毕业设计无线鼠标设计硬件部分Word文档下载推荐.docx
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院系：
信息工程学院
20年3月3日
一、毕业设计的目的
1）提高学生实际动手能力，掌握电路设计的系统流程。
2）设计无线鼠标，掌握315M无线发射和接收模块的设计方法和原理。
掌握鼠标与PC机之间的通信协议。
通过理论与实践相结合设计出可实际简单应用的无线鼠标。
二、主要设计内容
1）无线鼠标的无线发射和接收模块的电路图设计。
2）鼠标的PS/2接口转USB的电路设计。
三、重点研究问题
熟悉鼠标的工作原理和接口协议，设计无线发射和接收模块电路。
四、主要技术指标或主要设计参数
1）315M无线发射和接收模块。
2）鼠标与PC机通讯方式的数据帧结构。
3）调试无线发射和接收模块之间的通讯。
4）PS/2--PC机的鼠标通讯协议转USB--PC机的USB2.0协议。
五、设计成果要求
最终成果将是用将设计的无线鼠标在PC机上的利用无线的方式进行简单的应用，是自制无线鼠标能准确的实现鼠标的功能。
提交设计模块源码、串口初始化源码以及最终论文。
六、工作进度安排
1）收集资料，了解光电鼠标的工作原理，PS/2通信协议，无线接收和发送的技术指标，USB2.0协议。
2）无线鼠标的电路设计和接口转化调试。
3）总体测试、调试等。
4）整理文档及外文翻译资料、编写毕业设计说明书。
华北水利水电学院本科生毕业设计（论文）开题报告
2011年4月15日
学生姓名
专业
电子信息工程
题目名称
无线鼠标的设计
课题来源
指导老师推荐
主
要
内
容
一、毕业设计的背景
随着信息技术的飞速发展，计算机已经成为人们日常工作、学习必不可少的工具。
其中，鼠标作为计算机最重要的外设之一，它能控制计算机屏幕的光标移动，代替了键盘的某些繁琐的指令，使计算机的操作更加简便。
鼠标从出现至今，经历了机械式鼠标、光电机械式鼠标和光电式鼠标三个阶段。
线鼠标采用无线技术与计算机通信，从而省却了电线的束缚。
其通常采用的无线通信方式包括蓝牙、Wi/Fi（IEEE802.11）、Infrared（IrDA）、ZigBee（IEEE802.15.4）等等多个无线技术标准，但对于当前主流无线鼠标而言，仅有27Mhz、2.4G和蓝牙无线鼠标共三类。
本文要介绍的则是鼠标发展的新阶段:
MEMS无线鼠标。
它以MEMS技术为依托，进行一定距离的无线操作，来控制屏幕光标移动。
MEMS，MicroElectron/mechanicalSystem，即微机电系统，是指采用微机械加工技术可以批量制作的，集微型传感器、微型机构、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口、通讯等于一体的微型器件或微型系统。
它可以将物理信号转换为电学信号或将电学信号转换为物理信号，实现从信号取样、处理到执行的整体集成。
一般采用27M、2.4G、蓝牙技术实现与主机的无线通讯。
二、毕业设计的内容要求
4）PS/2--PC机的鼠标通信协议转USB--PC机的USB2.0协议。
三、主要的研究内容
第一步：
熟悉光电鼠标的工作原理，以及熟悉掌握PS/2通信协议。
第二步：
了解315M无线发射和接收模块，在此基础上设计出电路图。
第三步：
熟悉无线发射和接收模块之间的技术指标，设计出分别与鼠标和PC机之间的电路，并实物焊接。
初始化芯片和串口芯片，利用PS/2协议和USB协议之间的转化。
调试无线模块之间的通信，连接PC机用鼠标做出鼠标的实际应用。
采取的主要技术路线或方法
1、采用的方案是在鼠标的传输线上连接上无线发射和接收模块。
2、发射部分电路主要由AVR单片机ATMELMega8（以下简称为Mega8）和315M发射模块组成。
Mega8是一款高性能、低功耗单片机：
采用先进RISC精简指令，1MHZ时钟能达到近1MIPS的运算速度；
内部集成了较大容量的存储器和丰富的硬件接口电路，自带RC振荡电路可代替晶振；
价格与低档单片机相当，性价比极高。
在这里，Mega8主要完成PS2接口鼠标的控制与数据获取，并通过315M发射模块发送位移数据。
接收模块的工作电压为5伏，静态电流4毫安，它为超再生接收电路，接收灵敏度为－105dbm，接收天线最好为25～30厘米的导线。
接收部分电路是由PL2303HX这类USB转UART芯片和无线接收模块的数据端相连接。
通过利用USB块传输模式，利用庞大的数据缓冲器和自动流量控制，PL2303HX能够实现更高的吞吐量比传统的UART（通用异步收发器）端口，高达115200bps的波特率可用于更高的性能使用。
3、鼠标的工作模式有四种，分别为Reset模式，Wrap模式，Remote模式和Stream模式。
前两种作为测试用，Remote模式为主机有需要时，发送命令使鼠标回送位移数据，Stream模式是上电的初始模式，每当鼠标产生位置或者按键状态的改变就自动发送数据。
显而易见，第四种模式是最合适的。
预期的成果及形式
时间
安排
3～4周：
查阅文献资料，完成开题报告；
5～6周：
收集资料，了解PS/2协议和无线通信技术指标和参数；
7～10周：
无线模块的电路图设计；
11～12周：
总体测试、调试等；
13～14周：
论文的撰写；
15周：
修改打印论文，答辩；
指导教师意见
签名：
年月日
备注
摘要
鼠标是人们日常使用的电脑外设，其技术的发展备受瞩目。
而随着工作环境和需求的不断变化，人们越来越需要一种具备无线功能和悬空遥控功能的鼠标，它不依赖于平面，没有连线的距离限制。
同时，在鼠标的发展中，如何缩小鼠标的体积，降低鼠标的功耗也越来越被人们所关注。
无线鼠标则是电脑周边器件与无线通信技术的完美结合物。
通常，鼠标通过PS2插口或者USB接口以有线的方式将移动的距离和方向转换成脉冲信号传送给PC。
根据鼠标的工作原理和协议，利用S2鼠标和315M无线发射接收模块，配合PC串口，制作无线串口鼠标。
本文在分析了无线鼠标的工作原理之后，将无线鼠标的设计主要分为两部分。
一部分是无线通信，使用无线收发进行无线发送和接收，对该芯片进行控制完成信息的无线传递功能。
另一部分为接收器与计算机间的通信，将接收器接收到的信号在单片机的控制下通过PL2303HX这类USB转UART芯片传递给PC机并让PC识别出相应的操作。
后面的论文总结了在无线鼠标接收器研究设计中的工作，提出了下一步需要完善和解决的问题。
关键词:
无线鼠标；
发射模块；
接收模块；
串口通信协议。
Abstract
Themouseisdailyuseofcomputerperipherals，anditstechnologyfocusofattention.Andwiththeworkenvironmentandtheneedsofconstantlychanging，peoplearemoreandmoreneedawirelessfunctionandimpendingfunctionofremotdecontrolofthemouse.Itdoesn'
tdependontheplane，noattachmentdistancelimit.Inthemeantime，thedevelopmentofthemousehowtoreducethevolumeofnarrowingthemouse，thepowerconsumptionisalsomoreandmorebemouseconcernforpeople.Wirelessmouseiscomputerperipheraldevicesandtheperfectcombinationofwirelesscommunicationtechnologythings.
General，ThemousethroughthePS/2orUSBcablewaywillmoveinthedistanceanddirectionconvertpulsesignalstothePC.Accordingtotheworkprincipleandagreementmouse，usingtheS2mouseand315Mwirelesstransmittingreceivingmodule，cooperate，makingwirelessPCserialserialmouse.Basedontheanalysisofthewirelessmouseworks，wirelessmouseismainlydividedintotwoparts.Partofiswirelesscommunication，Usingwirelesstransceiverforwirelesssendandreceive，Thechipsforcontrolofthewirelesstransferfunctioncompleteinformation.AnotherpartofisReceiverandcomputercommunications，thenreceiverreceivedsignalsUnderthecontroloftheprocessorgetthroughPL2303HXthiskindofUSB/UARTchiptopasstothePCAndletPCidentifythecorrespondingoperation.Behindthepapersummarizestheresearchinwirelessmousereceiverdesignwork，areputforwardneedtoimproveandsolveproblems.
Keyword:
wirelessmouse;
LaunchandReceiverModule；
Serialcommunicationprotocol.
4.3问题总结-46-
第一章绪论
1.1研究背景及意义
1968年12月9日，在IEEE会议上，斯坦福研究院的DouglasEnglebart博士展示了世界上第一个鼠标，同时发表了“图形用户界面”即GUI的构想。
Englebart博士也没有想到他的小小发明竟然如此大的改变了计算机界面后来的发展历史。
从简单的机械式鼠标到机械滚珠鼠标，再到光电鼠标，以及如今最为流行的无线鼠标，无疑鼠标改变了人们的一些生活习惯。
IEEE协会把鼠标的发明列为计算机诞生50年来最重大的事件之一，可见其对IT历程的重大影响作用。
虽然此后的十几年，因为虽然“图形用户界面”的构想引起的很轰动的影响，但是它的要求大大超过了当时电脑的发展水平和需求，所以鼠标也就一直没有他的用武之地。
鼠标在我们电脑日常使用中的使用频率是最高的。
“鼠标”的标准称呼应该是“鼠标器”，英文名“Mouse”，我们称它为“鼠标”是因为其外型象一只老鼠。
鼠标器作为继键盘后，新的计算机输入设备，使得人与计算机交互更加方便，因而鼠标的发明被国际电器工程师协会评为计算机诞生50年来世界计算机业界最重大的事件之一。
到今天鼠标已经是40多年的历史了，可是人们一直都在致力于鼠标的发展和未来的趋势。
机械式鼠标、光电鼠标、光学式鼠标、无线鼠标再到陀螺仪空中鼠标、可以体会到不同以往的三维空间的力反馈的触觉鼠标以及3D鼠标、不需要将物理表面信息转换成电脑屏幕上的移动这种物理信息的感应鼠标以及未来意念控制的鼠标。
在众多鼠标当中，无线鼠标无意识最新崛起的一股力量，它的性能不断地在完善，操作的优越性使得其在近两年的发展速度奇快，从早期的红外传输到今天的无线电传输，可以说无线鼠标的发展已经成规模。
尤其是近几年，笔记本市场的扩大，更使得无线鼠标倍受欢迎。
在无线技术中，2.4Ghz无线技术无疑是最受玩家青睐的，因为它的最大的优点是传输距离可以达到10米，这就比27Mhz无线技术占有很大的优势。
如今，2.4Ghz无线技术嫣然成为最主流的，最受人欢迎的无线技术，当然2.4Ghz无线鼠标成为越来越多的笔记本用户首选对象。
所以我们选择此课题主要是深入了解鼠标的工作原理以及与PC机之间的通信。
在此基础上对无线通信加以应用和深入的探讨。
为无线鼠标以后的发展趋势以及动态做了一个较好的理解和关注。
1.2主要研究方法及内容
本论文在理解和熟悉光电鼠标的工作原理的基础上，通过在鼠标的数据线上连接上无线发射，接收模块，对鼠标加以“改造”，使得一个有线鼠标变为一个无线鼠标。
此鼠标不仅可以完成鼠标的基本功能，还可以在规定的范围内（5~~10米）可以任意移动。
主要的研究内容有如下几点：
一：
二：
三：
第二章鼠标的相关知识和工作原理
2.1鼠标的工作原理
1、光学鼠标的主要参数
（1）、分辨率
光电鼠标的分辨率通常用CPI（Count
Per
Inch
:
每英寸的测量次数）来表示，CPI越高，越利于反映玩家的微小操作。
而且在鼠标光标移动相同逻辑距离时，分辨率高的需要移动的物理距离则要短。
拿一款800
CPI的光电鼠标来说，当使用者将鼠标移动1英寸时，其光学传感器就会接收到反馈回来的800个不同的坐标点，鼠标箭头同时会在屏幕上移动800个像素点。
反过来，鼠标箭头在屏幕上移动一个像素点，就需要鼠标物理移动1/800英寸的距离。
所以，CPI高的鼠标更适合在高分辨率的屏幕下使用。
光学机械鼠标的分辨率多为200～400
CPI，而光电鼠标的分辨率通常在400～800
CPI之间。
除CPI以外，DPI（Dots
每英寸像素数）也常被人用来形容光电鼠标的分辨率。
由于光电鼠标的分辨率反映了一个动态过程，所以用CPI来形容更恰当些。
但无论是CPI还是DPI，描述的都是光电鼠标的分辨率，不存在性能差别。
（2）、刷新频率
光电鼠标的刷新频率也被称为扫描频率或者帧速率，它反映了光学传感器内部的DSP对CMOS每秒钟可拍摄图像的处理能力。
在鼠标移动时，光学传感器中的数字处理器通过对比所“拍摄”相邻照片间的差异，从而确定鼠标的具体位移。
但当光电鼠标在高速运动时，可能会出现相邻两次拍摄的图像中没有明显参照物的情况。
那么，光电鼠标势必无法完成正确定位，也就会出现我们常说的“跳帧”现象了。
而提高光电鼠标的刷新频率就加大了光学传感器的拍摄速度，也就减少了没有相同参考物的几率，达到了减少跳帧的目的。
（3）、像素处理能力
虽然分辨率和刷新率都是光电鼠标重要的技术指标，但它们并不能客观反映光电鼠标的性能，所以罗技提出了像素处理能力这个指标，并规定：
像素处理能力＝CMOS晶阵像素数×
刷新频率。
根据光电鼠标的定位原理我们知道，光学传感器会将CMOS拍摄的图像进行光学放大后再投射到CMOS晶阵上形成帧，所以在光学放大率一定的情况下，增加了CMOS晶阵像素数，也就可增大实际拍摄图像的面积。
而拍摄面积越大，每帧图像上的细节也就越清晰，参考物也就越明显，和提高刷新率一样，也可减少跳帧的几率。
2、光电鼠标的内部构造
光电鼠标通常由以下部分组成：
光学感应器、光学透镜、发光二极管、接口微处理器、轻触式按键、滚轮、连线、PS/2或USB接口、外壳等。
下面分别进行介绍：
（1）光学感应器
图1光电鼠标内部的光学感应器
光学感应器主要由CMOS感光块（低档摄像头上采用的感光元件）和DSP组成。
CMOS感光器是一个由数百个光电器件组成的矩阵，恰似一部相机，用来拍摄鼠标物理位移的画面。
光学传感器会将拍摄的光信号进行放大并投射到CMOS矩阵上形成帧，然后再将成帧的图像由光信号转换为电信号，传输至数字信号处理器进行处理。
DSP对相邻帧之间差别进行除噪和分析后，将得出的位移信息通过接口电路传给计算机。
CMOS感光块负责采集、接收由鼠标底部光学透镜传递过来的光线（并同步成像），然后CMOS感光块会将一帧帧生成的图像交由其内部的DSP进行运算和比较，通过图像的比较，便可实现鼠标所在位置的定位工作。
图2光学感应器内部的组成方式
图1是光电鼠内部的光学感应器，它采用的是H2000/A0214光学感应元件，其芯片内部的组成方式可参见图2。
图3是H2000/A0214光学感应器的背面，从图中我们可以看到，芯片上有一个小孔，这个小孔用来接收由鼠标底部的光学透镜传送过来的图像。
图3光学感应器背面的小孔用来接收由鼠部底部的光学透镜传送过来的图像
（2）光电鼠标的控制芯片
控制芯片负责协调光电鼠标中各元器件的工作，并与外部电路进行沟通（桥接）及各种信号的传送和收取。
我们可以将其理解成是光电鼠标中的“管家婆”。
图4是控制芯片，它可以配合H2000/A0214光学感应元件，实现与主板USB接口之间的桥接。
当然，它也具备了一块控制芯片所应该具备的控制、传输、协调等功能。
这里有一个非常重要的概念大家应该知道，就是DPI对鼠标定位的影响。
DPI是它用来衡量鼠标每移动一英寸所能检测出的点数，DPI越小，用来定位的点数就越少，定位精度就低；
DPI越大，用来定位点数就多，定位精度就高。
图4控制芯片
通常情况下，传统机械式鼠标的扫描精度都在200dpi以下，而光电鼠标则能达到400甚至800dpi，这就是为什么光电鼠标在定位精度上能够轻松超过机械式鼠标的主要原因。
（3）光学透镜组件
光学透镜组件被放在光电鼠标的底部位置，从图5中可以清楚地看到，光学透镜组件由一个棱光镜和一个圆形透镜组成。
图5光学透镜组件由一个棱光镜和一个透镜组成 其中，棱光镜负责将发光二极管发出的光线传送至鼠标的底部，并予以照亮。
圆形透镜则相当于一台摄像机的镜头，这个镜头负责将已经被照亮的鼠标底部图像传送至光学感应器底部的小孔中。
通过观看光电鼠标的背面外壳，我们可以看出圆形透镜很像一个摄像头（如图6）！
图6光电鼠标的背面外上的壳圆形透镜很像一个摄像头
（4）发光二极管
光学感应器要对缺少光线的鼠标底部进行连续的“摄像”，自然少不了“摄影灯”的支援。
否则，从鼠标底部摄到的图像将是一片黑暗，黑暗的图像无法进行比当然更无法进行光学定位了。
图7光电鼠标内部的发光二极管
通常，光电鼠标采用的发光二极管（如图7）是红色的（也有部分是蓝色的），且是高亮的（为了获得足够的光照度）。
发光二极管发出的红色光线，一部分通过鼠标底部的光学透镜（即其中的棱镜）来照亮鼠标底部；
另一部分则直接传到了光学感应器的正面。
用一句话概括来说，发光二极管的作用就是产生光电鼠标工作时所需要的光源。
（5）轻触式按键
没有按键的鼠标是不敢想象的，因而再普通的光电鼠标上至少也会有两个轻触式按键。
方正光电鼠标的PCB上共焊有三个轻触式按键（图8）。
除了左键、右键之外，中键被赋给了翻页滚轮。
高级的鼠标通常带有X、Y两个翻页滚轮，而大多数光电鼠标还是像这个方正光电鼠标一样，仅带了一个翻页滚轮。
翻页滚轮上、下滚动时，会使正在观看的“文档”或“网页”上下滚动。
而当滚轮按下时，则会使PCB上的“中键”产生作用。
注意：
“中键”产生的动作，可由用户根据自己的需要进行定义。
图8光电鼠标的PCB上共焊有三个轻触式按键
当我们卸下翻页滚轮之后，可以看到滚轮位置上，“藏”有一对光电“发射/接收”装置（如图9）。
“滚轮”上带有栅格，由于栅格能够间隔的“阻断”这对光电“发射/接收”装置的光路，这样便能产生翻页脉冲信号，此脉冲信号经过控制芯片传送给Windows操作系统，便可以产生翻页动作了。
图9光电“发射/接收”装置
3、光电鼠标的工作原理
在光电鼠标内部有一个发光二极管，通过该发光二极管发出的光线，照亮光电鼠标底部表面（这就是为什么鼠标底部总会发光的原因）。
然后将光电鼠标底部表面反射回的一部分光线，经过一组光学透镜，传输到一个光感应器件（微成像器）内成像。
这样，当光电鼠标移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像。
最后利用光电鼠标内部的一块专用图像分析芯片（DSP，即数字微处理器）对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成光标的定位。
LED光学引擎的原理示意图
4.产生数字信号
为了能产生数字信号，鼠标下的CMOS类似于我们见到的网格，它会把采样回来的图像分成很多紧密排列的小格，再在这些以小格为单位的图像中找出相同的像素点，也就是参照物。
对比两次采样图像的相同像素点，也就知道了鼠标移动的方向。
由于采样频率是固定的，鼠标的移动速度也就能计算出来了。
当鼠标移动速度过快时，鼠标在连续两次扫描所得的图片中找不到相同的像素点，也就无法判断光标移动的速度和方向了，这就是鼠标刷新率不足产生的光标指针丢失的现象。
2.2PS/2鼠标工作模式
一.ReSet模式:
鼠标在上电后或是应答"
ReSet"
（0xFF）命令后就进入REset模式，进入这个模式后，鼠标执行自检，并置缺省参数：
采样速率:
100点每秒
分辨率:
4个计数值/毫米
缩放比例:
1:
1
数据报告被禁止
设置完成后鼠标发送完成代码（0xAA成功）或是（0xFC）失败，若主机收到了不是不是0xAA，则可重上电使其再次复位。
接着鼠标发送这的设备ID号0x00，随即进入Stream模式。
注意:
鼠标在没有收到"
使能数据报告（0xF4）"
之前是不会发送任何位移数据包给主机。
升级会员 