CLAVIER DE COMMANDE A TOUCHES ET INTERRUPTEURS MECANIQUES ET MACHINES COMPRENANT CE CLAVIER. Domaine Technique : L'invention concerne un nouveau type de clavier de commande, de conception simple et peu coûteuse, ainsi que les machines et équipements pourvus d'un tel clavier. ^' Technique antérieure :

On sait que dans les installations électroniques ou électromécaniques, un clavier de commande est un sous ensemble relativement coûteux et de fiabilité assez médiocre comparée à celle des équipements électroniques, notamment les circuits de logique numérique, qui lui sont associés.Par conséquent, dans de telles installa¬ tions, le clavier est souvent le maillon faible du système. Les modèles les plus r dimentaires de clavier utilisent un simple interrupteur, susceptible de trans¬ mettre une tension, .fonctionnellement couplé avec chaque touche, pour traduire en signal électrique utilisable l'enfoncement manuel de la touche. Ces claviers ont deux inconvénients majeurs :

- l'usure des contacts des interrupteurs, ce qui se traduit à la longue par une détérioration du signal électrique résultant, - la grand nombre de fils nécessaires pour trans¬ mettre les informations.

En ce qui concerne le premier inconvénient cité, on a proposé de remplacer les interrupteurs mécaniques

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par d'autres types de capteur (capacitif, photoélectriqu etc). Un progrès notable a résulté de l'utilisation des cellules à effet Hall puisque ces cellules ont l'avanta¬ ge de transmettre un signal électrique relativement "propre", c'est-à-dire très facilement identifiable par les circuits de logique numérique. Cependant, on aboutit à des prix de-revient prohibitifs pour la plupart des applications destinées au grand public.

Par ailleurs, on sait réduire le nombre de fils de câblage reliés au clavier, en.utilisant un réseau de conducteurs en configuration matricielle (comportant par exemple m lignes et n colonnes) et en associant une touche du clavier à chaque intersection de ligne et de colonne; de sorte qu'un signal électrique est susceptible d'être transmis entre une ligne et une colonne par enfoncement de la touche correspondante provoquant la fermeture d'un simple interrupteur ou le fonctionnement d'une cellule à effet Hall ou encore le fonctionnement d'un autre capteur mentionné plus haut. Autrement dit, on associe à chaque touche du clavier, c'est-à-dire à chaque interrupteur si on choi-- sit ce moyen en raison de son prix de revient avanta¬ geux, des coordonnées i, j ) et on branche cet interrupteur entre la ligne i et la colonne j, chaque touche étant ainsi repérée au niveau de l'électronique de traitement par ses coordonnées i et j. Il est facile de vérifier qu'avec un tel système, on peut distinguer (m. n) touches avec seulement (m + n) fils conducteurs reliés au clavier. Cependant, il reste que le réseau de conducteurs en configuration matricielle n'améliore pas la fiabilité si on veut utiliser des interrupteurs à structure méca¬ nique. La difficulté provient surtout de ce que le contact électrique est plus ou moins franc à la ferme- ture de l'interrupteur, c'est-à-dire lorsque la touche correspondante est enfoncée.

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De plus, il est souvent assez difficile de faire la différence entre un signal réel produit par enfon¬ cement d'une touche par un opérateur, et un signal parasite qui peut être produit par un choc accidentel sur une touche provoquant un enfoncement très faible de la touche, ou même par des vibrations, ou encore par les "rebonds" produits par l'ouverture et la fermeture des Contacts mécaniques. Pour cette raison, les circuits électroniques de codage associés au clavier sont com¬ plexes et coûteux. Exposé de l'invention.

Le principe fondamental de l'invention est issu de la constatation simple selon laquelle il est plus facile, au niveau des circuits électroniques de traitement, de détecter une absence de signal (c'est-à-dire _. l'ouver- ture d'un interrupteur normalement fermé) qu'un signal transmis à travers un contact électrique mal établi (c ^r est-à-dire la fermeture défectueuse d'un interrup¬ teur normalement ouvert) . Partan de cette constatation simple, l'invention se propose d'utiliser des interrup- teurs à structure mécanique (pour des raisons ^' de prix de revient), à contact normalement fermé (pour des raisons de fiabilité) interconnectés à un réseau de conducteurs en configuration matricielle (pour simpli¬ fier le câblage du clavier lui-même) . Selon l'invention, ce triple but est atteint par une structure de clavier à touches, chaque touche étant munie d'un moyen magnétique de rappel en* position de repos et étant fonctionneΗei-Ent couplée à au moins un interrupteur uni-polaire, du type selon lequel lesdits interrupteurs sont électriquement reliés à un réseau de conducteurs en configuration matricielle à m lignes et n* colonnes, chaque ligne et chaque colonne étant matérialisée par un conducteur de sorte qu'un in¬ terrupteur de coordonnées i,j soit branché entre la ligne i et la colonne j du réseau; caractérisé en ce que lesdits interrupteurs sont du type à contact

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normalement fermé, qu'un élément formant diode est connecté en série avecchaque interrupteur, dans l'inter¬ rupteur lui-même, et que chaque élément formant diode et interrupteur de coordonnées i, j est interconnecté entre ' le conducteur de la ligne i et celui de la colonne j dudit réseau le sens de branchement des diodes étant identique entre les lignes et colonnes.

La présence d une diode en série dans chaque in¬ terrupteur permet d'éviter que l'ensemble du réseau de 0 conducteurs en configuration matricielle ne soit élec¬ triquement équivalent à un court-circuit multiple dû à la présence d'un interrupteur à contact normalement fermé à chaque intersection de ligne et de colonne.

De plus, l'avantage essentiel de l'invention est 5 que la durée minimum du signal produit par enfoncement d'une touche est prédéterminée et indépendante de l'o¬ pérateur. Cette durée minimum est de plus très large- ^' ment supérieure à celle des signaux parasites produits dans la technique antérieure, par des chocs, des vibra- 0 tions, ou des "rebonds". L'invention permet ainsi d'éviter tous les problèmes de distinction entre signal ^• réel et signal parasite, et elle permet d'associer au clavier des dispositifs de codage beaucoup plus simples et beaucoup moins chers que dans la technique antérieure 5 En fait, on a constaté en pratique que le prix des dis¬ positifs de codage nécessaires était divisé par 5 ou par 6 ce qui constitue un progrès technique extrêmement important .

L'invention concerne également toute machine à clavier caractérisée en ce qu'elle est pourvue d'un clavier selon la définition qui précède et en ce qu'ell comporte en outre un générateur de signal à sorties mul- tiplexées dont lesdites sorties sont connectées aux conducteurs des lignes (ou des colonnes) dudit clavier, un analyseur de signal à entrées multiplexées dont lesdites entrées sont connectées aux conducteurs des colonnes (ou des lignes, respectivement) dudit clavier,

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un premier moyen de pilotage séquentiel relié audit analyseur de signal et un second moyen de pilotage séquentiel relié audit générateur de signal ; lesdits premier et second moyen de pilotage ayant des fréquen- ces de fonctionnement différentes.

On entend par "sorties multiplexées le fait que le générateur de ^' signal est conçu pour faire apparaître un signal électrique significatif séquentiellement et cycliquement sur toutes les sorties, avec un fréquence de balayage déterminée. De même, on entend par "entrées multiplexées"le fait que l'analyseur de signal est conçu pour mesurer séquentiellement et cycliquement les signaux appliqués à ses entrées, avec une fréquence de balayage déterminée. De préférence, la fréquence de balayage de l'analyseur est beaucoup plus élevée que celle du géné¬ rateur de telle façon que lorsqu'un signal est momenta¬ nément engendré à l'une des sorties du générateur, l'ana¬ lyseur ait le temps d'explorer toutes ses entrées. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à . la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation actuellement préféré de l'inven¬ tion, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence au dessin non limitatif annexé dans lequel : - la figure 1.est un schéma illustrant l'angence- ment électrique du clavier ainsi que les dispositifs électroniques annexes permettant de reconnaître les coordonnées des touches de ce clavier ; -et - la figure 2 est une vue de détail et en coupe d'une réalisation technologique du clavier dans laquelle l'interrupteur à structure mécanique et la dio¬ de sont combinés selon l'invention. Meilleure manière de réaliser l'invention En se référant au dessin, on a représenté le schéma électrique du clavier 11, visible sur la figure 1. Chaque touche Ti, j du clavier forme en fait un

interrupteur uni-polaire Ii,ô à structure mécanique sim¬ ple. Chaque touche est munie d'un moyen de rappel en position de repos (non représenté) qui est d'un type à "rappel ^' magnétique" comme celui qui est décrit dans la demande de brevet français N° 78 33-733 déposé le 29 Novembre 1978 au nom du demandeur. Il est également parfaitement concevable d'utiliser un moyen poussoir indépendant de l'interrupteur proprement dit qui peut alors être un sous-ensemble du genre "micro-contact" ou autre. Par ailleurs, le clavier 11 comporte un réseau 12 de conducteurs en configuration matricielle c'est-à-dire comportant m lignes et n colonnes, chaque ligne et chaque colonne étant matérialisée par un conducteur électriquement indépendant des autres. Sur le dessin, on a représenté un clavier de 16 touches dont les interrupteurs sont électriquement reliés à un réseau de quatre lignes et quatre colonnes _, (m = n = 4) formées respectivement par quatre conducteurs de ligne (L^ ,L ,L-z ,1- , ) et quatre conducteurs de colonne (C. ,C _2» C _z ,C- ) électriquement indépendants les uns des autres, c'est-à-dire ne pouvant être interconnectés entre eu quepa d'autres branches de circuit renfermant notamment les interrupteurs unipolaires précités. A ce propos, il doit être précisé que l'expression "réseau de conducteurs en configuration matricielle" ne signifie pas que le dispositif de l'invention ait une configu¬ ration particulière de câblage et notamment une confi¬ guration croisée comme illustrée sur la figure 1. La configuration croisée est cependant technologiquement avantageuse. Par "configuration matricielle" on veut simplement dire qu'on a défini deux groupes de conduc¬ teurs (appelés commodément "lignes" et "colonnes") de façon à réaliser au moins une partie des interconnexions sélectives possibles entre lignes et colonnes, au moyen notamment des interrupteurs unipolaires. Dans ces con¬ ditions, on comprend que, quelle que soit la configu¬ ration géométrique du réseau de conducteurs L, C;

chaque interrupteur associé ou combiné à chaque touche T peut être défini par ses coordonnées (i, j) de sorte que l'interrupteur Ii, j est celui qui est relié au conducteur formant la ligne i et au conducteur formant la colonne j.

Selon l ^l invention, les interrupteurs Ii, o sont du type "à contact normalement fermé" et comprenant un élément formant diode Di, j connecté en série dans chaque interrupteur entre les deux contacts de sorte que chaque connexion en série d'une diode Di,j et d'un interrup¬ teur Ii, j est interconnectée entre le conducteur de la ligne i et celui de la colonne j. De plus, le sens de branchement des diodes est identique entre lignes et colonnes. Ainsi, dans l'exemple décrit, les anodes des diodes sont toutes reliées aux conducteurs définissant les colonnes.

Le fonctionnement du clavier qui vient- d'être décrit est des plus simples. Si on applique un signal électrique significatif, c'est-à-dire une tension de polarité convenable, à l'un des conducteurs de ligne

(par exemple L,. ), il est clair que ce signal se retrou¬ vera sur chaque conducteur de col puisque les interrupteurs I.. -.I-ι tous "normalement fermés". En revanche, si 'une es touches T.. . ( par exemple T.. ,) est enfoncée l'interrup- teur correspondant 1^ ,) s'ouvre et on constate une absence de signal sur le conducteur C . En effet, les diodes connectées en série dans les. autres interrupteurs ne permettent pas le passage du signal significatif vers le conducteur C, par l'intermédiaire de ceux-ci, de sorte que le conducteur C, se trouve isolé tant que le signal significatif reste appliqué sur le conducteur L,. et que la touche T,, , est enfoncée. Il suffit d'associer au clavier un montage électronique d'explo- ration cyclique des lignes et des colonnes (dont un mode de réalisation non limitatif sera décrit ci-dessous)

fonctionnant à une vitesse d'exploration cyclique suffisante et notamment très supérieure à la rapidité maximum d'un opérateur utilisant le claiver, pour que tout le clavier soit analysé périodiquement et que l'enfoncement d'une touche quelconque soit infaillible¬ ment détecté.--

En figure 2, on a représenté une touche Ti,j comprenant l'interrupteur Ii,j et la diode Di,,] associés en un ensemble compact. Ainsi, chaque touche Ti, j comporte un noyau inférieur 15 réalisant une fonction de guidage dans un plaque de support 16 dont la face in¬ férieure peut par exemple être agencée en circuit imprimé portant les conducteurs L. et C-. Le noyau 15 orme également une partie mobile de contact suscep- tible d'entrer en contact en position de repos (telle que représentée sur la figure 2) avec les conducteurs L- , et C-, respectivement. Selon une particularité - J avantageuse de l'invention, la partie mobile de contact comporte une partie isolante 15„ formant l'essentiel du noyau et deux éléments conducteurs 19, 20 électri¬ quement isolés et espacés l'un de l'autre et faisant saillie latéralement par rapport au noyau 1.5 de façon à pouvoir entrer en contact avec les conducteurs Li et Cj, respectivement; tandis que la diode Di,j est connectée entre les deux éléments conducteurs 19, 20 en étant de préférence noyée au coeur de la partie isolante 5' . Cette dernière constitue également un support d'ancrage pour les deux éléments conducteurs 19, 20 maintenus de cette façon espacés l'un de l'autre. En revenant maintenant à la figure 1 , on va décrire à titre d'exemple non limitatif, un circuit électronique susceptible de rendre opérationel le clavier qui vient d'être décrit.

Ce système électronique comporte un générateur de signal 25 à sorties multiplexées et un analyseur

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de signal 26 à entrées multipl xées ; ces deux dispo¬ sitifs correspondant à la définition qui précède.

Le générateur de signal 25 comporte donc quatre sorties multiplexées S_- ,S ₂ ,S. _Z ,S , connectées respecti- veinent aux conducteurs de ligne L.. ,L ₂ ,L,,L, , tandis que l'analyseur de signal comporte quatre entrées multi¬ plexées E.. ,E _2V ,,E , connectées respectivement aux conducteurs de colonne C, ,C ₂ ,C,,C _Λ .De plus, les entrées E..-E» reçoivent chacune une tension constante appliquée par l'intermédiaire de résistances R«, ,R ₂ ,R-,,R respecti¬ ves, reliées à une source de tension positive -+• V. Les résistances R- ₁ -R ont toutes la même valeur. Bien sûr, le générateur de signal pourrait tout aussi bien être connecté aux conducteurs de colonne et l'analyseur de signal pourrait être connecté aux conducteurs de ligne. Par ailleurs, le générateur de signal 25 comporte une entrée de référence E ₀ reliée à un potentiel de réfé¬ rence V _Q (de préférence, l'entrée E _Q est connectée à la masse) et tout le fonctionnement du générateur 25 se résume à faire correspondre séquentiellement et cycli¬ quement l'entrée E _Q aux différentes sorties dans " un ordre choisi. Les commutations opérées par le géné¬ rateur de signal sont commandées par des iπrpus±aos aj liquées à une entrée de commande e ₂ . L'analyseur de signal comporte quant à lui une entrée de commande 'e^ recevant des impulsions de comman¬ de, fixant le rythme avec lequel les entrées E^-E _^ seront successivement explorées et analysées. L'entrée e_. est reliée à un premier moyen de pilotage séquentiel constitué d'une horloge H et d'un premier compteur 28 tandis que l'entrée e ₂ est reliée à un second moyen de pilotage séquentiel (combiné au premier ) constituée de l'horloge H et des compteurs 28 et 29 montés en cascade. Ainsi, la fréquence de fonctionnement dudit premier moyen de pilotage séquentiel est plus élevée • que la fréquence de fonctionnement dudit second moyen de pilotage séquentiel et ces fréquences de fonctionnement

fixent le rythme de l'analyse des états des entrées d'une part et le rythme des commutations séquen¬ tielles de la tension V _Q aux différentes sorties S^- S^ d'autre part. Le rapport des deux fréquences de fonctionnement est au moins égal au nombre d'entrées multiplexées dudit analyseur de signal, de façon que ce dernier ai-t le temps"d'explorer" toutes les entrées E^-E _* pendant l'intervalle de temps où la tension V _Q est présente à l'une des sorties A titre d'exemple, on a réalisé un prototype dans lequel le compteur 28 fournit des impulsions de commande à 50kHz et dans lequel le compteur 29 fournit des impul¬ sions de commande à 5 kHz.

Lorsque la tension significative V« (le potentiel de la masse) est appliquée à l'une quelconque des sortie toutes les entrées E-.-E reçoivent sensiblement la même tension par l'intermédiaire des interrupteurs et des diodes reliées au conducteur de ligne concerné. En revanche si une touche de cette ligne est enfoncée, le conducteur de colonne correspondant est isolé et une tension + V apparait à l'une des entrées de l'analyseur ^* 26. Ce phénomène est détecté par l'analyseur au cours d'une séquence d'exploration et d'analyse des entrées Lorsque ce phénomène se produit, un moyen de mémorisation non représenté, relié au générateur 25 et à l'analyseur 26, enregistre à la fois la sortie du générateur 25 qui se trouve momentanément reliée à l'entrée de référence E _Q et l'entrée de l'analyseur 26 qui reçoit momentanément la tension + V. On mémorise de cette façon les coordonnées de la touche qui a été enfoncée.

On comprend qu'un clavier selon l'invention présen¬ te des avantages techniques extrêmement importants par rapport aux claviers de la technique antérieure _c Tout d'abord, et comme on l'a déjà indiqué, la durée minimum du signal produit par enfoncement d'une

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touche est prédéterminée et est complètement indépendan¬ te de l' opérateur. Ce résultat technique est obtenu par la combinaison du système magnétique de rappel des tou¬ ches en position de repos , avec le fait que les touches 5 sont à contact normalement fermé en position de repos . Dans une telle- combinaison, la force de rappel agissant sur chaque touche est maximum quand la touche est en position de repos , et diminue progressivement au fur et à mesure de l ' enfoncement de la touche . Ainsi , pour pro-

10 voquer l 'ouverture des contacts , il faut appliquer à la touche une force d ' en oncement qui doit être supérieure à une valeur minimum prédéterminée. Dès que cette force d'enfoncement minimum a été appliquée à la touche , la touche est enfoncée , et continue à s ' enfoncer même si

15 la force d ' enfoncement qui lui est appliquée devient nulle . Dès que la touche a commencé à s ' enfoncer, son contact est ouvert , et un signal est produit. Le signal est produit pendant tout le temps d' enfoncement de la touche et de retour de la touche vers sa position de

20 repos . La durée du signal est sensiblement égale à la durée de mouvement aller-retour de la touche . La durée minimale dudit signal dépend donc uniquement de la struc¬ ture du clavier et est donc complètement indépendante de l' opérateur . Comme cette durée minimum de signal est • 25 toujours très supérieure à celle des signaux parasites (produits par des chocs, des vibrations , par le phéno¬ mène de rebonds sur les contacts mécaniques) , il n' est plus nécessaire d 'utiliser des circuits électroniques de . codage (associés au clavier) ayant une base de temps

30 très précise pour permettre une distinction entre un signal réel et un signal parasite. L 'invention permet donc d'utiliser des circuits de codage très simplifiés , qui sont beaucoup moins chers que les circuits de codage utilisés dans la technique antérieure .

35 De plus , comme la force de rappel appliquée à une touche est maximum quand la touche est en position de

repos, et que les contacts sont normalement fermés en position de repos, la force d'enfoncement qu'un opé¬ rateur doit appliquer à une touche doit être au moins supérieure à la force de rappel magnétique appliquée à la touche, c'est-à-dire que la force d'enfoncement appliquée par ^" 1 ' opérateur doit être relativement impor¬ tante. On supprime ainsi, en raison de cette force d'enfoncement importante, la majeure partie des phéno¬ mènes de rebond qui se produisent normalement à l'ouver- ture des contacts mécaniques.

De même, à la fermeture, on supprime également la majeure partie des phénomènes de rebond, car la force de rappel magnétique appliquée à la touche au moment de la fermeture des contacts est très supérieure à la force cinétique de la touche pendant son mouvement de retour en position de repos, (cette force cinétique créant précisément les phénomènes de rebond).

On notera encore que, comme la force de rappel magnétique est maximum quand les contacts sont fermés, la force de pression entre les contacts fermés est très _^ importante, ce qui permet d'utiliser un circuit imprimé extrêmement simple pour former le réseau matriciel des lignes et des colonnes précitées, et l'on peut utiliser par exemple une technique de sérigraphie à encre conductrice. Cette technique ne peut toutefois être utilisée que si le circuit imprimé ne comprend aucun composant. C'est précisément le cas dans un clavier se¬ lon l'invention, dans lequel les composants (c'est-à- dire les diodes) sont prévus à l'intérieur des touches. On remarquera encore que le clavier selon l'inven¬ tion est du type logique, c'est-à-dire que ses sorties ne peuvent présenter que deux états : 0 et 1 . La notion de déplacement des touches est donc exclusivement ergonomique, étant donné que, en ce qui concerne la pro- duction d'un signal significatif, les touches n'ont plus de course morte, et que le déplacement d'une touche sert

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uniquement à donner une impression tactile à l' opérateur, et ne commande plus la qualité du contact , et donc du signal .

On comprend encore que la vérification, le montage et la maintenance d'un clavier selon l' invention sont très facilités*. Pour le montage , il suffit en effet de placer les touches dans les trous correspondants du clavier, et les touches sont automatiquement maintenues en position par la force de rappel magnétique . D'autre part, en cas de défaut d'un composant, ce composant est immédiatement identifié quand le clavier est mis sous tension, et il suffit alors de changer la touche correspondante.

On remarquera enfin que les trois facteurs carac- téristiques d 'un clavier à touches mobiles (qui sont la distance de déplacement des touches , les pressions de contact, et la durée minimum du signal produit par enfoncement d 'une touche ) ont des valeurs limites qui sont complètement indépendantes de l' opérateur , et que celui-ci peut uniquement , en actionnant le.s touches de diverses façons , améliorer ces trois facteurs carac¬ téristiques .

Bien entendu, l' invention n' est nullement limitée à la description qui précède, elle comprend tous les équivalents techniques des moyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent .

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