键盘

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键盘(keyboard)常指一种用于操作设备运行的指令和数据的输入装置,它被广泛应用于微型计算机和各种终端设备上。 第一台打字机 第一台实用打字机和“打字机”一词是由克里斯托弗·肖尔斯于1860年首次开发并获得专利的。这个打字机可以用于代替手工誊写文本,但是还不能实时看到文字是否拼错。但肖尔斯的成就不仅仅在于研发了打字机,他在日后对打字机的改进过程中还与其合伙人一同研发出了“QWERTY”柯蒂布局...

键盘(keyboard)常指一种用于操作设备运行的指令和数据的输入装置,它被广泛应用于微型计算机和各种终端设备上。

发展历程

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起源

第一台打字机

第一台实用打字机和“打字机”一词是由克里斯托弗·肖尔斯于1860年首次开发并获得专利的。这个打字机可以用于代替手工誊写文本,但是还不能实时看到文字是否拼错。但肖尔斯的成就不仅仅在于研发了打字机,他在日后对打字机的改进过程中还与其合伙人一同研发出了“QWERTY”柯蒂布局打字机。这是所有按键类输入设备的前身。

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第一台电传打字机

第一台电传打字机是1919年由德国西门子公司发明的。它的特点是用手动按键输入、穿孔带输入或由通讯线路及计算机输出端输入信号,这几种方式的任何一种都可以使电传打字机做出相应的输出、打印出文字或字符。另一特点是在用键盘打印文件的同时可以输出穿孔纸带,可以把信息进行传输通信,也可以同时把代码输入计算机。电传打字机常用于远距离通信或作为长距离电子计算机信息网络的终端。

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bd055型电传打字机

按键打孔器

1946年完成的第一台被称为ENIAC的数字计算机使用电传打字机向计算机输入数据。尽管与今天的电脑键盘有很大的不同,电传打字机在穿孔卡片上打孔,然后被送入读卡器。1948年晚些时候,BINAC计算机使电传打字机实现电磁控制,使计算机能够输入数据和打印结果,从而使它向今天的计算机又迈进了一步。

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穿孔打卡

发展

1969年——键盘问世

1964年Multics和VDTs(视频显示终端)问世,用户可以在打字时看到自己在屏幕上输入的内容。1969年,计算机终端公司CTC发布了DataPoint3300,这是第一个用来取代电传打字机的计算机终端。整个20世纪70年代初,键盘开始像我们今天使用的一样,是重型机械键盘或IBM等公司改装的电动打字机。然而,早期的个人电脑,如牛郎星仍然依赖于电脑前面的开关来输入数据。

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戴尔 早期重型机械键盘

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DataPoint3300

70年代初——电容键盘问世

早在20世纪70年代,行业中没有使用标准的键盘技术。不同的公司试图开发不同的方法来生产最精确的按键轴体技术,同时将生产成本降到最低。正是在这年代,电容式键盘被发明出来。第一个采用这种技术的键盘是IBM 3276数据输入键盘。这款键盘采用了电容式感应梁式弹簧轴体,是该公司后来生产的扣式弹簧轴体技术的前身。电容感应梁式弹簧轴体的灵感来自于早期触摸屏设备中使用的技术。

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IBM 3267 电容式键盘

1979年——薄膜式键盘问世

薄膜键盘最早出现在1979年,Atari(利亚的)发布他们的第一个家用计算机系统,Atari 400。当时的薄膜键盘主要采用的是金属薄膜开关。后来,随着技术的发展,薄膜键盘逐渐采用了橡胶薄膜开关、金属球膜开关等不同类型的薄膜开关。这些薄膜开关的特点不同,可以满足不同用户的需求。

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第一个薄膜式键盘

1984年——无线键盘问世

在商务电脑领域大获成功的IBM公司,首次尝试进军个人电脑市场,于1984年推出一款面向家庭的低端个人电脑产品,IBM PC junior,简称为PCjr。PCjr最显著的特点就是采用“Freeboard”键盘,可谓是今天蓝牙技术的先驱概念。Freeboard键盘由AA型电池供电,由红外无线传输连接到电脑。键盘布局为“巧克力键盘”样式,类似于今天苹果公司的MacBook的键盘。这种界面设计增大了手指与键帽接触的面积,击键更加准确,手感更加舒适。

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Freeboard 无线键盘

如今当人们提及键盘时,都会联想到另一种与其搭配的工具——鼠标,二者均为计算机输入设备。但鼠标直到20世纪60年代,才由Douglas Engelbart及同事William Kirk English发明。在此之前,几乎有关计算机的所有交互都需要键盘来完成。从第一台打字机的发明,至今按键输入设备已有百余年的发展历程。其被广泛应用于办公、教育、娱乐、工业、军事等领域。

基本结构

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键盘由外壳、按键和电路板三部分组成。一般我们看到的是键盘的外壳和所有按键电路板安置在键盘的内部,是看不到的。

外壳

键盘的外壳主要用来支撑电路板,提供给用户个方便的工作环境。键盘的外壳上一般都有调节键盘与操作者角度的支撑架。键盘外壳与工作台的接触面上装有防滑减振的橡胶垫。键盘外壳上一般还有三个指示灯,用来指示Num Lock、Caps Lock、Scroll Lock三个按键的功能状态。

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键盘外壳

电路板

电路板是整个计算机键盘的核心,主要由逻辑电路和控制电路组成。逻辑电路排列成矩阵形状,每一个按键都安装在矩阵的一个交叉点上。电路板上的控制电路由按键识别扫描电路、编码电路和接口电路组成。在一些电路板的正面可以看到由某些集成电路或其他一些电子元件组成的键盘控制电路,反面可以看到焊点和由铜箔形成的导电网络;而另外一些电路板只有制作好的矩阵网络,没有键盘控制电路,它们将这一部分电路放到了计算机内部。

但不同类型的键盘电路板组成是有区别的,就拿机械键盘和薄膜式键盘来说。机械键盘仅仅是一层简单的电路板,通过类似金属接触式开关的原理使触点导通或断开。而薄膜式键盘电路板分为三层,三片薄膜中,最上方为正极电路,最下方为负极电路,而中间为不导电的塑料片。

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常见机械键盘电路板

按键

按键就是我们输入数据时使用最多的一个个键。印有符号标记的按键安装在电路板上,有的直接焊接在电路板上,有的用特制的装置固定在电路板上,有的则用螺钉固定在电路板上。当用户按下一个键时,会把按键上导电元件与其下面金属元件接触上,松开手后,使按键与其下面金属元件脱离接触,这样键盘上的每个键都起一个开关的作用,称为键开关。但不同类型的键盘在按键上是有区别的,最常见的区别是在Windows键盘中的Windows键在macOS键盘中成了Command键,Backspace键变为了Delete键等等。

而在按键的制造过程中通常会用到键帽字符工艺、激光蚀刻和激光填料、镂空印字等都是在按键制造过程中常用的技术。常用的键帽材质分为三类:ABS、PBT以及POM材质。

键帽字符工艺

不同用途和不同材料的键帽会使用不同的工艺方法,最常见的就是激光蚀刻、丝网印刷、激光填料法、镂空印字法、双色成型法。

激光蚀刻和激光填料技术

激光蚀刻法是一种非常高效且成本低廉的方式,利用激光的特性在键帽上蚀刻出字符,激光烧过的痕迹不会脱落,灼烧后的键帽不仅字迹清晰还有一定凹槽,手感自然舒适。无害、无污染、成本低、产量高,无论如何都是最佳方案之一。

镂空印字技术

这种方式主要用在ABS材料键帽上,因为ABS键帽有良好的透光性,键盘要想做出背光灯效果只能采用这种方式。透明或半透明键帽上使用不透明涂料覆盖(这层涂料非常重要,决定了键帽抗打油能力和触感,往往成为键盘之间的决胜因素),便面字符形成了镂空的印文,轴上的灯光透过字符散射开来,形成背光键盘效果。

产品分类

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机械式结构键盘

这类键盘采用类似金属接触式开关的原理使触点导通或断开,从而获得通断控制信号。在实际应用中,机械键盘的结构形式很多,最常用的是交叉接触式。对于机械键盘来说,每一颗按键都有一个单独的开关来控制闭合,这个开关也被称为“轴”,依照微动开关的分类,机械键盘可分为传统的茶轴、青轴、白轴、黑轴、红轴等,每一种轴都对应不同的手感。

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前行者 tk600 机械键盘

红轴

直上直下的触发方式,也称之为线性轴,是操作压力最小的轴体,非常适合一般和输入量很大的用户。

茶轴

被称为“万能轴”,按下声音小,打起来有段落感,反馈力道轻。

青轴

按下声音大(清脆),拥有强烈的段落感,反馈力道轻,打游戏和文字录入都可以使用。

黑轴

被称为“游戏轴”,按下去就像一条弹簧般直上直下没有阻碍。按下声音较小,打起来没有段落感,反馈力道强。

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某机械键盘轴体和按键结构图

热插拔键盘

热插拔键盘,是指能够在不关闭电源的情况下更换部件的键盘,属于机械键盘的一种。热插拔键盘最大的优势在于可以自由更换轴体。并且在更换轴体时,各个厂家之间的轴体接口基本是通用的,所以在换轴时各个品牌基本都可以方便的进行更换。

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钛度 K850彩戏师 热插拔键盘

机械键盘的工作原理是:按下键帽时,按键内的复位弹簧被压缩,动片触点与静片触点相连,按键两个引脚连通,接触电阻大小与按键接触面积及材料有关,一般在数十欧姆以下;松手后,复位弹簧将动片弹开,使动片与静片触点脱离接触,两引脚返回断开状态。可见,其基本工作原理就是利用动片和静片触点的接触和断开来实现键盘或按钮两引脚的通、断。

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机械键盘电路原理图

电容式结构键盘

这类键盘的按键采用类似电容式开关的原理,通过按下按键改变电容器两电极间的距离而产生电容量的变化,形成暂时的允许振荡脉冲通过电容器的条件,从而获得通断控制信号。由于电容器无接触,所以这种键在工作过程中不存在磨损、接触不良等问题,耐久性、灵敏度和稳定性都比较好。

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手里键 hanzo001 电容式键盘

薄膜式结构键盘

这类键盘的按键通常由4层组成,最上层是中心有凸起的橡胶垫,下面三层都是塑料薄膜。其中,上、下两层塑料薄膜上用导电颜料印制出电路,并在按键位置正下方有一一对应的触点;中间的一层为隔离层,用来防止上、下两层的印制线路意外接触导致短路,而在上、下两层触点对应的位置打有直径约5mm的小孔。按下按键时,按键推动橡胶垫的凸起部分向下,而橡胶垫的凸起部分又压迫第一层的触点部分向下变形,透过第二层一隔离层的小孔,接触第三层的触点,从而输出编码。这种键盘无机械磨损,可靠性较高,同时成本也较低,目前在市场上的产品中占相当大的比重。

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薄膜式键盘电路板结构

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罗技 K380 薄膜键盘

光轴式结构键盘

光轴采用了和机械轴相同的按下按键轴芯下压弹簧的机制,只不过轴体内没有任何金属片,而是内置了红外线发射器。不按键的时候,轴芯挡住红外线的传播路径,按键时轴芯下压,红外线就不被挡住,轴体另一边收到红外线就触发了按键。

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血手幽灵 t87lt 光轴键盘

导电橡胶式键盘

其触电结构是通过导电橡胶相连。键盘内部有一层凸起带电的导电橡胶,每个按键都对应一个凸起,按下时把下面的触电接通。这种类型键盘是市场由机械键盘向薄膜键盘过渡的产品。

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noppoo 导电橡胶键盘

霍尔键盘

霍尔键盘通常使用在通信、军事、航天等对元器件有较高要求的领域或部门中。为此 , 必须考虑采用无触点的电子开关按键 。目前全球使用的电子按键多属霍尔键盘 。西方等国家认为 , 霍尔键盘是真正的电子键盘,是键盘工业中的一次技术革命 。此外霍尔键盘也开始应用到个人或者游戏领域,由于其特殊的接触方式,理论上相对于其他类型键盘更为耐用。

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利用霍尔效应制成的赛睿APEX PRO键盘

霍尔键盘是根据霍尔效应制成的,当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时,薄片两端会产生电位差,这种现象就称为霍尔效应。霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系,霍尔开关也正是利用这种原理把磁输入信号转换成实际应用中的电信号。霍尔键盘就是依据该原理制成。

虚拟键盘

虚拟键盘是一种大小与小型移动电话相仿的键盘,让用户能像操作普通键盘一样进行各种相关操作。手机虚拟键盘(软件键盘)也属于虚拟键盘的一种,手机虚拟键盘指的是全触摸手机的虚拟键虚拟键盘。可以直接使用触摸屏上的虚拟键盘作为真正的键盘。

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软件键盘

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虚拟键盘

键盘布局

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不同按键数布局

84键键盘

这种键盘上只有84个按键,相对于普通键盘缺少了编辑控制键区、功能键区、小数字键区及其他一些按键。最早的XT键盘(早期的PC机或XT机使用的键盘)就采用这种84键布局。

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Keychron K3 Pro 84键键盘

101键键盘

共有101个键,是在84键键盘的基础上独立建立了编辑控制键区,并且增加了功能键区、小数字键区及其他一些按键。

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中崎 ZQ-KB700 101键键盘

104键键盘

采用标准的104键台式机键盘、键体设计,比101键键盘多出了3个键,用于在Windows 95及以上的操作系统环境中快速调出系统菜单或鼠标右键菜单。

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雷柏 v700s 104键键盘

不同设计布局

标准键盘

标准键盘是指具备打字区、编辑键区、数字键区,完整三个区块的键盘(又称100%键盘)。各厂商的标准键盘无论从尺寸、布局还是外形上来看,都是大同小异的。

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甲品 gk9000 标准键盘

人体工程学键盘

人体工程学键盘是在标准键盘上将指法规定的左手键区和右手键区这两大板块左右分开,并形成一定角度,使操作者不必有意识的夹紧双臂,保持一种比较自然的形态。人体工程学键盘主要是提供给职业操作计算机的人。这种键盘增加了底托,解决了长时间悬腕或塌腕的劳累,并将两手所控的键位向两旁分开一定的角度,使两臂自然分开,达到省力的目的。

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米乔 goldtouch 人体工程学键盘

多功能键盘

多功能键盘就是键盘上除了普通键盘的按键以外还多出一些特殊的功能键。如键盘控制音量、听音乐、自动粘贴文本等。使用户使用起来更加方便,功能更强大。并且市面上的手写键盘也可以算作多功能键盘的一种。

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酷比魔方 mixplus 手写键盘

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罗技 g19s 多功能键盘

键位组成

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键盘上的键位可分输入键区(又称主键盘区)、功能键区、特定功能键区、方向键区和数字键区共5个区。并且在输入键区采用的都是“QWERTY”的布局模式,历史上出现过多种比该布局更科学的布局方式,如DVORAK键盘布局、MALT布局等,但是由于人们已经习惯了“QWERTY”的布局方式,因此其成为了当今键盘主流的布局方式。而键盘上的键位按照功能不同大致可分为五个区域,分别是输入键区、功能键区、特定功能区、方向键区、数字键区。

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键位组成

上述为Windows键盘的键位组成,macOS键盘在键位组成上与其大致相同但在某些按键上也略有不同。例如在macOS中,有 Command,Option,Control和⇧ Shift等键位。它们在Windows键盘中分别对应Windows键,Backspace,Enter,Alt,Ctrl,Shift等键位。

主要厂家及产品

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(仅为部分厂家,未完全列出)

公司名称公司简介系列产品产品图片
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罗技(Logitech)

罗技logitech,成立于1981年瑞士,全球领先的电脑外设制造商之一,其键盘产品种类繁多,从便携式薄型键盘到机械键盘都有覆盖罗技最著名的当属机械键盘,它的机械键盘分为了两个系列(G和K系列)。G系类是倾向于游戏的键盘,K系列主打的是日常使用键盘

罗技 G512 机械键盘

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微软(Microsoft)

微软Microsoft,始于1975年美国,全球计算机软件开发先驱者,全球比较大的电脑软件提供商,全球500强企业,美国微软公司。其键盘产品常常具有人性化的设计和优秀的性能微软以人体功能学键盘和专业键盘盖(专业键盘盖是一款纤薄的具有机械按键的键盘)而出名,其代表性的人体功能学键盘是Microsoft Classic系列,专业键盘盖是Surface Pro系列键盘

微软 surface 人体工程学键盘

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雷蛇(Razer)

雷蛇Razer,总部加利福尼亚圣地亚哥,专业开发、生产和销售知名游戏外围设备的企业,电脑周边产品全球知名生产商,其机械键盘产品非常受玩家欢迎雷蛇主要是生产机械键盘,代表系列是RAZER BLACKWIDOW 雷蛇黑寡妇蜘蛛系列。产品外观设计独特,使用手感舒适,并且配有RGB背光键盘

雷蛇 黑寡妇 机械键盘

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苹果(Apple)

苹果(Apple)是一家全球知名的电子产品制造商,其Mac键盘设计精美,手感舒适,适合Mac用户使用妙控键盘,是Apple 于 2017 年 4 月使用试生产的妙控键盘设备、固件和软件,并配合已发行的 iMac 系统进行了测试键盘

苹果 2021款 妙控键盘

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达尔优

达尔优是中国外设品牌,有着雄厚的技术储备,推出多款极具创新性的产品引领键鼠市场潮流,是国产外设品牌的代表主打机械键盘,其中以A系列最为出名键盘

达尔优 A98 机械键盘

参考资料

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词条目录
  1. 发展历程
  2. 起源
  3. 发展
  4. 基本结构
  5. 外壳
  6. 电路板
  7. 按键
  8. 产品分类
  9. 机械式结构键盘
  10. 热插拔键盘
  11. 电容式结构键盘
  12. 薄膜式结构键盘
  13. 光轴式结构键盘
  14. 导电橡胶式键盘
  15. 霍尔键盘
  16. 虚拟键盘
  17. 键盘布局
  18. 不同按键数布局
  19. 84键键盘
  20. 101键键盘
  21. 104键键盘
  22. 不同设计布局
  23. 标准键盘
  24. 人体工程学键盘
  25. 多功能键盘
  26. 键位组成
  27. 主要厂家及产品
  28. 参考资料

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