Computertechnik 2 Projektarbeit Peripheriegeräte EINGABEGERÄTE Technische Berufsschule Zürich Reto Meier Manuel Lässer Klasse 01b 1. Semester 14.05.16 I 1 1.1 DIE TASTATUR 1 Allgemein 1 1.2 Funktionsweise und Aufbau 1.2.1 Der Aufbau einer Tastatur 1.2.2 Kapazitive Tastatur 1.2.3 Mechanische Tastatur 1.2.4 Die Folientastatur 1.2.5 Tastaturprozessor 1.2.6 Scan-Code 1.2.7 Automatische Zeichenwiederholfunktion 1.2.8 ASCII-Code 1.2.9 Die Funktionsweise der Tastatur 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 1.3 Standards und Kenngrössen 1.3.1 Normen der Tastatur 4 4 1.4 Installation und Konfiguration 5 1.5 Fehler, Störungen, Reparatur 5 1.6 Wartung und Pflege 6 1.7 Ergonomie 6 1.8 Zukünftige Entwicklung 1.8.1 Spracherkennung 6 6 2 7 DIE MAUS 2.1 Geschichte 7 2.2 Allgemein 7 2.3 Funktionsweise und Aufbau 2.3.1 Der Aufbau einer Maus 2.3.2 Die Funktionsweise einer Maus 2.3.3 Die optische Maus 7 7 8 9 2.4 Standards und Kenngrössen 2.4.1 Schnittstellen der Maus 9 10 2.5 Typenübersicht und Einsatzgebiet 2.5.1 Der Trackball 2.5.2 Das Touchpad 2.5.3 Der Trackpoint 10 11 11 12 2.6 12 Installation und Konfiguration 2.7 Fehler, Störungen, Reparatur 2.7.1 Hardware 2.7.2 Softwareprobleme 12 12 13 2.8 Wartung und Pflege 13 2.9 Ergonomie 13 II 2.9.1 2.9.2 Gestaltungshinweise Verhaltenshinweise 13 14 2.10 Zukünftige Entwicklung 2.10.1 IBM Emotion Maus 14 14 3 DER JOYSTICK 14 3.1 Allgemein 14 3.2 Funktionsweise und Aufbau eines Joysticks 15 3.3 Einsatzgebiet 15 3.4 Installation und Konfiguration 15 3.5 Zukünftige Entwicklung 15 4 GLOSSAR 16 5 LITERATURVERZEICHNIS 17 1 1 Die Tastatur 1.1 Allgemein Die Tastatur ist für die Arbeit am PC unentbehrlich. Mit ihrer Hilfe können Texte, Zahlenfolgen und mathematische Formeln eingegeben oder über sogenannte Funktionstasten automatisierte Abläufe ausgeführt werden (z.B. F1 = Hilfe). 1.2 1.2.1 Funktionsweise und Aufbau Der Aufbau einer Tastatur Die Tastatur besteht aus vielen kleinen Tasten, die über eine Elektronik mit dem PC verbunden sind. Die ersten Tastaturen bestanden nur gerade aus 83 oder 84 Tasten. Durch die stetige Entwicklung der Betriebssysteme und Programme wurde ebenfalls das Tastaturlayout angepasst. Die heutigen Standardtastaturen beinhalten 101, 102, 104 Tasten. Die Tasten können in vier grundlegenden Blöcken eingeteilt werden. Abb. 1 - Einteilung der Tastenblöcke Neben Tasten mit mechanischen Kontakten werden häufig auch induktive Kontakte benutzt, bei denen ein bewegliches Metallteil das Magnetfeld einer kleinen Spule verändert. Sogenannte Sensortasten arbeiten meistens kapazitiv. Dabei wird eine Ladung auf der Taste bei Berührung mit dem Finger über die Haut abgeleitet. Im Gegensatz zu den anderen Tasten bewegen sich Sensortasten normalerweise nicht. Sie werden also nicht im eigentlichen Sinn gedrückt, sondern bloss berührt. 1.2.2 Kapazitive Tastatur Die Standardtastatur arbeitet mit kapazitiver Technologie. Auf der Leiterplatte ist eine gedrückte Schaltung angebracht, die mit einer dünnen Isolierfolie überzogen ist. Der auf der Unterseite metallisierte Tastenkopf bildet mit der darunterliegenden Tastaturplatine einen Kondensator. Durch das Niederdrücken wird die Kapazität geändert und ergibt die Information über die Betätigung der Taste. In der Tastatur befindet sich ein Mikroprozessor, der die Information auswertet und über ein Kabel mit DIN-Stecker dem PC sendet. Dieses Kabel besitzt eine Spannungsleitung (+5V), eine Masseleitung und zwei Signalleitungen. 2 Alle Tasten sind Kreuzungspunkte auf einer Leitungsmatrix. Um eine eindeutige Zuordnung bei gleichzeitiger Betätigung mehrerer Tasten bestimmen zu können, sind die einzelnen Zeilen bzw. Spalten über Dioden miteinander verbunden. Der Tastaturprozessor legt nacheinander an jede Spalte der Matrix einen "High“-Pegel an und testet danach jeweils die Zeilen ab. Durch den Tastendruck ändert sich die Kapazität zwischen Taste und Leiterplatte für die entsprechende Zeile und Spalte, so dass der Prozessor die genaue Position feststellen kann. Das daraus resultierende Ergebnis wandelt der Prozessor in einen Tastaturcode um. Dieser wird zunächst in einen Puffer geschrieben und in einen Datenstrom mit einem Startbit, acht Datenbits, einem Paritätsbit und einem Stoppbit umgewandelt. Jeder Taste sind zwei Codes zugeordnet, einer für die Betätigung (Make-Code) und einer für das Loslassen (Breake-Code). Nach Betätigung einer Taste wird der Hardware Interrupt IRQ1 ausgelöst. Gleichzeitig wird die Interruptroutine 09h aufgerufen. Der von der Tastatur an den PC übertragene Code wird von einem Prozessor eingelesen und als 16 Bit Wert dargestellt. Die unteren 8 Bit geben den ASCII-Code wieder, das obere Byte repräsentiert den Scan-Code. 1.2.3 Mechanische Tastatur Durch drücken einer Taste verbindet ein leitendes Teil den Bodenkontakt und schliesst dadurch den Stromkreis. Die Anschlussdrähte an den Kontaktstellen sind matrixförmig (Gitter) angeordnet. Dieses Tastaturprinzip besteht aus unzähligen Bauteilen und ist deshalb eher eine kostspieligere dafür aber auch stabilere Variante. Durch die Feder am Tastenkopf erhält man ein gutes Gefühl für den Druckpunkt der einzelnen Tasten. 1.2.4 Die Folientastatur Die Folientastatur besteht aus einer leitfähigen Kunststoffolie und einer Kontaktmatte. Auf der Folie befinden sich auch die aufgedruckten Buchstaben und Ziffern. Durch Druck auf die Folie werden die Kontakte auf der Matte und der Folie verbunden und die entsprechend aufgedruckte Funktion ausgeführt. Ein Luftpolster zwischen Folie und Matte verhindert das Kurzschliessen der Kontakte in Ruhestellung. Die Rückstellung der Taste wird durch die Elastizität der Folie gewährleistet. Weder Staub noch Flüssigkeit oder sonstige äussere Einflüsse können die Funktionstüchtigkeit dieser Tastatur beeinträchtigen, daher wird sie oft in industrieller Umgebung eingesetzt. Ein Nachteil ist aber sicher der hohe Druckpunkt und das schlechte Tastgefühl. 1.2.5 Tastaturprozessor Das Herz jeder Tastatur ist der Mikroprozessor. Dieser überwacht in periodischen Zeitintervallen die sogenannte Scan-Matrix und ermittelt dadurch den Zustand der einzelnen Tasten (offen oder geschlossen). Die X-Leitungen werden aktiviert um zu ermitteln von welchem Y-Anschluss ein Signal kommt. Durch X- und Y-Koordinaten ist der Standort der Taste eindeutig identifizierbar. Eine betätigte Taste hat einen Stromanstieg oder Stromabfall zur Folge. Dies führt zur Definition der Stellung der Taste. Durch die hohe Abtastrate (ca. 100 Impulse/s) der Matrix, fallen beim Prozessor mehrere Signale der gleichen Taste an. Um die Taste eindeutig zu lokalisieren werden deshalb nur Abtastungen verwertet, bei denen zwei oder mehr Signale von der gleichen Taste empfangen wurden. 3 1.2.6 Scan-Code Ein Code, der die Tasten einer Tastatur eindeutig kennzeichnet. Er wird als Make-Code beim Drücken einer Taste an die Tastaturschnittstelle oder den Tastaturcontroller auf dem Motherboard übergeben. Wird die Taste losgelassen, so übergibt die Taste denselben Scancode mit gesetztem Bit 7 als sogenannten Break-Code. Abb. 2 - Make / Brake Übertragung 1.2.7 Automatische Zeichenwiederholfunktion Wenn innerhalb von 0,5 s nach Empfang des Make-Codes kein Break-Code gesendet wird, wiederholt der Prozessor den Vorgang bis zum Loslassen der Taste. 1.2.8 ASCII-Code Der American Standard Code for Information Interchange ist ein Codierungsschema, das Buchstaben, Zahlen, Satzzeichen und anderen Zeichen numerische Werte eindeutig zuweist und damit den Datenaustausch zwischen Computern ermöglicht. ASCII umfasst 256 Codes, die sich auf zwei Sätze den Standard-Zeichensatz und den erweiterten Zeichensatz - von jeweils 128 Zeichen aufteilen und alle möglichen Kombinationen aus 7 bzw. 8 Bit (1 Byte) repräsentieren. Der Standard-Zeichensatz verwendet 7 Bit für jeden Code und liefert damit die 128 Zeichencodes von 0 bis 127 (hexadezimal von 00H bis 7FH). Das achte Bit wird als Prüfbit hinzugefügt. Die ersten 32 Codes werden zur Steuerung der Datenübertragung zwischen zwei Computern bzw. zwischen einem Computer und einem Drucker verwendet. Bei diesen Codes handelt es sich um die sogenannten nicht druckbaren Zeichen wie Rückschritt, Zeilenvorschub und Tabulator. Die restlichen 96 Codes sind den allgemein üblichen Satzzeichen, den Ziffern 0 bis 9, den Gross- bzw. Kleinbuchstaben des lateinischen Alphabets, zugeordnet. 4 1.2.9 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 1.3 Die Funktionsweise der Tastatur Betätigen einer Taste Speichern des Codes Daten im Tastaturpuffer CPU Treiber Code gelesen Zeichen Programm Tasten-Code wird zum Tastaturprozessor gesendet im Tastaturpuffer (Puffer voll Piepton) CPU erhält einen IRQ überprüft Treiberprogramm im BIOS oder RAM überprüft Tastaturcode anhand einer Tabelle (Country abhängig) Tastaturpuffer wird gelöscht Ablage im RAM Greift auf Ablage zu und liest das Zeichen ein Standards und Kenngrössen Es gibt hauptsächlich vier verschiedene Tastaturtypen: PC/XT Tastatur von IBM AT Tastatur von IBM MF-II Tastatur (erweiterte Tastatur) von IBM Windows-Tastatur 83 84 102 104 Tasten Tasten Tasten Tasten Im deutschsprachigen Raum wird vorzugsweise das Tastenfeld QWERTZ verwendet. Sein Name ergibt sich aus der Anordnung der ersten sechs Zeichentasten in der oberen alphabetischen Reihe von links (Buchstaben QWERTZ). Bei englischen und amerikanischen Tastaturen sind u.a. die Tasten Y und Z vertauscht und die Umlaute nicht vorhanden. Einige Sonderzeichen haben andere Tastenpositionen. Diese bezeichnet man als QWERTY Tastatur. 1.3.1 Normen der Tastatur DIN 2136 DIN 2137 DIN 2139 DIN 9758 Büro- und Datentechnik Büro- und Datentechnik Alphanumerische Tasten Büro- und Datentechnik Tastatur-Tastenpositionsbezeichnung Alphanumerische Tasten, Winkeltastatur Tastenanordnung für Dateneingabe Numerische Tastatur 5 1.4 Installation und Konfiguration Die heutigen Tastaturen verfügen über programmierbare Parameter für Wiederholraten und Verzögerungszeit. Bei den meisten Betriebssystemen gibt es Funktionen, mit denen diese Parameter nach den eigenen Bedürfnissen eingestellt werden können. Bei Windows geschieht dies über die Systemsteuerung in der Registerkarte Geschwindigkeit. Mit dem Schieber Verzögerung kann die Zeit eingestellt werden, die eine Taste gedrückt bleiben muss, bevor das Zeichen wiederholt wird. Mit dem Schieberegler Wiederholrate wird festgelegt, wie schnell das Zeichen nach der Verzögerung wiederholt wird. 1.5 Fehler, Störungen, Reparatur Beim Starten (POST) geschieht bereits der erste Kontakt zwischen CPU und Tastatur. Dies ist erkennbar durch das kurze Aufleuchten der LEDs auf der Tastatur. Falls der POST meldet, dass keine Tastatur angeschlossen ist, wird es nicht möglich sein den PC zu starten. Mögliche Fehlermeldungen können aus der nachfolgenden Tabelle entnommen werden. Fehlercode Ursache 3xx Tastaturfehler 301 Reset-Fehler der Tastatur oder festklemmende Taste (xx 301, XX=Scancode in HEXZahlen) 302 Tastatursperre (Schloss) ist aktiv 302 Benutzergemeldeter Fehler bei der Überprüfung der Tastatur 303 Tastatur- bzw. Hauptplatinenfehler; Ausfall des Tastaturcontrollers 304 Tastatur- bzw. Hauptplatinenfehler; zu hohe Tastaturtaktfrequenz 305 Fehler der 5V-Tastaturleitung; Sicherung der PS/2-Tastatur (auf der Hauptplatine) durchgebrannt 341 Tastaturfehler 342 Fehler im Tastaturkabel 343 Ausfall der Platine für die LED-Anzeige in der Tastatur oder Fehler im Tastaturkabel 365 Ausfall der Platine für die LED-Anzeige in der Tastatur oder Fehler im Tastaturkabel 366 Fehler im Schnittstellenkabel der Tastatur 367 Ausfall der Platine für die LED-Anzeige in der Tastatur oder Fehler im Tastaturkabel Erscheinen mehrere gleiche Zeichen hintereinander auf dem Bildschirm ist eine Taste mechanisch blockiert. Wenn durch einmaliges drücken der Taste zwei Zeichen gleichzeitig erscheinen, liegt ein Hardwarefehler vor. Werden Zeichen gedruckt, deren Tasten nicht betätigt wurden, existierte ein Treiberproblem oder die Ländereinstellungen sind falsch. Bei defekten Kontakten oder Platinen lohnt sich die Reparatur bei den heutigen Marktpreisen nicht mehr. 6 1.6 Wartung und Pflege Durch verunreinigte Hände wird eine Tastatur sehr schnell unappetitlich aussehen. Deshalb sollten die Tastenköpfe in einem angemessenen Turnus gereinigt werden. Im Fachhandel sind viele spezielle und teure Reinigungsmittel erhältlich. Günstiger ist jedoch die Variante Waschmaschine. Entfernen Sie die Tastenköpfe. Anschliessend können Sie diese in einem Stoffsack oder in einem Socken in die Waschmaschine legen. Achtung, nicht mehr als 30º waschen! 1.7 Ergonomie Neben der Maus und dem Bildschirm, ist die Tastatur der PC-Bestandteil, der am intensivsten benutzt wird. Deshalb sollten einige wenige ergonomische Aspekte beachtet werden. Bei ungeeigneter Benützung kann es zu Sehnenscheidenentzündungen kommen! Worauf man achten sollte: Neigung: Die Tastaturfeldneigung sollte möglichst gering sein. Empfehlenswert ist ein Winkel von 5-11 Grad. Die mittlere Tastaturreihe liegt nicht mehr als 3 cm über der Tischfläche. Standfestigkeit: Die Tastatur muss rutschfest auf dem Tisch liegen Handauflage: zwischen 5-10 cm Tastengestaltung: Grösse 12-15 mm, Abstand der Tasten mind. 17-19 mm Tastenoberfläche: Tastenweg 2-4 mm, Tastenlayout konkav Druckpunkt/Anschlag: Der Druckpunkt muss bei 50-80 gr deutlich wahrnehmbar sein Oberfläche: halb- bis seidenmatt und eine helle Farbe (Reflexionsgrad 20-50%) Haltung: Wenn die Finger nebeneinander auf der Tastatur liegen, werden die Handgelenke unnatürlich nach aussen abgewinkelt, wodurch ergonomisches Arbeiten nicht möglich ist. Auflagefläche: 5-10 cm vor dem Keyboard fix befestigt: die Tastatur muss geteilt sein und die beiden Hälften in einem Winkel so schräg stehen, dass Hand und Unterarm eine gerade Linie bilden. Handstützen: Eine Ablage für den Handballen oder für das Handgelenk ist empfehlenswert 1.8 1.8.1 Zukünftige Entwicklung Spracherkennung Die Spracherkennung am PC hat mittlerweile erstaunliche Fortschritte erzielt. Die grössten Fortschritte sind bei der Steuerung und Kontrolle von Systemen mittels Sprache gelungen, geringere dagegen beim Diktieren. Spracherkennung stellt eine Alternative zur Tastatur dar. Sie bietet vor allem Kranken und Behinderten grosse Vorteile. Als eingebaute Sprachsteuerung wird die Spracherkennung in Zukunft in vielen elektronischen Geräten Einzug halten. So wird man in Zukunft beispielsweise per Wortkommando den Kanal am Fernseher wechseln oder den Mixer per Wortkommando ein- und ausschalten können. 7 2 Die Maus 2.1 Geschichte Die Maus wurde 1963 in einem Labor in Kalifornien von Douglas Engelbart erfunden. Damals war die Maus ein faustgrosser Holzkasten mit zwei im rechten Winkel angeordneten Stahlrädern. Erst 1974 wurde die erste Maus mit Kugel, die diagonale Bewegungen ermöglichte, beim US-Patentamt eingeschrieben. Seit sich die Maus 1984 mit dem Erscheinen des ersten erfolgreichen Betriebssystems mit grafischer Benutzeroberfläche von Apple als Eingabegerät durchsetzte, wurden weltweit rund 400 Millionen Computer-Mäuse gefertigt. 2.2 Allgemein Mit der Maus lässt sich die Steuerung eines Programmes wesentlich vereinfachen, während dem die Tastatur meist nur noch der Dateneingabe dient. Die Maus ist auf der Unterseite mit einer Rollkugel oder einem optischen Sensor ausgerüstet, die jede Bewegung als Signal über ein Kabel an den PC weiterleitet. Sie simuliert alle Handbewegungen des Benutzer, um auf Befehle oder Objekte zu zeigen. Dies wird auf dem Bildschirm durch einen meist pfeilförmigen Zeiger umgesetzt. Während bei der Tastatur 102 oder mehr Tasten zur Verfügung stehen, sind bei der Maus meistens 3 Tasten vorhanden. Eine entscheidende Rolle spielt daher die Position des Mauszeigers auf dem Bildschirm. Das bedeutet, dass Informationen wie das Drücken der linken Maustaste immer vor dem Hintergrund der Position des Mauszeigers interpretiert wird. 2.3 Funktionsweise und Aufbau 2.3.1 Der Aufbau einer Maus Mäuse lassen sich in Form und Grösse, jedoch kaum in der Funktion unterscheiden. Eine typische Maus besteht aus folgenden Teilen: einem Gehäuse einem Kabel einem Schnittstellenstecker einer Gummi-Rollkugel oder optischen Sensoren 8 Die Bewegung der Maus wird von einer Stahlkugel mit Gummibeschichtung erfasst. Die Kugel überträgt die Bewegung auf je eine Rolle für die X- und Y-Achse. Die Anzahl der Umdrehungen, die dem Betrag der Bewegung in die jeweilige Richtung entsprechen, werden erfasst und einem kleinen Prozessor zum Auswerten übergeben. Der Prozessor wertet die Bewegungssignale und die Tastenzustände aus und sendet diese als Bitstrom über das Kabel an die Mausschnittstelle am PC. Abb. 3 – Aufbau einer Maus Bei der optomechanischen Maus sind die Rollen mit einer Lochscheibe verbunden. Das Licht der LEDs passiert, je nach Position der Scheiben, entweder die Löcher und wird von einem Sensor erkannt, oder es wird von den Scheiben reflektiert. Die von den Sensoren festgestellten Lichtwechsel lassen sich als Bewegungsimpulse weiterverarbeiten. An jeder Lochscheibe befinden sich jeweils zwei LEDs und Sensoren, die leicht gegen einander versetzt angebracht sind, so dass sich die Bewegungsrichtung aus der Reihenfolge ergibt, in der die zusammengehörigen Sensoren den Lichtkontakt melden. Die Lochscheibe ist hier in vier verschiedenen Positionen A bis E gezeigt. Für eine Rotation im Uhrzeigersinn ergibt sich die Folge A-B-C-D-E. Für eine Rotation im Gegenuhrzeigersinn E-D-C-B-A. Mit der Hilfe einer zweiten LED kann der Sensor in der Maus berechnen, ob nun die Lochscheibe im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Eine LED wird also für die Festlegung der Richtung, die andere für die Berechnung des zurückgelegten Weges benötigt. LED 1 LED 2 Tabelle 1 Rotation Uhrzeigersinn Rotation Gegenuhrzeigersinn LED 1 Abb. 4 - Lochscheibe mit LEDs 2.3.2 Die Funktionsweise einer Maus Die mechanische Maus ist ein relatives Zeigegerät. Solche Geräte können an einem beliebigen Ort mit wechselnder Unterlage verwendet werden und verändern die Position des Cursors entsprechend der Handbewegung des Benutzers. Es gibt keine definierten Grenzen für die Bewegung der Maus und die Lage auf dem Schreibtisch wird nicht unmittelbar auf dem Bildschirm abgebildet. Bei einem absoluten Zeigegerät wie z.B. einem Graphik-Tablett, richtet sich der Bildschirmpfeil genau nach der Position des Stiftes. Wird dieser in die linke obere Ecke des Tabletts geschoben, rückt auch der Pfeil an die entsprechende Position auf dem Bildschirm. Die Maus hingegen, weiss nicht, an welcher Stelle des Mauspads sie sich befindet. Sie meldet nur die zurückgelegte Distanz welche in Mickeys gemessen wird. Bei den ersten Mäusen war ein Mickey ungefähr 1/200 Zoll (0.0127cm) gross. Heute benutzt man Auflösungen von bis zu 1/800 Zoll (0.0032cm). Je höher die Auflösung, desto besser die Positionierungsgenauigkeit. Die Bewegung wird dadurch aber auch sehr empfindlich und der Pfeil ist kaum noch zu positionieren. Durch die dynamische Auflösung konnte diesem Problem Abhilfe geschaffen werden. Bewegt man die Maus langsam über den Desktop, erhöht sich die Auflösung, wird sie aber schneller über den ganzen Bildschirm bewegt, verringert sich die Auflösung. Wie die Mausbewegung in die Bewegung des Zeigers übersetzt wird, ist eine Frage des Maustreibers. Es lässt sich einstellen ob die Übersetzung linear, oder in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Mausbewegung erfolgt. Stellt man die Maus linear ein, so bewegt sich der Zeiger proportional über den Bildschirm. Die Maus kann aber auch so eingestellt werden, dass bei einer raschen Bewegung der Zeiger einen längeren Weg zurücklegt, als wenn die gleich weite Bewegung langsam ausgeführt wird. 9 2.3.3 Die optische Maus Die optischen Zeigegeräte kommen ohne Mauskugel aus. Sie ermitteln die Bewegungen über einen meist rot leuchtenden optischen Sensor. Bei der optischen Maus gibt es keine beweglichen Teile mehr, die verschmutzen oder verschleissen können. Früher arbeiteten optische Mäuse nur zusammen mit speziellen RasterMauspads. Heutzutage arbeiten sie fast auf jeder beliebigen Oberfläche und sind verglichen mit den optomechanischen Mäusen viel unempfindlicher gegenüber ihrer Unterlage. Auf einem Glastisch funktioniert aber eine optische Maus wegen der fehlenden Struktur nicht. Rund 1500 Bilder werden pro Sekunde aufgezeichnet. Ein Signalprozessor berechnet aufgrund der Bildveränderung die Bewegungsrichtung. Der MouseMan Dual Optic von Logitech tastet die Oberfläche sogar mit zwei Sensoren ab. Eine noch schnellere, präzisere und sanftere Mausführung ist das Ergebnis. Da bei optischen Abtastsystemen der Stromverbrauch höher ist als bei mechanischen, schaltet der MausMan Dual Optic zwischen verschiedenen Betriebsmodi hin und her. Bei Inaktivität schaltet die Maus ab, kehrt aber sofort in den vollen Betriebsmodus zurück, sobald die Maus bewegt oder eine Taste gedrückt wird. Besonders wichtig ist diese Energie-Sparfunktion bei der Cordless Maus, die über Funk funktioniert. Ein Vorteil ist, dass kein Kabelgewirr entsteht, der grosse Nachteil jedoch sicher der Batteriebetrieb. 2.4 Standards und Kenngrössen Für eine ergonomische Maus existieren noch keine genormten Gestaltungsanforderungen. Die Grösse und Form der Maus sollte aber möglichst der Anatomie der Hand entsprechen. Die Maus hat in den letzten Jahren eine enorme Weiterentwicklung durchlaufen. 2-Tasten-Mäuse werden immer weniger gekauft und wurden von kabellosen Funk- und Infrarotmäusen, Fünf-Tastenmäusen, Wheelmäusen, optischen Mäusen ohne Mechanik und sogar Force-Feedback Mäusen verdrängt. 1996 stellte Microsoft eine neue Variante, die IntelliMouse, vor. Diese Maus sieht genauso aus wie die herkömmlichen Mäuse, mit der einzigen Ausnahme, dass sich zwischen den beiden Tasten ein kleines graues Scrollrad befindet. Gerade im Zeitalter des Internets sind die Wheelmäuse besonders beliebt. Durch das Scrollrad kann die Bildlaufleiste gesteuert werden und mit der zusätzlich darin integrierten dritten Taste kann z.B. der Doppelklick ersetzt werden. 10 2.4.1 Schnittstellen der Maus Die Schnittstellen der auf dem Markt verfügbaren Mäuse kann man in zwei Gruppen einteilen: PS/2 Mausschnittstelle USB 2.4.1.1 PS/2 - Port Diese Schnittstelle wurde von IBM zum ersten Mal 1987 bei den PS/2-Systemen in die Hauptplatine integriert, weshalb diese Schnittstelle auch als PS/2-Mausschnittstelle bezeichnet wird. Momentan dürfte dies noch die verbreitetste Anschlussmethode der Maus sein. Die Schnittstelle entspricht genau der Mini-DIN Buchse der Tastatur. Die Mausschnittstelle auf der Hauptplatine belegt normalerweise den Interrupt IRQ12 und die Adresse 60h bis 64h. Die PS/2 Maus wird nur während dem Starten des PCs initialisiert und ist daher nicht hot-pluggable. Sobald eine PS/2 Maus am Computer angeschlossen oder abgehängt wird, muss der PC neu gestartet werden, da es sonst zum Defekt des Systemboards kommen kann. Pin Signal 1 Data 2 Reserved 3 Ground 4 + 5 V dc 5 Clock 6 Reserved Abb. 5 – 6-pin Mini-DIN 2.4.1.2 USB Schnittstelle USB Mäuse finden immer vermehrt Verbreitung. Die Geschwindigkeit der Datenübertragung ist beim USB wesentlich höher. So ist die Abfragefrequenz mit 125 Hz mehr als dreimal schneller als die eines PS/2-Ports. Davon profitieren vor allem Gamer, da sich der Mauszeiger flüssiger über den Bildschirm bewegt. Der grosse Vorteil des USB ist aber sicher auch, dass er "hot-plugging" unterstützt. Die Maus kann also während dem Betrieb beliebig oft ein- und ausgesteckt werden. Zudem erkennt der USB automatisch die Hardware und startet direkt den Installationsvorgang. 2.5 Typenübersicht und Einsatzgebiet Da die Maus und grafische Betriebssysteme gemeinsam entwickelt wurden, ist sie heute das beste Positoniergerät für grafische Benutzungsoberflächen. Die Steuerung von Anwendungen mit Hilfe der Maus ist schon nach kurzer Eingewöhnung recht einfach zu handhaben. Mäuse benötigen eine ausreichend grosse, freie Lauffläche, die sauber und im Fall mechanischer Mäuse, nicht zu glatt ist. Sie können daher bei engen Platzverhältnissen oder bei mobilen Geräten nicht benutzt werden. 11 2.5.1 Der Trackball Wie die Maus ist der Trackball ein zweidimensionales Positioniergerät. Eigentlich entspricht der Trackball einer auf den Rücken gedrehten mechanischen Maus. Die Bewegung der Kugel wird wie bei der mechanischen Maus ausgewertet. Es gibt aber auch Trackballs, bei denen die Bewegung der Kugel optisch abgetastet wird. Die Grösse der Kugel variiert sehr stark. Es gibt Trackballs, die für die Bedienung mit der flachen Hand ausgelegt sind. Die Bewegung erfolgt aus dem Handgelenk. Kleinere Kugeln werde mit dem Zeigefinger oder Daumen bedient. Der Trackball wird nicht mehr oft in Notebooktastaturen integriert, dafür verbreitet sich das Touchpad immer mehr. Der Trackball hat gegenüber der Maus den Vorteil, weniger Platz zu benötigen. Grosse Trackballs gibt es in sehr stabilen Ausführungen, die gegen Witterungseinflüsse und Vandalismus geschützt sind. Sie lassen sich daher sehr gut in Auskunftssystemen einsetzen, bei denen es auf Robustheit ankommt. Dort sind in der Regel keine komplizierten Interaktionen wie Ziehen erforderlich, so dass ein Nachteil des Trackballs nicht ins Gewicht fällt. 2.5.2 Das Touchpad Das Touchpad wertet die Bewegung eines Fingers auf einer berührungssensitiven Fläche aus. In der Regel erfolgt die Auswertung relativ. Es ist aber auch eine absolute Auswertung der Berührung möglich, was aber bei der meist geringen Grösse der Touchpads nicht sehr sinnvoll ist. Touchpads sind als einzelne Geräte erhältlich, finden sich aber häufiger integriert in die Tastatur eines Notebooks oder einer normalen PC Tastatur. Viele Touchpads arbeiten kapazitiv. Dabei ist auf der berührungssensitiven Fläche eine elektrische Ladung aufgebracht, die durch den Finger wegen der Leitfähigkeit der Haut abgeleitet wird. Aus der Änderung der Ladung kann dann der Ort der Berührung bestimmt werden. Solche Touchpads funktionieren nur mit blossen Finger, jedoch nicht mit Handschuhen oder einem Stift. Bei extrem trockener Haut können auch Fehlfunktionen auftreten. Resistiv arbeitende Touchpads können mit beliebigen Gegenständen berührt werden. Sie enthalten eine Matrix aus Widerstandsdrähten, bei der die senkrechten und waagerechten Drähte durch elastische Noppen auseinander gehalten werden. Bei der Berührung werden die Noppen zusammengedrückt, so dass zwischen den senkrechten und den waagerechten Drähten ein Kontakt hergestellt wird, aus denen sich der Ort der Berührung ableiten lässt. Dieses Verfahren wird auch bei den PDAs eingesetzt. Das Touchpad wird meist als Mausersatz bei beschränkten Platzverhältnissen und in mobilen Geräten benutzt. Es ist also mit dem Trackball vergleichbar. Es ist relativ robust, allerdings gegen mutwillige Beschädigungen empfindlicher als die Maus. 12 2.5.3 Der Trackpoint Der Trackpoint ist typischerweise in der Tastatur zwischen den Tasten G, H und B eingebettet. Er wird mit dem Zeigefinger gedrückt und steuert so den Mauszeiger. Der Trackpoint bewegt sich mit dem Fingerdruck kaum. Vier piezoelektrische Sensoren nehmen jedoch die Bewegung des Fingers auf. Die Sensoren bestehen aus zwei elektrischen Kontakten, die durch einen Film getrennt werden, so dass der Strom nur sehr spärlich fliesst. Werden nun die Plättchen durch den Fingerdruck aneinander gepresst, entsteht zwischen den Plättchen ein besserer Kontakt. Ein Microcontroller überwacht die elektrische Ladung aller Sensoren und benutzt die Information um den Fingerdruck auf den Trackpoint in eine Mauspfeilbewegung am Bildschirm umzusetzen. 2.6 Installation und Konfiguration Die Maus benötigt zu Ihrer Ansteuerung einen Maustreiber, der beim Starten des Rechners geladen wird. Betriebssysteme wie Windows benutzen einen eingebauten Standard-Maustreiber, so dass der Benutzer sich nicht darum kümmern muss. Meistens liegt der neu gekauften Maus ein vom Maushersteller programmierter Maustreiber bei. Über den Maustreiber kann der Benutzer verschiedene Optionen einstellen und die Maus genau auf seine Bedürfnisse anpassen. Damit wird lediglich eingestellt, wie das Betriebssystem Signale interpretiert, die es von der Hardware empfängt. Im Windows stellt die Systemsteuerung die Schnittstelle für diese Steuerungsparamter dar. In den Maus Eigenschaften kann der Benutzer die installierte Maus auswählen und die Funktion der Maustasten festlegen. Auch kann über den Maustreiber eingestellt werden, wieweit sich der Pfeil in Abhängigkeit von der Mausbewegung auf dem Bildschirm bewegen soll. Häufig lässt sich auch noch eine zweite Mausgeschwindigkeit, die abhängig von der Geschwindigkeit der Mausbewegung ist, einstellen. So kann man bei langsamen Mausbewegungen den Pfeil sehr genau positionieren und bei schnellen Bewegungen weite Strecken zurücklegen, ohne dabei die Maus übermässig weit bewegen zu müssen. Bei einer Standardmaus ohne Zusatzfunktionen kann nur die Geschwindigkeit des Doppelklicks eingestellt werden. Mit dieser Einstellung wird der Zeitabschnitt zwischen zwei Klicks der primären Taste definiert, so dass zwischen zwei einzelnen und einem Doppelklick unterschieden werden kann. Bei Anwendungen wie dem Windows-Explorer kann diese Unterscheidung wichtig sein, da je nach Pausendauer zwischen dem Doppelklick entweder eine Datei aufgerufen oder eine Datei umbenannt wird. 2.7 Fehler, Störungen, Reparatur Es gibt zwei Fehlerursachen für Probleme mit der Maus: die Hardware oder die Software. Da Mäuse sehr einfach aufgebaute Geräte sind, nimmt die Überprüfung der Hardware nur wenig Zeit in Anspruch. 2.7.1 Hardware Bei der Arbeit mit einer Maus ist meistens eine verschmutzte Maus der Grund für die schlechte Funktion, wobei auch der Verschleiss verschiedener Teile, wegen der ständigen Bewegung, eine mögliche Fehlerquelle darstellen. Hauptsächlich aber liegt der Fehler bei einer verschmutzen Mauskugel, die Bewegungsstörungen verursacht. 13 2.7.2 Softwareprobleme Auch Softwarefehler sind immer seltener geworden, da alle modernen Mäuse von den StandardMaustreibern ohne Probleme erkannt werden. Sie sind aber meist komplizierter zu lösen als Hardwareprobleme. Sie zeigen sich üblicherweise dadurch, dass die Maus generell nicht funktioniert. In einem solchen Fall muss man den Treiber und die Anwendung überprüfen, bevor man davon ausgehen kann, dass die Maus defekt ist. 2.8 Wartung und Pflege Mäuse benötigen nicht viel Pflege und Wartung. Wenn sich der Mauszeiger jedoch ruckartig über den Bildschirm bewegt, ist es Zeit, die Maus zu reinigen. Die ruckartigen Bewegungen entstehen, wenn sich Schmutz und Staub ansammeln und die freie Beweglichkeit der Gummikugel und der Abgreifzylinder behindern. 1. Maus auf den Rücken legen und Abdeckung der Kugel lösen. Die Drehrichtung erkennt man an einem kleinen Pfeil. Normalerweise läuft sie zum Öffnen gegen den Uhrzeigersinn. Drehen Sie die Maus um und lassen Sie die Kugel mit der Abdeckung in Ihre Hand fallen. 2. Die Kugel können Sie mit Leitungswasser abwaschen und mit einem weichen Tuch trocknen. 3. Entfernen Sie sämtlichen Staub im Innern des Kugelfachs. Die an den Rollen klebenden Verschmutzungen können Sie vorsichtig abkratzen. Entfernen Sie die Fussel, die sich beim Einsatz von Mousepads aus Stoff oft um die Rollen legen. Das Gehäuse der Maus kann man mit einem milden Reinigungsmittel säubern. 4. Schütteln Sie nach der Reinigung die Maus, um die letzten Reste zu entfernen. 5. Legen Sie die Kugel wieder in das Fach und schliessen Sie die Abdeckung. 2.9 Ergonomie Übersicht: Die ergonomisch gestaltete Maus entspricht der Anatomie der Hand. Eine falsche Maus ermüdet, verspannt und kann Beschwerden verursachen. Das Eingabegerät sollte neben der Tastatur möglichst körpernah liegen. Mit der Maus nur sparsam klicken, das belastet Sehnen und Muskeln weniger. 2.9.1 Gestaltungshinweise Die Arbeitsfläche der Maus muss in einer Höhe liegen, dass der Unterarm bei der Benutzung der Maus möglichst waagerecht ausgerichtet ist. Eine Auflagefläche für die Hand resp. den Unterarm muss vorhanden sein um unnötige Haltearbeit zu vermeiden. Die Anordnung der Maus neben der Tastatur sollte möglichst körpernah sein, um angespannte Haltungen und Belastungen im Arm- und Schulterbereich zu vermeiden. Der Unterarm liegt am besten ganz auf dem Arbeitstisch. Das Kabel zwischen Maus und Rechner muss ausreichend lang sein um die Bewegung nicht einzuschränken. Von Vorteil ist hier natürlich eine kabellose Übertragung. Die Bauart von Mäusen unterscheiden sich sehr stark. So werden Konstruktionen angeboten, die entweder symmetrisch, oder speziell nur für Links- oder nur Rechtshänder konzipiert sind. Zudem gibt es ergonomische Mausformen für die aber noch keine genormten Gestaltungsanforderungen existieren. Beim Kauf sollte darauf geachtet werden, dass die Grösse und Form der Anatomie der Hand entspricht und der Teil der Maus, der dem Handballen zugewandt ist, rund geformt ist. Die Mausoberseite ist meist in der Mitte gewölbt und die vordere Maushälfte niedriger als die hintere. Vorne wird sie breiter, so dass sich die Finger spreizen können. Die Hand- und Fingerhaltung sollte entspannt sein. 14 2.9.2 Verhaltenshinweise Die Klickbewegung mit der Maus belastet Sehnen und Muskeln im Hand- und Arm-Bereich. Besonders der Doppelklick sollte weitgehend vermieden werden. Viele Maustreiber bieten eine Klicksparfunktion für die rechte Maustaste, um statt doppelt nur einfach klicken zu müssen. Bei einigen Modellen mit mehr als 4 Tasten, besteht die Möglichkeit, diese Funktion mit dem Daumen durch einen einfachen Klick auszulösen. Der Doppelklick stellt zudem eine Fehlerquelle dar, da man häufig zu schnell oder zu langsam klickt und den Vorgang wiederholen muss. Statt mit der Maus sollte man vermehrt mit Tastenkürzel arbeiten und so die Sehnen und Muskeln entlasten. 2.10 Zukünftige Entwicklung 2.10.1 IBM Emotion Maus Bereits schon heute gibt es Testgeräte, die in der Lage sind zu erkennen, ob ihr Anwender nervös oder entspannt ist. Die Emotion Maus von IBM unterscheidet sich nur durch zwei Zusätze von einer handelsüblichen Maus. Ihr Boden ist von einer hauchdünnen Kupferschicht überzogen und an der dem Computer zugewandten Seite erkennt man einen winzigen Infrarotport. Die Funktionsweise der Maus entspricht in etwa der Technologie eines Lügendetektors. Die Hauttemperatur des Bedieners wird analysiert und selbst das leiseste Zittern der Anwender-Hand ermittelt. Zudem notiert der Rechner mit Hilfe der Maus Atem- und Pulstätigkeit. Ein spezieller Maustreiber analysiert die Emotionsdaten und wertet sie aus. Diese Technologie könnte z.B. im Autolenkrad zum Einsatz kommen. Sie würde blitzschnell erkennen, wenn einem Fahrer schlecht wird. Andere Einsatzgebiete könnten computerbasierte Anti-Stress Programme sein oder Videospiele, deren Schwierigkeitsgrad automatisch gesteigert werden, wenn die Sensoren im Joystick bemerken, dass sich der Spieler langweilt. Die Einsatzmöglichkeiten sind grenzenlos. 3 Der Joystick 3.1 Allgemein Der Joystick ist ein Zeigeinstrument, das sich vom Benutzer in vier Richtungen bewegen lässt. Er ist als Eingabemedium vor allem bei Spielfans sehr beliebt. Doch mit dem Joystick kann man nicht nur erfolgreich gegen Monster kämpfen, er eignet sich auch hervorragend zur feinfühligen und genauen Steuerung von Prozessen und Abläufen. Vor allem, wenn bei einer Bewegung in der Horizontalen keine Abweichung in der Vertikalen – oder umgekehrt – erfolgen soll, eignet sich ein Joystick wesentlich besser als die Maus. 15 3.2 Funktionsweise und Aufbau eines Joysticks Normalerweise besteht ein Joystick aus vier Schaltern, die jeweils zu 90 Grad versetzt um einen Steuerknüppel angeordnet sind. Wird nun der Steuerknüppel bewegt, wird der Schalter, der entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Knüppels liegt, betätigt. Mit dieser Methode ist es jedoch nur möglich die Bewegungsrichtung festzustellen, die Bewegungsintensität kann nicht erfasst werden. Daher wurde hier auf die Analogtechnik zurückgegriffen. In einem analog Joystick sind zwei Potentiometer, die um 90 Grad versetzt sind, angeordnet. Der Widerstandswert ändert sich durch die Bewegung des Steuerknüppels stetig. Wenn der Joystick in eine Richtung bewegt wird, erhöht sich der Widerstand und der Kondensator benötigt länger um sich auf- und zu entladen. Wird der Joystick auf die andere Seite bewegt, verringert sich der Widerstand, mehr Strom fliesst zum Kondensator und er kann sich schneller auf- und entladen. Die Gamekarte misst die Zeitdauer, die der Kondensator zum Laden und Entladen benötigt und kann so die Position des Joysticks auf der X- und YAchse errechnen. Heutige Joysticks besitzen zusätzliche Schalter im Griff für Daumen und Zeigefinger. Sie sind meist frei programmierbar und können in Computerspielen für verschiedene Funktionen benutzt werden. Abb. 6 –Querschnitt eines Joysticks (oben), Potentiometer (unten) 3.3 Einsatzgebiet Steuerknüppel sind als Positioniergeräte in Standardanwendungen der Maus in Geschwindigkeit oder Genauigkeit unterlegen. Joysticks werden häufig in Spielen und in Simulationsanwendungen eingesetzt. Dies ist dann sinnvoll, wenn auch in der realen Anwendung, zum Beispiel in der Steuerung eines Flugzeuges, Steuerknüppel benutzt werden. Bei Spielen kommt es oft nicht auf die Genauigkeit der Positionierung, sondern auf die Schnelligkeit an. Gerade für schnelle Richtungswechsel ist der Joystick gut geeignet. 3.4 Installation und Konfiguration Immer mehr werden auch Joysticks an den USB Port angeschlossen. Vereinzelt können aber auch noch Joysticks gekauft werden, die für den Gameport des Computers bestimmt sind. Der Gameport sitzt entweder auf einer eigenen Steckkarte oder er befindet sich auf einer Soundkarte. Beim Gameport handelt es sich um eine genormte 15-polige Buchse. Die Installation eines Joysticks am USB Port verläuft meistens reibungslos und kann im laufenden Betrieb vorgenommen werden. 3.5 Zukünftige Entwicklung Der nächste Sprung der Technik im Spielbereich, ist der Sprung in die virtuelle Realität. Der Spieler wird noch mehr ins Spiel integriert und kann so die Umwelt dreidimensional sehen und auch fühlen. Mit der Hilfe eines Datenhandschuhs ist der Spieler in der Lage, Dinge zu greifen und zu bewegen. Wenn der Spieler auch noch einen Virtual Reality Helm hat, kann er alles auch in 3D sehen. 16 4 Glossar ASCII-Code American Standard Code for Information Interchange. 7 Bit Code zur Darstellung von Ziffern, Buchstaben und Sonderzeichen. BIOS Basic Input Output System. Das BIOS enthält die wichtigsten Programme zur Steuerung der Hardware sowie zum Laden des Betriebssystems. Brake-Code Wird beim Loslassen einer Taste erzeugt. DIN Deutsches Institut für Normung (z.B. DIN A4). Im Computerbereich hat das DIN ErgonomieStandards für Arbeitsplätze geschaffen. Ergonomie Wissenschaft, die sich mit der optimalen Anpassung von Arbeitsmitteln an die menschlichen Bedürfnissen beschäftigt (Arbeitswissenschaft). induktiv Der Strom ist der Spannung nacheilend. Wird an einem induktiven Element (Spule) eine Stromquelle angelegt, wird ein magnetischer Fluss erzeugt. Eine Änderung des magnetischen Fluss erzeugt eine Spannung welche dem Strom entgegen wirkt. Interrupt / IRQ Interrupts werden verwendet, um die aktuelle Arbeit des Prozessors zu unterbrechen und so die Aufmerksamkeit der CPU zu erhalten. Interrupts können durch Software oder Hardware ausgelöst werden. kapazitiv Der Strom ist der Spannung voreilend. Ein kapazitives Element (Kondensator) kann Ladung speichern. LED Leuchtdiode, die bei Stromfluss leuchtet. LEDs werden u.a. bei der Statusanzeige von Geräten verwendet. Leuchtdioden zeichnen sich besonders durch ihren geringen Preis und die hohe Lebensdauer aus. Make-Code Wird beim Drücken einer Taste erzeugt. Mickeys Kleinste Masseinheit einer Mausbewegung. Motherboard Mutterplatine PDA Personal Digital Assistant – Bezeichnet einen Computer im Taschenformat. piezoelektrische Sensoren Sensor zur Druckmessung, bei dem der Piezowiderstandseffekt ausgenutzt wird, d.h. unter Einwirkung einer mechanischen Spannung ändert sich der elektrische Widerstand des Materials. POST Power-on-Selftest beim Bootvorgang des Computers. Potentiometer Ein verstellbarer Widerstand. QWERTY Die ersten sechs Buchstaben auf einer Tastatur mit amerikanischem Layout. QWERTZ Die ersten sechs Buchstaben auf einer Tastatur mit deutschem Layout. resistiv Widerstandsänderung Scan-Code Code, der die Taste einer Tastatur eindeutig identifiziert. Der Scan-Code wird vom Tastatur Prozessor erzeugt. Scan-Matrix Raster, dank dem genau festgestellt werden kann welche Taste gedrückt worden ist. USB Universal Serial Bus – Bussystem zum Anschluss externer Geräte. 17 5 Literaturverzeichnis Bücher Internet-Links Michael Thieser PC- Schnittstellen 1996 Franzis-Verlag ISBN 3-7723-8092-1 http://www.4qdtec.com/meece.html Prof. Dr. Andreas M. Heinecke FH Gelsenkirchen – FB Informatik Interaktive Systeme Skript zur Vorlesung MCK SS1999 / WS 1999 2. Teil Scott Mueller PC-Hardware Superbibel Markt&Technik Buch- und Software-Verlag GmbH ISBN 3-8272-5454-X http://www.ibm.de/ http://www.tages-anzeiger.ch/ http://www.home.t-online.de/ http://www.clickfish.com/ http://www.electronicbusiness.at/ http://panda.cs.ndsu.nodak.edu/ http://www.tu-chemnitz.de/ http://www.suva.ch http://www.computerlexikon.com http://www.logitech.ch http://www.cherry.com http://www.microsoft.com http://www.google.com http://www.hardwareecke.de