3D动画详解鼠标和键盘的工作原理

鼠标里面最重要的部件就是这个滚轮，这是一种磁性旋转位置编码器，内部使用的是磁铁，滚轮旁边是一块微芯片，微芯片上面有两块霍尔传感器，用于检测磁场强度和磁铁的旋转位置。那霍尔传感器是如何工作的呢？在每个传感器上都有一块非常小的半导体板，板上有电子流过，在洛伦兹力的作用下，正负电子会分布在半导体板的两端，如果我们改变磁场的方向，正负电子的方向也会跟着改变。现在我们在板子的两端加上两根导线，并测量板子顶部和底部之间的电压差。当磁场不断旋转变化时，电压方向也会不断变化，并以正弦波的形式呈现出来，然后利用这个来回波动的电压就能确定滚轮旋转的速度和走过的角距离。但是一个霍尔效应传感器无法确定滚轮旋转的方向，因此在微芯片上安装了两个相互垂直的霍尔效应传感器，分别标记为X和Y。由于鼠标滚轮每次旋转不同的角度，从0~359°，X和Y传感器上的电压都会是一个不同数值的组合。微芯片每1‰秒记录一次精确的角度位置，并与之前的位置进行比较，然后利用测量的角度差和时间差来确定鼠标的移动速度、角距离以及滚动方向，并将这些信息发送给计算机，计算机处理后，浏览器就能知道网页应该滚动多少了。说完鼠标，我们再来看一下键盘是如何工作的。键盘的组成看似简单，其实一点也不复杂。去掉按键和外壳后，剩下的就是键盘比较关键的部分，最上面的这个是薄膜橡胶板，接下来是三块塑料薄片，其中顶部和底部的塑料薄片上印有导线，顶部的导线组合有12根，顶部的导线组合有11根，这些导线全部与一块PCB电路板相连接。当我们按下一个按键时，按压会导致顶部和底部的塑料薄片上的导线接通。从而形成一个闭合电路，然后返回到电路板上的微芯片进行处理。有个问题，微芯片是如何知道我们按下的是哪个按键的呢？为了便于理解，我们将塑料薄片上的导线组织成一个网格，也就是一个键盘矩阵。底部薄片的导线作为列，顶部薄片的导线作为行。电路板上的微处理器会沿每列输出3伏的电压，同时主动监控每一行的输入。如果我们按下键盘的字母外，3伏电压沿着第4列输出并沿着第二行返回，这样处理器就能知道Y键被按下了。同样的道理，如果我们按下B键，3伏电压沿着第8列输出，并沿着第一行返回。但是如果你深入思考一下，就会发现这种键盘矩阵是有问题的，因为微芯片向每一列通路的都是3伏电压，如果我们按下一个按键，那么这一行的电压都会返回，这就导致微芯片无法确认你到底按下的是哪个按键。针对这个问题有两种解决方案。一种方案是使用。3伏电压沿着每列依次快速的扫描，通过将活动列与输入行上接收到的电压相关联，我们就可以确定列与行的确切交叉点，从而确定按下了哪个键。但是这种方式有个缺点，那就是需要连续扫描3伏电压，导致电量的浪费。这怎么办呢？我们看一下第二种方案，可以这样将每一列都通3伏电压，当键被按下时，发送一个脉冲周期，每次关闭一列，你确定按下了一行中的哪个键。比如我们按下G键，那么第三行会得到一个这样的输入信号。如果我们同时按下了L和A键，那么第6行就会得到一个这样的输入信号。这些信号数据会传送到微芯片，微芯片处理后最终就能将我们的输入显示在计算机屏幕上了。如果你对这种3D知识动画感兴趣，可以下载左下角的精选APP进行学习，里面都是优质的中长视频合集，感兴趣的可以下载一下。

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