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鍵盤
來源:互聯網

鍵盤(keyboard)常指一種用于操作設備運行的指令和數據的輸入裝置,它被廣泛應用于微型計算機和各種終端設備上。

鍵盤的常見布局有104鍵和87鍵兩種,此外,還有101鍵、102鍵、104鍵、107鍵等等。按不同的工作原理又可劃分為薄膜、機械、軟件鍵盤等。這些鍵盤可以根據自己不同的使用需求與工作場景去進行合適的選擇。但不同種類的鍵盤其鍵位組成卻是大致相同的,可將其劃分為輸入鍵、功能鍵等。

計算機操作者通過鍵盤向計算機輸入各種指令、數據,指揮計算機的工作,將計算機的運行情況輸出到顯示器,操作者可以很方便地利用鍵盤和顯示器與計算機對話,對程序進行修改、編輯,以及控制和觀察計算機的運行。

發展歷程

起源

第一臺打字機

第一臺實用打字機和“打字機”一詞是由克里斯托弗·肖爾斯于1860年首次開發并獲得專利的。這個打字機可以用于代替手工謄寫文本,但是還不能實時看到文字是否拼錯。但肖爾斯的成就不僅僅在于研發了打字機,他在日后對打字機的改進過程中還與其合伙人一同研發出了“QWERTY”柯蒂布局打字機。這是所有按鍵類輸入設備的前身。

第一臺電傳打字機

第一臺電傳打字機是1919年由德國西門子股份公司發明的。它的特點是用手動按鍵輸入、穿孔帶輸入或由通訊線路及計算機輸出端輸入信號,這幾種方式的任何一種都可以使電傳打字機做出相應的輸出、打印出文字或字符。另一特點是在用鍵盤打印文件的同時可以輸出穿孔紙帶,可以把信息進行傳輸通信,也可以同時把代碼輸入計算機。電傳打字機常用于遠距離通信或作為長距離電子計算機信息網絡的終端。

按鍵打孔器

1946年完成的第一臺被稱為ENIAC的數字計算機使用電腦鍵盤向計算機輸入數據。盡管與今天的電腦鍵盤有很大的不同,電傳打字機在穿孔卡片上打孔,然后被送入讀卡器。1948年晚些時候,BINAC計算機使電傳打字機實現電磁控制,使計算機能夠輸入數據和打印結果,從而使它向今天的計算機又邁進了一步。

發展

1969年——鍵盤問世

1964年Multics和VDTs(視頻顯示終端)問世,用戶可以在打字時看到自己在屏幕上輸入的內容。1969年,計算機終端公司CTC發布了DataPoint3300,這是第一個用來取代電傳打字機的計算機終端。整個20世紀70年代初,鍵盤開始像我們今天使用的一樣,是重型機械鍵盤或IBM等公司改裝的電動打字機。然而,早期的個人電腦,如牛郎星仍然依賴于電腦前面的開關來輸入數據。

70年代初——電容鍵盤問世

早在20世紀70年代,行業中沒有使用標準的鍵盤技術。不同的公司試圖開發不同的方法來生產最精確的按鍵軸體技術,同時將生產成本降到最低。正是在這年代,電容式鍵盤被發明出來。第一個采用這種技術的鍵盤是IBM 3276數據輸入鍵盤。這款鍵盤采用了電容式感應梁式彈簧軸體,是該公司后來生產的扣式彈簧軸體技術的前身。電容感應梁式彈簧軸體的靈感來自于早期觸摸屏設備中使用的技術。

1979年——薄膜式鍵盤問世

薄膜鍵盤最早出現在1979年,Atari(利亞的)發布他們的第一個家用計算機系統,Atari 400。當時的薄膜鍵盤主要采用的是金屬薄膜開關。后來,隨著技術的發展,薄膜鍵盤逐漸采用了橡膠薄膜開關、金屬球膜開關等不同類型的薄膜開關。這些薄膜開關的特點不同,可以滿足不同用戶的需求。

1984年——無線鍵盤問世

在商務電腦領域大獲成功的IBM公司,首次嘗試進軍個人電腦市場,于1984年推出一款面向家庭的低端個人電腦產品,IBM PC?junior,簡稱為PCjr。PCjr最顯著的特點就是采用“Freeboard”鍵盤,可謂是今天藍牙技術的先驅概念。Freeboard鍵盤由AA型電池供電,由紅外無線傳輸連接到電腦。鍵盤布局為“巧克力鍵盤”樣式,類似于今天蘋果公司的MacBook的鍵盤。這種界面設計增大了手指與鍵帽接觸的面積,擊鍵更加準確,手感更加舒適。

如今當人們提及鍵盤時,都會聯想到另一種與其搭配的工具——鼠標,二者均為計算機輸入設備。但鼠標直到20世紀60年代,才由Douglas Engelbart及同事William Kirk English發明。在此之前,幾乎有關計算機的所有交互都需要鍵盤來完成。從第一臺打字機的發明,至今按鍵輸入設備已有百余年的發展歷程。其被廣泛應用于辦公、教育、娛樂、工業、軍事等領域。

基本結構

鍵盤由外殼、按鍵和電路板三部分組成。一般我們看到的是鍵盤的外殼和所有按鍵電路板安置在鍵盤的內部,是看不到的。

外殼

鍵盤的外殼主要用來支撐電路板,提供給用戶個方便的工作環境。鍵盤的外殼上一般都有調節鍵盤與操作者角度的支撐架。鍵盤外殼與工作臺的接觸面上裝有防滑減振的橡膠墊。鍵盤外殼上一般還有三個指示燈,用來指示Num Lock、Caps Lock、Scroll Lock三個按鍵的功能狀態。

電路板

電路板是整個計算機鍵盤的核心,主要由邏輯電路和控制電路組成。邏輯電路排列成矩陣形狀,每一個按鍵都安裝在矩陣的一個交叉點上。電路板上的控制電路由按鍵識別掃描電路、編碼電路和接口電路組成。在一些電路板的正面可以看到由某些集成電路或其他一些電子元件組成的鍵盤控制電路,反面可以看到焊點和由銅箔形成的導電網絡;而另外一些電路板只有制作好的矩陣網絡,沒有鍵盤控制電路,它們將這一部分電路放到了計算機內部。

但不同類型的鍵盤電路板組成是有區別的,就拿機械鍵盤和薄膜式鍵盤來說。機械鍵盤僅僅是一層簡單的電路板,通過類似金屬接觸式開關的原理使觸點導通或斷開。而薄膜式鍵盤電路板分為三層,三片薄膜中,最上方為正極電路,最下方為負極電路,而中間為不導電的塑料片。

按鍵

按鍵就是我們輸入數據時使用最多的一個個鍵。印有符號標記的按鍵安裝在電路板上,有的直接焊接在電路板上,有的用特制的裝置固定在電路板上,有的則用螺釘固定在電路板上。當用戶按下一個鍵時,會把按鍵上導電元件與其下面金屬元件接觸上,松開手后,使按鍵與其下面金屬元件脫離接觸,這樣鍵盤上的每個鍵都起一個開關的作用,稱為鍵開關。但不同類型的鍵盤在按鍵上是有區別的,最常見的區別是在Windows鍵盤中的Windows鍵在Mac OS鍵盤中成了Command鍵,Backspace鍵變為了Delete鍵等等。

而在按鍵的制造過程中通常會用到鍵帽字符工藝、激光蝕刻和激光填料、鏤空印字等都是在按鍵制造過程中常用的技術。常用的鍵帽材質分為三類:ABS、PBT以及POM材質。

鍵帽字符工藝

不同用途和不同材料的鍵帽會使用不同的工藝方法,最常見的就是激光蝕刻、絲網印刷、激光填料法、鏤空印字法、雙色成型法。

激光蝕刻和激光填料技術

激光蝕刻法是一種非常高效且成本低廉的方式,利用激光的特性在鍵帽上蝕刻出字符,激光燒過的痕跡不會脫落,灼燒后的鍵帽不僅字跡清晰還有一定凹槽,手感自然舒適。無害、無污染、成本低、產量高,無論如何都是最佳方案之一。

鏤空印字技術

這種方式主要用在ABS材料鍵帽上,因為ABS鍵帽有良好的透光性,鍵盤要想做出背光燈效果只能采用這種方式。透明或半透明鍵帽上使用不透明涂料覆蓋(這層涂料非常重要,決定了鍵帽抗打油能力和觸感,往往成為鍵盤之間的決勝因素),便面字符形成了鏤空的印文,軸上的燈光透過字符散射開來,形成背光鍵盤效果。

產品分類

機械式結構鍵盤

這類鍵盤采用類似金屬接觸式開關的原理使觸點導通或斷開,從而獲得通斷控制信號。在實際應用中,機械鍵盤的結構形式很多,最常用的是交叉接觸式。對于機械鍵盤來說,每一顆按鍵都有一個單獨的開關來控制閉合,這個開關也被稱為“軸”,依照微動開關的分類,機械鍵盤可分為傳統的茶軸、青軸、白軸、黑軸、紅軸等,每一種軸都對應不同的手感。

紅軸

直上直下的觸發方式,也稱之為線性軸,是操作壓力最小的軸體,非常適合一般和輸入量很大的用戶。

茶軸

被稱為“萬能軸”,按下聲音小,打起來有段落感,反饋力道輕。

青軸

按下聲音大(清脆),擁有強烈的段落感,反饋力道輕,打游戲和文字錄入都可以使用。

黑軸

被稱為“游戲軸”,按下去就像一條彈簧般直上直下沒有阻礙。按下聲音較小,打起來沒有段落感,反饋力道強。

熱插拔鍵盤

熱插拔鍵盤,是指能夠在不關閉電源的情況下更換部件的鍵盤,屬于機械鍵盤的一種。熱插拔鍵盤最大的優勢在于可以自由更換軸體。并且在更換軸體時,各個廠家之間的軸體接口基本是通用的,所以在換軸時各個品牌基本都可以方便的進行更換。

機械鍵盤的工作原理是:按下鍵帽時,按鍵內的復位彈簧被壓縮,動片觸點與靜片觸點相連,按鍵兩個引腳連通,接觸電阻大小與按鍵接觸面積及材料有關,一般在數十歐姆以下;松手后,復位彈簧將動片彈開,使動片與靜片觸點脫離接觸,兩引腳返回斷開狀態。可見,其基本工作原理就是利用動片和靜片觸點的接觸和斷開來實現鍵盤或按鈕兩引腳的通、斷。

電容式結構鍵盤

這類鍵盤的按鍵采用類似電容式開關的原理,通過按下按鍵改變電容器兩電極間的距離而產生電容的變化,形成暫時的允許振蕩脈沖通過電容器的條件,從而獲得通斷控制信號。由于電容器無接觸,所以這種鍵在工作過程中不存在磨損、接觸不良等問題,耐久性、靈敏度和穩定性都比較好。

薄膜式結構鍵盤

這類鍵盤的按鍵通常由4層組成,最上層是中心有凸起的橡膠墊,下面三層都是塑料薄膜。其中,上、下兩層塑料薄膜上用導電顏料印制出電路,并在按鍵位置正下方有一一對應的觸點;中間的一層為隔離層,用來防止上、下兩層的印制線路意外接觸導致短路,而在上、下兩層觸點對應的位置打有直徑約5mm的小孔。按下按鍵時,按鍵推動橡膠墊的凸起部分向下,而橡膠墊的凸起部分又壓迫第一層的觸點部分向下變形,透過第二層一隔離層的小孔,接觸第三層的觸點,從而輸出編碼。這種鍵盤無機械磨損,可靠性較高,同時成本也較低,目前在市場上的產品中占相當大的比重。

光軸式結構鍵盤

光軸采用了和機械軸相同的按下按鍵軸芯下壓彈簧的機制,只不過軸體內沒有任何金屬片,而是內置了紅外線發射器。不按鍵的時候,軸芯擋住紅外線的傳播路徑,按鍵時軸芯下壓,紅外線就不被擋住,軸體另一邊收到紅外線就觸發了按鍵。

導電橡膠式鍵盤

其觸電結構是通過導電橡膠相連。鍵盤內部有一層凸起帶電的導電橡膠,每個按鍵都對應一個凸起,按下時把下面的觸電接通。這種類型鍵盤是市場由機械鍵盤向薄膜鍵盤過渡的產品。

霍爾鍵盤

霍爾鍵盤通常使用在通信、軍事、航天等對元器件有較高要求的領域或部門中。為此 , 必須考慮采用無觸點的電子開關按鍵 。目前全球使用的電子按鍵多屬霍爾鍵盤 。西方等國家認為 , 霍爾鍵盤是真正的電子鍵盤,是鍵盤工業中的一次技術革命 。此外霍爾鍵盤也開始應用到個人或者游戲領域,由于其特殊的接觸方式,理論上相對于其他類型鍵盤更為耐用。

霍爾鍵盤是根據霍爾效應制成的,當一塊通有電流的金屬或半導體薄片垂直地放在磁場中時,薄片兩端會產生電位差,這種現象就稱為霍爾效應。霍爾效應的靈敏度高低與外加磁場的磁感應強度成正比的關系,霍爾開關也正是利用這種原理把磁輸入信號轉換成實際應用中的電信號。霍爾鍵盤就是依據該原理制成。

虛擬鍵盤

虛擬鍵盤是一種大小與小型移動電話相仿的鍵盤,讓用戶能像操作普通鍵盤一樣進行各種相關操作。手機虛擬鍵盤(軟件鍵盤)也屬于虛擬鍵盤的一種,手機虛擬鍵盤指的是全觸摸手機的虛擬鍵虛擬鍵盤。可以直接使用觸摸屏上的虛擬鍵盤作為真正的鍵盤。

鍵盤布局

不同按鍵數布局

84鍵鍵盤

這種鍵盤上只有84個按鍵,相對于普通鍵盤缺少了編輯控制鍵區、功能鍵區、小數字鍵區及其他一些按鍵。最早的XT鍵盤(早期的PC機或XT機使用的鍵盤)就采用這種84鍵布局。

101鍵鍵盤

共有101個鍵,是在84鍵鍵盤的基礎上獨立建立了編輯控制鍵區,并且增加了功能鍵區、小數字鍵區及其他一些按鍵。

104鍵鍵盤

采用標準的104鍵臺式機鍵盤、鍵體設計,比101鍵鍵盤多出了3個鍵,用于在Windows 95及以上的操作系統環境中快速調出系統菜單或鼠標右鍵菜單。

不同設計布局

標準鍵盤

標準鍵盤是指具備打字區、編輯鍵區、數字鍵區,完整三個區塊的鍵盤(又稱100%鍵盤)。各廠商的標準鍵盤無論從尺寸、布局還是外形上來看,都是大同小異的。

人體工程學鍵盤

人體工程學鍵盤是在標準鍵盤上將指法規定的左手鍵區和右手鍵區這兩大板塊左右分開,并形成一定角度,使操作者不必有意識的夾緊雙臂,保持一種比較自然的形態。人體工程學鍵盤主要是提供給職業操作計算機的人。這種鍵盤增加了底托,解決了長時間懸腕或塌腕的勞累,并將兩手所控的鍵位向兩旁分開一定的角度,使兩臂自然分開,達到省力的目的。

多功能鍵盤

多功能鍵盤就是鍵盤上除了普通鍵盤的按鍵以外還多出一些特殊的功能鍵。如鍵盤控制音量、聽音樂、自動粘貼文本等。使用戶使用起來更加方便,功能更強大。并且市面上的手寫鍵盤也可以算作多功能鍵盤的一種。

鍵位組成

鍵盤上的鍵位可分輸入鍵區(又稱主鍵盤區)、功能鍵區、特定功能鍵區、方向鍵區和數字鍵區共5個區。并且在輸入鍵區采用的都是“QWERTY”的布局模式,歷史上出現過多種比該布局更科學的布局方式,如DVORAK鍵盤布局、MALT布局等,但是由于人們已經習慣了“QWERTY”的布局方式,因此其成為了當今鍵盤主流的布局方式。而鍵盤上的鍵位按照功能不同大致可分為五個區域,分別是輸入鍵區、功能鍵區、特定功能區、方向鍵區、數字鍵區。

上述為Windows鍵盤的鍵位組成,macOS鍵盤在鍵位組成上與其大致相同但在某些按鍵上也略有不同。例如在Mac OS中,有 Command,Option,Control和? Shift等鍵位。它們在Windows鍵盤中分別對應Windows鍵,Backspace,Enter,Alt,Ctrl,Shift等鍵位。

主要廠家及產品

(僅為部分廠家,未完全列出)

參考資料 >

如何當一位合格的“鍵盤俠”?你需要透徹地了解鍵盤.今日頭條.2023-09-04

何選購一把機械鍵盤.中國網.2023-10-15

鍵盤到底怎么選.今日頭條.2023-08-19

陪伴我們走過五十年的鍵盤 現在還能去向何方?.太平洋電腦網.2023-08-13

最佳打字鍵盤,靜電容鍵盤是不是“過譽”了.今日頭條.2023-08-19

為什么說QWERTY鍵盤很難用.今日頭條.2023-08-19

工業設計哪家強,鍵盤史上的12個典范.雷鋒網.2023-08-19

機械鍵盤只能用來打游戲?其實辦公也可以非常爽.今日頭條.2023-09-04

中國鍵盤行業市場研究報告.今日頭條.2023-09-04

503.太平洋電腦網.2023-09-14

IT之家學院:如何讓你的Win/Mac操作習慣一致.今日頭條.2023-09-25

鍵帽的高度和字符工藝有哪些.今日頭條.2023-08-19

同軸體手感卻不同 科普下鍵帽的材質.今日頭條.2023-09-14

一步到位!關于機械鍵盤的一切都在這了.今日頭條.2023-08-13

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科普:計算機硬件設備鍵盤.網易手機網.2023-08-19

虛擬鍵盤下載.時間財富網.2023-09-25

激光鍵盤原理.網易.2023-09-14

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Razer Blackwidow.雷蛇官網.2023-08-14

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達爾優簡介.達爾優官網.2023-08-14

達爾優A98 Pro三模機械鍵盤評測:兼備酷炫彩屏與天空軸V4.今日頭條.2023-08-14

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