Neste artigo vai ser detalhado o conector DIN no padrão 41524, utilizado pelos antigos PC's da IBM e nas placas-mãe de fator forma AT para conectar o teclado.
Antes do surgimento do conector PS/2 para o mouse e o teclado, reinava na indústria de computadores um conector DIN de 5 pinos que fornecia energia e conexão de dados para a ligação de um teclado à placa-mãe. As interfaces gráficas eram, na grande maioria dos sistemas operacionais, feitas à base de linhas de comando, então o mouse não era tão importante quanto o teclado, fazendo com que todas as placas-mãe viessem apenas com esse conector DIN. Se o usuário quisesse conectar um outro dispositivo que não fosse o teclado, teria que comprar placas adaptadoras e conecta-las nos slot's de expansão ISA, ou eISA, ou VLB.
Veja a baixo a imagem de uma placa-mãe AT com seu conector DIN e vários slot's de expansão:
Antes de explicar o funcionamento do protocolo de comunicação do conector DIN 41524, vamos contar uma breve história sobre este famoso conector.
Os conectores DIN foram padronizados no início doa anos 1970 pelo Instituto de Normas Alemão (DIN - Deutsches Istitut für Normung). Durante a década de 1970, os conectores DIN foram utilizados em diversos tipos de interfaces de comunicação, principalmente envolvendo sinais analógicos de áudio.
Os conectores DIN possuem uma blindagem metálica circular com diâmetro de 13,2 milímetros para proteger o conjunto de contatos, que pode variar de três à nove pinos, dependendo do conector e de sua aplicação. Os pinos possuem 1,45 milímetros de espessura e são igualmente espaçados em ângulos de 90°, 72°, 60° ou 45° num círculo de 7,0 milímetros de diâmetro. Veja os principais modelos listados abaixo:
> DIN 41524 / IEC / DIN EN 60130-9 com 3 pinos a 90 ° e 5 pinos a 45 °;
> DIN 45322 com 5 pinos e 6 pinos a 60 °;
> DIN 45323 com 6 pinos;
> DIN 45329 / IEC 10 com 7 pinos a 45 °;
> DIN 45326 / IEC / DIN EN 60130-9 com 8 pinos em 45 °.
Veja abaixo o formato dos principais conectores DIN do mercado:
Para saber mais informações sobre o conector DIN, CLIQUE AQUI e veja um PDF com muitas informações técnicas e mecânicas sobre este conector.
Veja abaixo um conector DIN 41524 de uma placa-mãe AT:
Nos anos 1980 surgiu uma variação do conector DIN bem menor, com uma blindagem metálica circular de 9,5 milímetros de diâmetro, e com a mesma qualidade: o Mini-DIN. Surgiram várias versões, como por exemplo a Mini-DIN-3, Mini-DIN4, Mini-DIN-5, Mini-DIN-6, Mini-DIN-7, Mini-DIN-8 e Mini-DIN-9, sendo que, o número de cada versão representa a quantidade de pinos do conector.
Veja a imagem abaixo, com as principais versões do conector Mini-DIN:
O mini-DIN logo foi utilizado em duas interfaces que conhecemos bastante:
> A interface de vídeo analógica S-Video, com um conector mini-DIN-4, de quatro pinos;
> E a interface PS/2 para mouse e teclado, com seis pinos e documentação DIN 45322, que foi introduzida no mercado com o computador pessoal IBM Pessoal System/2 em 1987. Apesar disso, praticamente todas a placas-mãe de fator-forma AT lançadas nos anos 1990 ainda utilizaram um conector DIN comum de 5 pinos.
Veja abaixo um conector Mini-DIN 45322 de interface PS/2 para mouse e teclado:
Agora, vamos ao funcionamento da interface DIN 41524 para teclados antigos.
IBM PC e IBM PC XT
A primeira revisão da interface DIN 41524 para teclado foi lançada junto do mais novo computador IBM PC. Veja a imagem de uma teclado Model F, lançado em 1981, para IBM PC, na imagem abaixo:
A interface era parecida com a interface PS/2. Veja o diagrama de pinos abaixo:
Basicamente, a interface de teclado do IBM PC possui uma linha para o sinal de clock, uma linha para transferência de dados, uma linha para resetar o dispositivo e as duas linhas de alimentação elétrica de 5 Volts (polo positivo e negativo).
O protocolo de transferência de dados possui dois pulsos de "START bit", oito bits de dados, um "make/break bit" e um "STOP bit". Para entender melhor, veja o gráfico abaixo, com a transferência de um pacote de dados:
Tanto a linha de clock quanto a linha de dados possui coletor aberto. Os resistor para a linha de clock e o resistor para a linha de dados possuem aproximadamente 1 KOhm. Veja a imagem abaixo para entender melhor a ideia de "coletor aberto":
A reinicialização do teclado é dada pela linha RESET ligada ao pino 3 do conector DIN.
A comunicação e o sinal de clock eram estabelecidos pelo teclado. O computador utilizava apenas a linha RESET para reiniciar o periférico.
Em 1983 surgiu o IBM Personal Computer XT, que utilizava uma conexão com o teclado bastante semelhante com a anterior.
Para o IBM PC XT a pinagem do conector DIN 41524 era a mesma, com exceção do pino 3 que ficava desconectado. O sinal RESET passou a ser dado pelas linhas de clock e de dados. Veja o a tabela de pinos do conector DIN deste teclado:
Quando era necessário reiniciar o periférico, a linha de clock e de dados era simplesmente puxada para nível LOW, e na sequência retornava ao seu normal. Fora esta pequena mudança, o protocolo de comunicação era o mesmo utilizado pelo IBM PC, com dois "START bit", oito bits de dados, um "make/break bit" e um "STOP bit"
Se você notou, no protocolo de comunicação há o termo "make/break bit". Este termo representa outras duas siglas: Keydown e Keyup. Estes termos significam:
> Keyup: Quando a tecla volta à sua posição original do teclado, isto é, quando ela deixa de ser pressionada;
> Keydown: É quando a tecla sai de sua posição original, isto é, quando ela é pressionada.
Nestes teclados para IBM PC e IBM PC XT, quando a tecla é pressionada, o "pulso Make/Break bit" fica em nível HIGH, e quando a tecla deixa de ser pressionada o pulso "Make/Break bit" volta para LOW.
IBM PC AT e demais placas-mãe AT
Os teclados compatíveis com o IBM PC AT e com as demais placas-mãe AT possuem um protocolo de comunicação bem diferente dos teclados para os computadores IBM PC e IBM PC XT. O protocolo de transmissão de dados é o mesmo utilizado na interface PS/2. Para conhecer melhor a interface PS/2 e seu protocolo de comunicação, CLIQUE AQUI e veja este artigo do Hardware Central
Caso você tenha aberto o link sobre a interface PS/2, viu que no protocolo de transmissão não há mais o "make/btreak bit" e o RESET não é feito puxando a linha de dados e de clock para nível LOW, isto porque é tudo via comandos trocados entre host e periférico.
O protocolo é simples: um "START bit", o código ou comando de oito bits, o bit de paridade e "STOP bit". Os oito bits enviados também são chamados de "Scan Code". Quando a tecla é apertada (Make - Keydown) um pacote de dados com o mesmo Scan Code é enviado ininterruptamente até que a tecla deixe de ser pressionada e volte a sua posição normal (Break - Keyup). Você verá mais detalhes abaixo, na lista de comandos.
Veja abaixo a pinagem do conector DIN para teclados feito para sistemas AT:
Em 1987, com o lançamento do IBM Personal System/2, a IBM reformulou o conector DIN para teclado, introduzindo no mercado o conhecido conector mini-DIN 45322 de 6 pinos e o padronizando como PS/2. Mesmo com a interface PS/2 no mercado, as fabricantes de placas-mãe AT continuaram a utilizar o velho conector DIN 41524. Somente com a chegada das placas-mãe de fator-forma ATX (Advanced Technology eXtended), no final dos anos 1990, que o padrão PS/2 passou a ser utilizado em massa e também passou a ser compatível com mouses. Após os anos 2000, a interface USB começou a ganhar o mercado e substituir gradativamente a interface PS/2, que mesmo assim foi bastante utilizada até a segunda década do século 21.
CURIOSIDADE: Teclados para placas AT e para o IBM PC AT são comumente chamadas de "AT keyboard".
É possível fazer um adaptador PS/2 para AT keyboard e vice-versa, isto porque as tensões do nível LOW e HIGH são as mesmas e, como foi dito, o protocolo de comunicação também é o mesmo, tendo apenas que se fazer a ligação certa entre o conector DIN 41524 e o conector Mini-DIN 45332. Veja o esquema de ligação abaixo:
Veja abaixo uma lista de comandos utilizados pelo host para se comunicar com o teclado via AT Keyboard ou interface PS/2:
Veja que, para reiniciar o periférico o comando "FF" é enviado para o teclado.
Quando você liga o PC, normalmente os três LED's do teclado piscam uma ou duas vezes de forma síncrona mostrando que o sistema vai iniciar. O comando que informa o status do computador para que os LED's pisquem é o "ED".
O comando "F3" define o delay / atraso de leitura de tecla pressionada e a velocidade / atraso de codificação da tecla. Abaixo, uma lista com valores de caracteres por segundo com uma precisão de +- 20%:
Valores dentro do padrão são 10,9 caracteres digitados por segundo, com uma precisão de +- 20% e delay de 500 milissegundos.
Na próxima tabela, uma lista de comandos que o teclado envia para o host:
Perceba que o teclado devolve apenas pacotes de dados com Scan Code's Break (Keyup).
OBS.: Para os mouses PS/2 um novo conjunto de comandos foi estabelecido, pois mouses funcionam de forma diferente do teclado.
Existem 3 conjuntos de códigos que representam todas as teclas do teclado. Este artigo foi o básico sobre a interface DIN 41524 e mini-DIN 45322. Você pode ver mais sobre os três conjuntos de teclas, os comandos Make/Break e outros CLICANDO AQUI (PDF em inglês)!
Este foi uma breve explicação sobre os padrões de comunicação com teclado anteriores à interface PS/2!
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FONTES e CRÉDITOS
Texto, imagens e tabelas: Leonardo Ritter
Fontes: HardwareBook; Pinouts.ru; HP.Spin - Eletrônica digital e programação; Wikipedia (Somente artigos com fontes verificadas!).