualquiera de los cuatro circuitos la conexión al teclado se hace por cable flexible aburrido de 8 conductores, y las salidas dependen del número de teclas.
La alimentación del circuito de 16 teclas se realiza con una tensión de 9 V.
ASPECTOS MECÁNICOS
El tipo más simple de teclado es el constituido por interruptores de presión o teclas aisladas, cuya estructura mecánica se muestra en la figura 13.
Una desventaja de este tipo de tecla es su costo relativamente alto, pues para un teclado debemos adquirir varias unidades.
Los teclados de teléfono y de las calculadoras tienen una estructura como se muestra en la figura 14.
Las teclas actúan sobre pequeñas esponjas conductoras que interconectan por presión los puntos de una placa de circuito impreso.
Para evitar que la oxidación de las pistas dañe los contactos, son plateadas en esos puntos.
Este tipo de teclado, además de tener un costo bastante bajo, tiene la ventaja de presentar una buena robustez, durabilidad y además de una excelente apariencia.
En la figura 15 tenemos un teclado flexible.
Este teclado tiene un espesor muy pequeño, ya que está formado totalmente por paneles flexibles superpuestos.
Los propios conductores de salida están formados por finísima capa de material conductor depositado por electrólisis en una lámina de poliéster.
Estos teclados pueden funcionar con tensiones de hasta 30 V y corrientes de 50 mA.
Su resistencia en la condición de cerrado es de 150 ohms o poco más y en la condición abierta es de 50 Mohms.
El fabricante garantiza una durabilidad superior a 1 000 000 de operaciones.
CONSIDERACIONES FINALES
A partir de lo que hemos visto, los lectores ya podrán proyectar sus equipos con teclados con más facilidad.
Damos en la figura 16 dos circuitos para la activación de relés y triacs a partir de los decodificadores.
Estos circuitos se destinan al accionamiento de cargas mayores o incluso al control directo del teclado sobre circuitos de potencia.
Si usted tiene un teclado aprovechado de teléfono o calculadora o aún desea entrar en una línea de proyectos un poco diferente, he aquí los eImentos que le ayudarán a llegar allí.