Mikroprocesorowy przełącznik sygnału monitora, klawiatury i myszy

Mikroprocesorowy przełącznik sygnału monitora, klawiatury i myszy

Systemy mikroprocesorowe w automatyce – prowadzący: dr inż. M.. Wnuk
Politechnika Wrocławska
Instytut Cybernetyki Technicznej
Systemy mikroprocesorowe w automatyce
Projekt
Mikroprocesorowy przełącznik sygnału
monitora, klawiatury i myszy.
Prowadzący:
dr inż. Marek Wnuk
Wykonał:
Marek Firgolski
nr indeksu 81805
Wrocław, czerwiec 2001
Marek Firgolski
Przełącznik sygnału monitora, klawiatury i myszy.
Strona 1 z 5
Systemy mikroprocesorowe w automatyce – prowadzący: dr inż. M.. Wnuk
1. Idea projektu
Inspiracją do wykonania układu przełączającego sygnał z dwóch różnych komputerów do
jednego zestawu urządzeń peryferyjnych była chęć stworzenia domowego "kompaktowego"
stanowiska łączącego funkcję administracji serwerem sieci lokalnej (konsola) oraz komputera
osobistego (stacja robocza). Zakładając, że obydwa komputery znajdują się w tym samym
pomieszczeniu oraz jedna i ta sama osoba sprawuje pieczę zarówno na serwerem jak i
pracuje na osobistym komputerze, uzasadnione jest zastosowanie tylko jednego monitora,
klawiatury i myszy do obsługi obydwu stanowisk. Przykładową architekturę takiego
rozwiązania przedstawia poniższy rysunek.
Układ
przełączający
SERWER
"Master"
Komputer
Osobisty
"Slave"
Rys. Organizacja stanowiska pracy
Zalety proponowanego rozwiązania:
-
oszczędność miejsca na stanowisku pracy
niższa kwota zakupu sprzętu
mniejsze zużycie energii elektrycznej
komfort pracy (błyskawicznie przełączanie pomiędzy stanowiskami)
Marek Firgolski
Przełącznik sygnału monitora, klawiatury i myszy.
Strona 2 z 5
Systemy mikroprocesorowe w automatyce – prowadzący: dr inż. M.. Wnuk
2. Podstawowe założenia.
Głównym założeniem projektowym jest ciągła praca jednego z komputerów - "master".
Biorąc pod uwagę fakt, iż zwykle serwer jest urządzeniem pracującym bez przerwy spełnienie
tego warunku nie stanowi problemu.
Pozostałe założenia lub fakty (w większości wynikają z założenia głównego):
1. Układ jest zasilany z komputera "master" – przez co nie ma potrzeby stosowania
dodatkowych układów zasilających.
2. W stanie "spoczynkowym" przełącznik ustawiony jest na komputer "master".
3. Przy włączeniu zasilania drugiego komputera - "slave", przełącznik automatycznie
ustawi się na "slave" aby umożliwić skuteczny start systemu (boot).
4. Zasilanie klawiatury i myszy pobierane jest z komputera "master" bez względu czy
aktywny jest "master" czy "slave".
3. Funkcje przełącznika.
1. Automatyczne lub manualne przekazywanie sygnału z klawiatury i myszy do jednego z
dwóch komputerów oraz sygnału z wybranego komputera do monitora.
2. Wizualizacja stanu przełącznika czyli informacja do której jednostki centralnej są
aktualnie dołączone peryferia.
3. Wizualizacja podłączenia przewodów sygnałowych - klawiatury oraz myszy każdego z
komputerów do przełącznika.
Poniższy rysunek przedstawia wygląd płyty czołowej z proponowanym rozmieszczeniem
elementów informacyjnych (diody LED).
Klawiatura B
Klawiatura A
Aktywny A / B
Mysz A
Mysz B
Aktywny B
Aktywny A
Rys. Płyta czołowa przełącznika.
Marek Firgolski
Przełącznik sygnału monitora, klawiatury i myszy.
Strona 3 z 5
Systemy mikroprocesorowe w automatyce – prowadzący: dr inż. M.. Wnuk
4. Prezentacja zastosowanych w układzie rozwiązań.
Praktycznie zawsze podstawowym kryterium przy projektowaniu wszelkich układów
elektronicznych jest przede wszystkim niezawodność. Istotna jest również złożoność
konstrukcji - najlepiej możliwie mała oraz prostota obsługi gotowego urządzenia. Mając na
uwadze powyższe kryteria określiłem swoje założenia projektowe, które były podstawą
wyboru określonych rozwiązań. Przyjęte w pierwszej fazie teoretyczne rozwiązanie
ewoluowały wraz z rozwojem projektu i doprowadziły do formy prezentowanej poniżej.
Chcąc zapewnić wysoką niezawodność układu postanowiłem ograniczyć do minimum
ilość elementów mechanicznych. Praktycznie do wszystkich przełączanych sygnałów
postanowiłem zastosować układy elektroniczne. Wyjątkiem miało być zasilanie myszy i
klawiatury przełączane mechanicznie (za pomocą przekaźnika) ze względu na stosunkowo
wysoki prąd (kilkadziesiąt do kilkaset miliamper). Do przełączania sygnałów zegarowych
oraz danych klawiatury i myszy chciałem użyć kluczy elektronicznych wykonanych w
technologii CMOS – dostępne w układach CD4066 lub CD4053. Opisane rozwiązanie
przedstawia schemat ideowy Rys1. Mimo iż podejście wydawało się być dobre postanowiłem
zbudować praktyczne urządzenie pozwalające zmierzyć spadek napięcia na złączu klucza.
Zmierzona wartość spadku napięcia wynosiła (w zależności od prądu) od kilkudziesięciu do
nie więcej niż 200 [mV] co dawało podstawy by sądzić, iż układ będzie działał poprawnie.
Jednak postanowiłem zbudować drugi układ, który miał przetestować działanie kluczy
elektronicznych przy przekazywaniu sygnału danych i zegara z klawiatury do komputera.
Niestety test wypadł niepomyślnie przez co musiałem zrezygnować z zastosowania kluczy
elektronicznych do przełączania sygnałów z klawiatury i myszy. Schematy obydwu układów
testowych prezentuje Rys.2. natomiast poniżej na Rys3 został pokazany praktycznie
wykonany układ drugi. W poszukiwaniu kompromisu ostatecznie zdecydowałem się
zastosować dwa przekaźniki (jeden dla klawiatury drugi dla myszy), które będą przełączać
"niewygodne" sygnały. Zrezygnowałem natomiast z przekaźnika przełączającego zasilenie
ponieważ przyjąłem, że klawiatura i mysz będą zasilane niezmiennie z komputera "master"
(patrz pkt.2.4).
Rys3.
Marek Firgolski
Przełącznik sygnału monitora, klawiatury i myszy.
Strona 4 z 5
Systemy mikroprocesorowe w automatyce – prowadzący: dr inż. M.. Wnuk
Z zupełnie innego rodzaju problemami mamy do czynienia w przypadku sygnału do
przesyłanego do monitora. I tak do przełączania wysokoczęstotliwościowych sygnałów
wizyjnych postanowiłem zastosować specjalizowany układ firmy MAXIM – dwu kanałowy
przełącznik Video RGB - MAX 463. Natomiast sygnały synchronizacji pionowej i poziomej
oraz sygnały identyfikacyjne monitora będące w rzeczywistości sygnałami cyfrowymi
zdecydowałem się przesyłać za pośrednictwem multiplekserów – UCY74157. Schemat
ideowy całego układu przełączającego przedstawia Rys. 4.
Układ sterujący przełącznikami postanowiłem wykonać przy użyciu mikrokontrolera
MC68HC705J1A. Wybór mikrokontrolera z rodziny HC05 firmy Motorola. jest w tym
przypadku jak najbardziej uzasadniony ponieważ dysponuje on wystarczająca ilością portów
potrzebnych do obsługi wszystkich procesów sterowania przełącznikiem. Z drugiej strony
można się zastanawiać czy nie wystarczyłby układ logiczny zbudowany ze zwykłych bramek,
który z powodzeniem mógłby zastąpić mikrokontroler? Jednak za zastosowaniem
mikrokontrolera przemawiają głównie dwa czynniki t.j.: przejrzystość konstrukcji całego
układu sterowania oraz pełna dowolność przy konfigurowaniu portów we / wy przez co w
posiada się dużą swobodę działania procesie projektowania i uruchamiania układu. Schemat
ideowy układu sterującego przedstawia Rys. 5.
5. Zmiany wprowadzone w procesie konstrukcji układu.
1. Eliminacja 4 sygnałów identyfikujących monitor Monitor ID Bit 0 - Monitor ID Bit 4.
6. Zmiany zaplanowane na przyszłość.
1. Eliminacja jednego przekaźnika na rzecz multipleksera tzn. przesyłanie sygnału
zegarowego zarówno klawiatury jak i myszy poprzez multiplekser.
2. Dodanie przełącznika (mechanicznego) pozwalającego określić, które z wejść
przyporządkowane będą do komputera "master" a które do "slave"
Marek Firgolski
Przełącznik sygnału monitora, klawiatury i myszy.
Strona 5 z 5
A
B
C
D
E
JP?
Monitor A
Monitor B
A3
6
7
B1
A4
A3
A2
A1
B2
B3
Keyboard A
Mouse B
Mouse A
0.1uF
15
1 EN
G1
2
3 1
1
B4
B3
B2
B1
12
13
2
1
5
3
6
11
10
9
X0
X1
X
Y
Y0
Y1
Z
14
4
Z0
Z1
INH
A
B
C
K?
6
5
4
3
2
1
2
1
7
8
4
Y0
Y1
5
3
5
4
3
2
1
X
Y
2
1
A4
B4
11
10
9
A11
B11
14
13
12
US5 - UCY74157
15
1 EN
G1
Z
6
5
4
3
2
1
14
15
4
2
3 1
1
A13
B13
5
6
7
A14
B14
11
10
9
A15
B15
14
13
12
MUX
4
US1 - UCY74157
Rys1. Wstepny projekt ukladu przelaczajacego
INH
A
B
C
1
Title
Mikroprocesorowy przelacznik sygnalu manitora, klawiatury i myszy.
Size
A
US4 - CD4053
HEADER 5
Date:
B
2
B12
Z0
Z1
6
11
10
9
4
7
A12
3
X0
X1
MUX
5
6
6
5
12
13
3
15
US3 - CD4053
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0.1uF
-5V GND +5V
6
5
4
3
2
1
4
+
10uF
10uF
JP?
1
IN0B
GDN
IN1B
GDN
IN2B
Mouse OUT
6
5
4
3
2
1
8
9
10
11
12
HEADER 6
19
18
17
16
15
14
13
VOUT0
V+
OUT1
GDN
V+
OUT2
US1 - MAX463
B15
B14
B13
B12
B11
6
5
4
3
2
1
6
5
4
3
2
1
VV-
1
2
3
4
5
6
24
23
22
21
20
GDN
LE
EN
A0
CS
Monitor OUT
Keyboard B
A2
IN0A
GDN
IN1A
GDN
IN2A
Keyboard OUT
2
1
2
3
4
5
A1
1
2
3
3
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
A15
A14
A13
A12
A11
+
4
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
C
Document Number
Uklady Mikroprocesorowe - Projekt. Wyk. Marek Firgolski
Tuesday, June 05, 2001
D
Sheet
1
Rev
0
of
E
2
A
B
C
D
E
4
4
+ 9V
1
+ 9V
1
2
2
JUMPER
JUMPER
2
1
3,3k
1
4
8
11
I/O
I/O
I/O
I/O
13
5
6
12
CTRLA
CTRLB
CTRLC
CTRLD
O/I
O/I
O/I
O/I
2
3
9
10
3
CTRLA
CTRLB
CTRLC
CTRLD
CD4066BC
CD4066BC
3,3k
3,3k
2
VDD
2
3
9
10
VSS
O/I
O/I
O/I
O/I
14
7
VDD
13
5
6
12
VSS
3
I/O
I/O
I/O
I/O
14
7
1
4
8
11
Probny uklad do sprawdzenia dzialania kluczy
elektronicznych układu CD4066 oraz pomiaru
spadku napięcia na styku elektronicznym.
2
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
Keyboard
Computer
Uklad testowy do sprawdzenia mozliwosci
przeslania sygnalu zagarowego (Keyboard Clock)
i sygnlu danych (Keyboard Data) z klawiatury do
komputera za posrednictwem kluczy
elektronicznych z układu CD4066.
1
1
Rys2. Aplikacje testowe
Title
Aplikacje testowe.
Size
A
Date:
A
B
C
Document Number
{Doc}
Wednesday, June 06, 2001
D
Rev
{RevCode}
Sheet
1
of
E
1
A
B
C
D
E
JP?
6
7
A4
A3
A2
A1
VV-
8
9
10
11
12
B1
B2
B3
GDN
LE
EN
A0
CS
VOUT0
V+
OUT1
GDN
V+
OUT2
IN0B
GDN
IN1B
GDN
IN2B
US2 - MAX463
B15
B14
B13
B12
B11
0.1uF
-5V GND +5V
B4
B3
B2
B1
6
5
4
3
2
1
KC A
KC B
2
1
6
5
4
3
2
1
6
KD A
KC A
8
KD B
5
KD A
4
3
KC B
KD B
K?
KA
KB
MA
MB
1
2
3
4
MC B
6
8
MD B
5
MD A
4
3
MC A
MD A
6
7
8
3
MC B
U?
LV
OSC
CAP+
CAP-
V+
GND
VOUT
2
B
A11
B11
14
13
12
4,7k
15
1 EN
G1
D
1
2
3
+5 V
GND
-5 V
2
B12
2
3 1
1
A13
B13
5
6
7
11
10
9
14
13
12
Rys4. Uklad
MUX
4
Size
A
C
1
przelaczajacy
Title
Mikroprocesorowy przelacznik sygnalu manitora, klawiatury i myszy.
Date:
A
9
US3 - UCY74157
5
10uF
0,1uF
11
10
10uF
4
US5 - ICL7660
+
MD B
A4
B4
A12
6
5
4
3
2
1
4
US4 - UCY74157
2
1
7
MC A
BC558
MUX
7
10k
7
3
5
6
+
Keyboard B Keyboard A
Mouse A
Mouse B
6
5
4
3
2
1
2
3 1
1
Mouse OUT
1
6
5
4
3
2
1
15
1 EN
G1
Keyboard OUT
2
0.1uF
10uF
10uF
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
+
K?
6
5
4
3
2
1
4
19
18
17
16
15
14
13
+
Monitor A
A3
IN0A
GDN
IN1A
GDN
IN2A
US3
US4
LE
EN
A0
CS
Pk
Monitor OUT
Monitor B
A2
1
2
3
4
5
6
7
24
23
22
21
20
1
2
3
3
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
1
2
3
4
5
A1
+
4
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
A15
A14
A13
A12
A11
Document Number
Uklady Mikroprocesorowe - Projekt. Wyk. Marek Firgolski
Friday, June 08, 2001
D
Sheet
1
Rev
1
of
E
2
A
B
C
D
E
Aktywny PC - A
Aktywny PC - B
+ 5V
4
1
2
27pF
4MHz
9
10
+
27pF
OSC1
OSC2
VDD
VSS
0,1uF
1
20
19
2
RESET
RESET
IRQ
PA 0
PA 1
PA 2
PA 3
PA 4
PA 5
PA 6
PA 7
PB 0
PB 1
PB 2
PB 3
PB 4
PB 5
18
17
16
15
14
13
12
11
PA 0
PA 1
PA 2
PA 3
PA 4
PA 5
PA 6
8
7
6
5
4
3
PB 0
PB 1
PB 2
PB 3
PB 4
PB 5
4
PA 4
PA 5
470
470
CPU 1 - MC68HC705J1A
PB 0
PB 1
PA 0
PA 1
PA 2
PA 3
PA 6
3
1
2
Przelacznie A / B
4,7k
4,7k
+ 5V
1
2
3
4
5
6
7
PB 2
PB 3
PB 4
PB 5
US3
US4
LE
EN
A0
CS
Pk
1
2
3
4
470
3
KA
MA
KB
MB
2
2
Klawiatura A - O.K.
470
Mysz A - O.K.
470
Klawiatura B - O.K.
470
Mysz B - O.K.
1
Rys5.
1
Uklad sterujacy.
Title
Mikroprocesorowy przelacznik sygnalu manitora, klawiatury i myszy.
Size
A
Date:
A
B
C
Document Number
Uklady Mikroprocesorowe - Projekt. Wyk. Marek Firgolski
Friday, June 08, 2001
D
Sheet
1
Rev
2
of
E
1
Systemy mikroprocesorowe w automatyce – prowadzący: dr inż. M.. Wnuk
Załącznik
Mouse (PS/2)
(At the computer)
6 PIN MINI-DIN FEMALE (PS/2 STYLE) at the computer.
Pin
1
2
3
4
5
6
Name Dir
DATA <->
n/c
GND --VCC ->
CLK ->
n/c
-
Description
Key Data
Not connected
Gnd
Power , +5 VDC
Clock
Not connected
Keyboard (6 PC)
(At the computer)
6 PIN MINI-DIN FEMALE (PS/2 STYLE) at the computer.
Pin
1
2
3
4
5
6
Name Dir
DATA
n/c
GND
VCC
CLK
n/c
-
Marek Firgolski
Description
Key Data
Not connected
Gnd
Power , +5 VDC
Clock
Not connected
Przełącznik sygnału monitora, klawiatury i myszy - załącznik.
Strona 1 z 3
Systemy mikroprocesorowe w automatyce – prowadzący: dr inż. M.. Wnuk
VGA (15)
VGA=Video Graphics Adapter or Video Graphics Array.
Videotype: Analogue.
(At the videocard)
(At the monitor cable)
15 PIN HIGHDENSITY D-SUB FEMALE at the videocard.
15 PIN HIGHDENSITY D-SUB MALE at the monitor cable.
Pin
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Name Dir
Description
RED
Red Video (75 ohm, 0.7 V p-p)
GREEN
Green Video (75 ohm, 0.7 V p-p)
BLUE
Blue Video (75 ohm, 0.7 V p-p)
ID2
Monitor ID Bit 2
GND
Ground
RGND
Red Ground
GGND
Green Ground
BGND
Blue Ground
KEY Key (No pin)
SGND
Sync Ground
ID0
Monitor ID Bit 0
ID1 or SDA
Monitor ID Bit 1
HSYNC or CSYNC
Horizontal Sync (or Composite Sync)
VSYNC
Vertical Sync
ID3 or SCL
Monitor ID Bit 3
Marek Firgolski
Przełącznik sygnału monitora, klawiatury i myszy - załącznik.
Strona 2 z 3
Systemy mikroprocesorowe w automatyce – prowadzący: dr inż. M.. Wnuk
VGA (9)
VGA=Video Graphics Adapter or Video Graphics Array.
Videotype: Analogue.
(At the videocard)
(At the monitor cable)
9 PIN D-SUB FEMALE at the videocard.
9 PIN D-SUB MALE at the monitor cable.
Pin
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Name Dir
RED
GREEN
BLUE
HSYNC
VSYNC
RGND
GGND
BGND
SGND
Marek Firgolski
Description
Red Video
Green Video
Blue Video
Horizontal Sync
Vertical Sync
Red Ground
Green Ground
Blue Ground
Sync Ground
Przełącznik sygnału monitora, klawiatury i myszy - załącznik.
Strona 3 z 3