تتكون لوحة المفاتيح أساساً من ثلاثة أجزاء رئيسية: 

1. الأزرار: وهي الأجزاء المطاطية التي يتم الضغط عليها من قبل المستخدم لإدخال المعلومات. توجد الأزرار عادة في شكل مفاتيح حرفية وأرقامية ووظيفية. 

 2. اللوحة المطبوعة: وهي عبارة عن لوحة إلكترونية تحتوي على مصفوفة من المفاتيح الدقيقة التي تنتج إشارات رقمية فريدة عند الضغط على كل زر. 

 3. وحدة التحكم: وهي لوحة دوائر مطبوعة تقوم بمهام التحكم في عملية إنتاج ومعالجة إشارات الضغط على الأزرار ثم إرسالها إلى الحاسوب. هذه الأجزاء الثلاثة هي الأساسية لتشكيل البنية وعملية لوحة المفاتيح الحاسوبية.

البنية الميكانيكية

تتضمن البنية الميكانيكية للوحات المفاتيح العديد من العناصر الهيكلية التي تؤدي مهمة استقبال إشارات الضغط من المستخدم ونقلها إلى اللوحة الإلكترونية. 

 تتكون البنية الأساسية لكل زر من قبضة صغيرة مطاطية تتحرك للأعلى وللأسفل عند الضغط. وترتبط هذه القبضة بذراع قابل للحركة يحتوي على مفتاح صغير يتصل مع اللوحة الإلكترونية عند الضغط. 

 وتحتوي اللوحة المطبوعة على فتحات متعامدة تتناسب ومواقع الأزرار بحيث يدخل كل مفتاح داخل فتحة مناسبة عند الضغط. هذه التراكيب والآليات الميكانيكية الدقيقة هي المسؤولة عن استشعار حركة الأزرار وتحويلها إلى إشارات كهربائية قابلة للمعالجة.

البنية الإلكترونية

تعتمد لوحات المفاتيح على بنية إلكترونية متكاملة لاستشعار أماكن ضغط الأزرار وإنتاج إشارات رقمية مميزة لكل زر. تحتوي اللوحة المطبوعة على مصفوفة من المفاتيح المتصلة بخطوط توصيل تشبه المصفوفة. 

حيث تستخدم طريقة السحب المتداخل لاكتشاف الزر المضغوط. كما تحتوي وحدة التحكم على دوائر إلكترونية متكاملة للتحكم والمعالجة. يتم إنتاج إشارات التمييز الخاصة بكل زر عند الضغط ثم إرسالها للمعالجة اللاحقة.

إرسال إشارات المفاتيح

عند الضغط على أحد أزرار لوحة المفاتيح، تنضغط القبضة المطاطية للزر الموجودة على سطحها. يؤدي ذلك إلى حركة الذراع الميكانيكي المتصل بالقبضة ودخول مفتاحه إلى إحدى فتحات اللوحة الإلكترونية. تستخدم اللوحة الإلكترونية طريقة الترميز بالمصفوفة المتداخلة لتحديد موقع المفتاح المضغوط. 

 حيث تقوم بتمرير نبضات كهربائية عبر خطوط الصف والعمود المتعلق بالزر، مما ينتج إشارة فريدة. تنطلق هذه الإشارة إلى وحدة التحكم عبر منافذ الاتصال داخل اللوحة للمعالجة اللاحقة.

استقبال الإشارات

تقوم وحدة التحكم بدورها باستقبال إشارات الضغط على الأزرار الواردة من اللوحة الإلكترونية عبر المنافذ المخصصة. تحتوي الوحدة على دوائر إلكترونية متخصصة لفك ترميز الإشارات واستخلاص هوية الزر المضغوط. 

 حيث تقوم بتحليل الإشارة الواردة وفصلها إلى قيم تمثل رقم الصف والعمود للزر. كما تحتوي الوحدة على ذاكرة مؤقتة تستقبل وتخزن الإشارات قبل إرسالها إلى الحاسوب. ويتم ذلك من خلال المنفذ الموجود بين لوحة المفاتيح ولوحة الأم الخاصة بالجهاز.

ترجمة الإشارات إلى رموز

بعد استلام إشارات الضغط على الأزرار من اللوحة الإلكترونية، تقوم وحدة التحكم بترجمتها إلى رموز قياسية يمكن للحاسب فهمها. تحتوي الوحدة على جدول ترميزي يربط كل زر برمزه الخاص حسب المواصفات القياسية للوحات المفاتيح. بناء على هوية الزر المستلمة، يتم اختيار الرمز المقابل من الجدول ثم إرساله إلى الحاسب. 

 تستخدم معظم لوحات المفاتيح نظام "شفرات الضغط" الخاصة بويندوز أو لينكس لترميز إشارات المفاتيح. هذه العملية ضرورية لتحويل الإشارات الفيزيائية إلى رموز يمكن معالجتها برمجيا من قبل نظام التشغيل.

عرض الرموز على الشاشة

بعد ترجمة إشارات الضغط على الأزرار إلى رموز من قبل وحدة التحكم، يتم إرسال هذه الرموز عبر منفذ الإدخال إلى نظام التشغيل الخاص بالحاسوب. يقوم النظام بدوره بمعالجة الرموز وتحديد المهمة المقابلة لكل رمز حسب تعييناته. فمثلاً، الرموز المقابلة لأزرار الحروف سيتم عرضها على الشاشة. 

بينما الرموز الأخرى قد تنفذ أوامر أو وظائف. كما يقوم النظام بإرسال الرموز إلى التطبيقات والبرامج المفتوحة لعرضها أو معالجتها. هذه العملية التي تتم بين لوحة المفاتيح والحاسوب هي التي تؤدي إلى ظهور نتائج ضغط المستخدم على الشاشة.

الاستجابة للضغط على المفاتيح

تشمل عملية الاستجابة لضغط المستخدم على أزرار لوحة المفاتيح عدة مراحل: 

1. يقوم المستخدم بالضغط على أحد الأزرار مما يؤدي لحركة القسم الميكانيكي داخل اللوحة. 

 2. ترسل اللوحة الإلكترونية إشارة الضغط إلى وحدة التحكم. 

 3. تقوم الوحدة بترجمة الإشارة إلى رمز وإرساله إلى الحاسوب. 

 4. يقوم الحاسوب بمعالجة الرمز وإرساله للبرامج أو التطبيقات المفتوحة. 

 5. تقوم البرامج بعرض نتيجة الضغط على الشاشة أو تنفيذ أوامرها. هذه العملية السريعة تؤدي إلى استجابة لوحة المفاتيح بشكل فوري لكل ضغطة.

 أسئلة شائعة

س1. كيف يمكنني تبديل لغة لوحة المفاتيح؟ 

ج. يمكنك تغيير لغة لوحة المفاتيح من خلال الإعدادات الخاصة بنظام التشغيل أو من أدوات التحكم. وبعض اللوحات تتضمن خيارا للضغط على مفاتيح معينة لتبديل اللغة. 

 س2. هل يمكن تخصيص أزرار لوحة المفاتيح؟ 

ج. نعم يمكن تخصيص بعض المفاتيح وإعطائها وظائف إضافية عبر برامج خاصة. كما يتوفر نوع من اللوحات يمكن معه تغيير وظائف بعض الأزرار. 

 س3. ما هي أنواع لوحات المفاتيح الرئيسية؟ .

ج. هناك أنواع متعددة منها: اللوحات الميكانيكية، عادية، مضيئة، لاسلكية، بدون أسلاك. ولكل نوع مزاياه الخاصة. 

 س4. هل يمكن إصلاح لوحة المفاتيح بنفسي؟ 

ج. نعم يمكن إصلاح بعض المشاكل البسيطة مثل استبدال الأزرار. لكن التعامل مع الدوائر يتطلب خبرة. ودائما ما يفضل الاستعانة بفني متخصص. 

 س5. ما هي أهم قواعد الصيانة للوحات المفاتيح؟ 

 ج. من أهمها: تنظيف الأزرار باستخدام قطعة قماش نظيفة. تفادي سكب السوائل. عدم تركها في أماكن دافئة أو رطبة. والاستبدال الدوري لأزرار مطاطية قديمة.

الاستنتاج

تعد لوحات المفاتيح جزءا أساسيا من أي حاسوب أو جهاز إلكتروني، حيث تمثل واجهة التفاعل الرئيسية بين المستخدم والنظام. من خلال هذا الشرح التفصيلي لآلية عملها، أوضحنا البنية والعمليات المعقدة التي تقف وراء تحويل أبسط ضغطة مفتاح إلى رمز مفهوم بالنسبة للحاسوب. 

 تتمثل أهم نقاط الاستنتاج في دور كل جزء ميكانيكي وإلكتروني في هذه العملية، إضافة إلى أهمية ترميز الإشارات والتنسيق مع الحاسوب. 

 أتمنى أن يكون هذا الشرح قد أوضح آلية عمل لوحات المفاتيح بشكلٍ وافٍ ومفصَّل. وأن يكون قد ساهم في زيادة الوعي والمعرفة حول هذه الأجزاء الحيوية من أجهزة الحاسوب.