Устройства ввода играют ключевую роль в компьютерной и игровой среде. Сегодня мы закончим наше вскрытие основных устройств ввода, взяв классический геймпад: контроллер Microsoft Xbox 360. Этому дизайну часто подражали, и не зря: он подходит для самых разных рук и стилей игры.
Несомненно, внутренности устройств ввода довольно крутые. Это означает, что мы вынимаем наши скальпели и отправляем их к операционному столу для еще одного исследования анатомии оборудования. Если вы пропустили наши предыдущие статьи по анатомии, вот краткий сборник всех частей, которые мы рассмотрели до сих пор:
Все в твоих руках
Геймпад Xbox был обновлен для Xbox One и снова для Xbox серии X / S, но общая схема не изменилась. Контроллеры Sony PlayStation или другие геймпады будут похожи внутри.
В этом контроллере всего 14 кнопок, два триггера и два джойстика, поэтому вы можете подумать, что интерьер чрезвычайно сложен. Но такие вещи, как правило, приводят к большим расходам, поэтому дизайнеры Microsoft стремились сделать все как можно проще.
Что касается кнопок, контроллер использует комбинацию мембранных контактов для большинства и микровыключателей там, где их нельзя использовать.
На изображении ниже это ясно показано: основные цветные кнопки и кнопки запуска / меню, а также D-pad, все являются простыми мембранными переключателями — при нажатии кнопки прокладка на конце (или под силиконовым слоем) ) завершает разрыв кривой, создавая сигнал.
Микровыключатели используются всего в двух местах: джойстики и плечевые кнопки; поэтому при нажатии они издают характерный щелчок.
В случае с джойстиками они используются, чтобы гарантировать, что простое перемещение ручки не активирует переключатель — микропереключатели требуют большего усилия для работы, чем простая контактная система.
Что касается плечевых кнопок, это просто вопрос простоты, поскольку их гораздо проще установить таким образом, чем делать отдельную крошечную печатную плату.
Мы также можем видеть, как работает джойстик на изображении выше — он подключен к двум поворотным потенциометрам, по одному для осей x и y. Когда ручка перемещается, сопротивление каждого потенциометра изменяется, в результате чего на них измеряется другое напряжение.
Эти напряжения откалиброваны так, чтобы они давали значение для положения джойстика. Однако не все геймпады используют такую систему. Например, контроллер SteelSeries Stratus Duo имеет магниты в основании джойстиков и использует датчики Холла для обнаружения движения.
Благодаря меньшему количеству механических частей, подлежащих износу, эта конструкция должна продержаться дольше теоретически, а также уменьшить проблему смещения ручки, иначе говоря, смещение: когда грязь и повреждение потенциометров приводят к тому, что контроллер регистрирует постоянное движение джойстика.
В триггерах также используются поворотные потенциометры, при нажатии на которые пластмассовый уровень скручивает резистивный контакт. Это еще одна простая и дешевая система, но она также подвержена износу и пыли, вызывая проблемы, хотя и в гораздо меньшей степени, чем с джойстиками.
Контроллер для консоли Sega Dreamcast использовал магниты и датчики Холла в триггерах, чтобы устранить эти проблемы, но установка более дорогая в производстве.
Все геймпады в наши дни оснащены функцией вибрации, при которой игры могут отправлять сигналы на контроллер, чтобы заставить его вибрировать, например, для улучшения обратной связи в гоночных играх. Для этого используются два электродвигателя с регулируемой скоростью, к одной стороне шпинделя которых прикреплен металлический груз.
Поскольку вес смещен, весь блок раскачивается, когда двигатель раскручивается вверх и вниз, и мы ощущаем это как вибрацию, когда держимся за контроллер.
Microsoft API XInput — это пример библиотеки кода, которая позволяет разработчикам легко программировать свои заголовки для распознавания входных сигналов с геймпада и отправки данных обратно для использования системы вибрации.
В таких контроллерах необходимо управлять множеством сигналов и напряжений, и на изображении выше мы можем видеть электронные компоненты, участвующие в управлении ими. Справа находится основной микроконтроллер — он отслеживает движение всех кнопок, джойстиков и триггеров и интерпретирует их в сигналы для USB-соединения.
Он также управляет напряжениями для электродвигателей, и эти команды проходят через микросхему регулятора напряжения слева от него. Закругленный компонент наверху — это осциллятор, который выдает цифровой сигнал синхронизации, чтобы все было синхронизировано.
Более современные геймпады, такие как беспроводной контроллер Sony DualSense, еще более сложны, они содержат чипы для управления соединением Bluetooth, акселерометры и гироскопы для обнаружения движения всего устройства, линейные приводы вместо простых двигателей для грохота и системы обратной связи по усилию триггеры.
Заключение
Мыши, клавиатуры и геймпады — не единственные устройства ввода для компьютеров — есть джойстики, трекболы, рули, устройства 6DOF, графические планшеты, трекпады и сенсорные экраны, и это лишь некоторые из них. Они просто обрабатывают прямые физические входы, а есть другие, которые могут отслеживать движение глаз или всего тела.
Итак, пришло время навести порядок, собрать детали в ящики для запасной электроники и вернуться к использованию наших мышей, клавиатур и геймпадов в повседневной жизни, работе и хобби. Если у вас есть любимая мышь, действительно уникальная клавиатура или просто остались приятные воспоминания о старом контроллере консоли, сообщите нам об этом в разделе комментариев.
