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1、毕业设计无线鼠标设计软件部分 职务：软件工程师摘要 本文首先介绍鼠标的发展历史以及分类，然后着重介绍光电鼠标的内部构造及工作原理，并分析了PS/2接口类型鼠标的接口协议。一前言（1）鼠标的发展历史. 1968年，鼠标的原型诞生；. 1981年，第一只商业化鼠标诞生，仍旧是机械鼠标，出现滚球鼠标；. 1983年，罗技发明了第一只光学机械式鼠标，成为日后的行业标准；. 80年代初出现了第一代光电鼠标，它需要特殊的有栅格的鼠标垫，过高的成本限制了其使用范围； . 1999年，微软公司与安捷伦公司合作发布了IntelliEye光学引擎，以及第一只光学鼠标。 （2）鼠标的分类鼠标按其工作原理的不同可以分

2、为机械鼠标和光电鼠标。机械鼠标机械鼠标主要由滚球、辊柱和光栅信号传感器组成。当你拖动鼠标时，带动滚球转动，滚球又带动辊柱转动，装在辊柱端部的光栅信号传感器产生的光电脉冲信号反映出鼠标器在垂直和水平方向的位移变化，再通过电脑程序的处理和转换来控制屏幕上光标箭头的移动。光电鼠标光电鼠标器是通过检测鼠标器的位移，将位移信号转换为电脉冲信号，再通过程序的处理和转换来控制屏幕上的光标箭头的移动。光电鼠标用光电传感器代替了滚球。这类传感器需要特制的、带有条纹或点状图案的垫板配合使用。另外，鼠标还可按外形分为两键鼠标、三键鼠标、滚轴鼠标和感应鼠标。两键鼠标和三键鼠标的左右按键功能完全一致，一般情况下，我们用

3、不着三键鼠标的中间按键，但在使用某些特殊软件时(如AutoCAD等)，这个键也会起一些作用；滚轴鼠标和感应鼠标在笔记本电脑上用得很普遍，往不同方向转动鼠标中间的小圆球，或在感应板上移动手指，光标就会向相应方向移动，当光标到达预定位置时，按一下鼠标或感应板，就可执行相应功能。无线鼠标和3D鼠标无线鼠标和3D鼠标：新出现无线鼠标和3D振动鼠标都是比较新颖的鼠标。无线鼠标器是为了适应大屏幕显示器而生产的。所谓“无线”，即没有电线连接，而是采用二节七号电池无线摇控，鼠标器有自动休眠功能，电池可用上一年，接收范围在1.8米以内。3D振动鼠标3D振动鼠标是一种新型的鼠标器，它不仅可以当作普通的鼠标器使用，

4、而且具有以下几个特点：1、具有全方位立体控制能力。它具有前、后、左、右、上、下六个移动方向，而且可以组合出前右，左下等等的移动方向。2、外形和普通鼠标不同。一般由一个扇形的底座和一个能够活动的控制器构成。3、具有振动功能，即触觉回馈功能。玩某些游戏时，当你被敌人击中时，你会感觉到你的鼠标也振动了。4、 是真正的三键式鼠标。无论DOS或Windows环境下，鼠标的中间键和右键都大派用场。有线无线鼠标在光电鼠标原由的基础上进行改良，通过RF 无线传输实现无线，同时内部是充电电池。作为有线鼠标使用世界首创来自3R,数据伸缩线，可长可短，携带非常方便。3R品牌有线无线鼠标无线鼠标的类型鼠标”的标准称呼

5、应该是“鼠标器”，英文名“Mouse”，它从出现到现在已经有38年的历史了。鼠标的使用是为了使计算机的操作更加简便，来代替键盘那繁琐的指令。鼠标的接口类型：鼠标按接口类型可分为串行鼠标、PS/2鼠标、总线鼠标三种。串行鼠标是通过串行口与计算机相连，有9针接口和25针接口两种。PS/2鼠标通过一个六针微型DIN接口与计算机相连，它与键盘的接口非常相似，使用时注意区分。总线鼠标的接口在总线接口卡上。无线鼠标和3D鼠标：新出现无线鼠标和3D振动鼠标都是比较新颖的鼠标。无线鼠标器是为了适应大屏幕显示器而生产的。所谓“无线”，即没有电线连接，而是采用二节七号电池无线摇控，鼠标器有自动休眠功能，电池可用上

6、一年，接收范围在1.8米以内。3D振动鼠标是一种新型的鼠标器，它不仅可以当作普通的鼠标器使用，而且具有以下几个特点：(1) 具有全方位立体控制能力。它具有前、后、左、右、上、下六个移动方向，而且可以组合出前右，左下等等的移动方向。(2) 外形和普通鼠标不同。一般由一个扇形的底座和一个能够活动的控制器构成。(3) 具有振动功能，即触觉回馈功能。玩某些游戏时，当你被敌人击中时，你会感觉到你的鼠标也振动了。(4) 是真正的三键式鼠标。无论DOS或Windows环境下，鼠标的中间键和右键都大派用场。二、光电鼠标的工作原理（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(CountPer

7、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800CPI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200400CPI，而光电鼠标的分辨率通常在400800CPI之间。除CPI以外，DPI(DotsPerInch:每英寸像素数)也常被人用来形容

8、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

9、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CMO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。不过，需要注意的是，大多数情况下，厂商不会公布鼠标的CMOS尺寸，其大小从15x15

10、到30x30像素（Pixel）不等。（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： 光学感应器光学感应器是光电鼠标的核心，目前能够生产光学感应器的厂家只有安捷伦、微软和罗技三家公司。其中，安捷伦公司的光学感应器使用十分广泛，除了微软的全部和罗技的部分光电鼠标之外，其他的光电鼠标基本上都采用了安捷伦公司的光学感应器。图1 光电鼠标内部的光学感应器安捷伦公司的光学感应器主要由CMOS感光块（低档摄像头上采用的感光元件）和DSP组成。CMOS感光块负责采集、接收由鼠标底部光学

11、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是方正光电鼠内部的光学感应器，它采用的是安捷伦公司的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

12、）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是罗技公司的CP5919AM控制芯片，它可以配合安捷伦的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 罗技公司的CP5919AM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

13、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。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”

14、，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。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

15、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 方正光电鼠标的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，

16、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三、

17、PS/2协议（1）PS/2接口标准的发展过程随着计算机工业的发展，作为计算机最常用输入设备的键盘也日新月异。1981年IBM推出了IBM pc/XT键盘及其接口标准。该标准定义了83键，采用5脚DIN连接器和简单的串行协议。实际上，第一套键盘扫描码集并没有主机到键盘的命令。为此，1984年IBM推出了IBM AT键盘接口标准。该标准定义了84101键，采用5脚DIN连接器和双向串行通讯协议，此协议依照第二套键盘扫描码集设有8个主机到键盘的命令。到了1987年，IBM又推出了ps/2键盘接口标准。该标准仍旧定义了84101键，但是采用6脚mini-DIN连接器，该连接器在封装上更小巧，仍然 用双

18、向串行通讯协议并且提供有可选择的第三套键盘扫描码集，同时支持17个主机到键盘的命令。现在，市面上的键盘都和ps/2及AT键盘兼容，只是功能不同而已。（2）PS/2接口硬件1)物理连接器一般，具有五脚连接器的键盘称之为AT键盘，而具有六脚mini-DIN连接器的键盘则称之为ps/2键盘。其实这两种连接器都只有四个脚有意义。它们分别是Clock(时钟脚)、DATA(数据脚)、+5V(电源脚)和Ground(电源地)。在ps/2键盘与pc机的物理连接上只要保证这四根线一一对应 就可以了。ps/2键盘靠pc的ps/2端口提供+5V电源，另外两个脚Clock(时钟脚)和DATA(数据脚)都是集电极开路的

19、，所以必须接大阻值的 上拉电阻。它们平时保持高电平，有输出时才被拉到低电平，之后自动上浮到高电平。现在比较常用的连接器如图1所示。2）电气特性PS/2通讯协议是一种双向同步串行通讯协议。通讯的两端通过Clock(时钟脚)同步，并通过DATA(数据脚)交换数据。任何一方如果想抑制另外一方通讯时， 只需要把Clock(时钟脚)拉到低电平。如果是pc机和ps/2键盘间的通讯，则pc机必须做主机，也就是说，pc机可以抑制ps/2键盘发送数据，而 ps/2键盘则不会抑制pc机发送数据。一般两设备间传输数据的最大时钟频率是33kHz，大多数ps/2设备工作在1020kHz。推荐值在 15kHz左右，也就是

20、说，Clock(时钟脚)高、低电平的持续时间都为40s。每一数据帧包含1112个位，具体含义如表1所列表1 数据帧格式说明1个起始位总是逻辑08个数据位（LSB）低位在前1个奇偶校验位奇校验1个停止位总是逻辑11个应答位仅用在主机对设备的通讯中表中，如果数据位中1的个数为偶数，校验位就为1；如果数据位中1的个数为奇数，校验位就为0；总之，数据位中1的个数加上校验位中1的个数总为奇数，因此总进行奇校验。按照PS/2协议，移动时，鼠标会输出一组时钟和数据信号；而在静止时，时钟和数据信号将一直保持为逻辑高电平，表示处于空闲状态。每次移动时，鼠标会向主机发送3个数据帧，每个数据帧11位，包括1个起始位

21、“0”、8个数据位（低位在前）、1个奇校验位和一个结束位“1”，因此每次移动时，鼠标会向主机发送33位数据，其中第0、11和22位是起始位“0”，第10、21和32位是结束位“1”，如图 5.7所示。在图 5.7 中，“Mouse status byte” 、“X direction byte”和“Y direction byte”三个字节的数据是鼠标移动产生的相关数据，包括状态、X方向数据和Y方向数据。按照PS/2协议，鼠标数据在时钟CLK的下降沿有效，而时钟CLK的频率要求在20KHz30KHz之间。基于PS/2协议的鼠标采用相对坐标的形式来追踪它的移动轨迹，如图 5.8所示。如果鼠标水平

22、向右移动，则得到一个正的X值；否则，得到一个负的X值。如果鼠标竖直向上移动，则得到一个正的Y值；否则，得到一个负的Y值。使用“0”表示正值；而使用“1”表示负值。在“Mouse status byte”数据字节中，XS和YS就表示了鼠标的移动方向。相对坐标中，X值和Y值表示了鼠标的移动速度，值越大表示鼠标的移动速度越大。“Mouse status byte”数据字节中，XV和YV则标识鼠标的移动是否超出了范围，包括X方向和Y方向。如果超出了范围，则XV或YV置位为1。“Mouse status byte”数据字节中，L和R则分别表示鼠标的左键和右键，如果有键按下，则相应的L或R置位。如果鼠标一

23、直移动，则图 5.7所示的33个位的数据不停发送，重复周期约为50ms。 按照PS/2协议，移动时，鼠标会输出一组时钟和数据信号；而在静止时，时钟和数据信号将一直保持为逻辑高电平，表示处于空闲状态。3）PS/2设备和PC机的通讯PS/2设备的Clock(时钟脚)和DATA(数据脚)都是集电极开路的，平时都是高电平。当ps/2设备等待发送数据时，它首先检查Clock(时钟脚)以确认其是否为高电平。如果是低电平，则认为是pc机抑制了通讯，此时它必须缓冲需要发送的数据直到重新获得总线的控制权(一般ps/2键盘有16个字节的缓 冲区，而ps/2鼠标只有一个缓冲区仅存储最后一个要发送的数据)。如果Clo

24、ck(时钟脚)为高电平，ps/2设备便开始将数据发送到pc机。一般都是由ps/2设备产生时钟信号。发送时一般都是按照数据帧格式顺序发送。其中数据位在Clock(时钟脚)为高电平时准备好，在Clock(时钟脚)的下降 沿被pc机读入。ps/2设备到pc机的通讯时序如图2所示当时钟频率为15kHz时，从Clock(时钟脚)的上升沿到数据位转变时间至少要5。数据变化到Clock(时钟脚)下降沿的时间至少也有5 ，但不能大于25 ，这是由ps/2通讯协议的时序规定的。如果时钟频率是其它值，参数的内容应稍作调整。4) PS/2向PC机发送一个字节从PS/2向PC机发送一个字节可按照下面的步骤进行：检测时

25、钟线电平，如果时钟线为低，则延时50；检测判断时钟信号是否为高，为高，则向下执行，为低，则转到(1)；检测数据线是否为高，如果为高则继续执行，如果为低，则放弃发送(此时pc机在向ps/2设备发送数据，所以ps/2设备要转移到接收程序处接收数据)；延时20(如果此时正在发送起始位，则应延时0)；输出起始位(0)到数据线上。这里要注意的是：在送出每一位后都要检测时钟线，以确保pc机没有抑制ps/2设备，如果有则中止发送；输出8个数据位到数据线上；输出校验位；输出停止位1；延时30(如果在发送停止位时释放时钟信号则应延时50)；通过以下步骤可发送单个位：准备数据位(将需要发送的数据位放到数据线上)；

26、延时20；把时钟线拉低；延时40；释放时钟线；延时20。5）PS/2设备从PC机接收一个字节由于PS/2设备能提供串行同步时钟，因此，如果PC机发送数据，则PC机要先把时钟线和数据线置为请求发送的状态。PC机通过下拉时钟线大于100来抑制通讯，并且通过下拉数据线发出请求发送数据的信号，然后释放时钟。当PS/2设备检测到需要接收的数据时，它会产生时钟信号并记录下面8个数据位和一 个停止位。主机此时在时钟线变为低时准备数据到数据线，并在时钟上升沿锁存数据。而PS/2设备则要配合PC机才能读到准确的数据。具体连接步骤如下：等待时钟线为高电平；判断数据线是否为低，为高则错误退出，否则继续执行；读地址线

27、上的数据内容，共8个bit，每读完一个位，都应检测时钟线是否被PC机拉低，如果被拉低则要中止接收；读地址线上的校验位内容，1个bit；读停止位；如果数据线上为0(即还是低电平)，PS/2设备继续产生时钟，直到接收到1且产生出错信号为止(因为停止位是1，如果PS/2设备没有读到停止位，则表明此次传输出错)；输出应答位；检测奇偶校验位，如果校验失败，则产生错误信号以表明此次传输出现错误；延时45 ，以便PC机进行下一次传输。读数据线步骤如下：延时20；把时钟线拉低；延时40；释放时钟线；延时20；读数据线。下面的步骤可用于发出应答位：延时15；把数据线拉低；延时5；把时钟线拉低；延时40；释放时钟

28、线；延时5；释放数据线。四、芯片资料（1）ATMEL Mega8Atmega8是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，有五种工作模式。它具有如下特点： 8k字节的系统内可编程Flash（具有同时读写能力，即RWW）512字节EEPROM1K字节SRAM32个通用工作寄存器32个通用I/O口线3个具有比较模式的灵活的定时器/计数器（T/C）片内/外中断，可编程串行USART，面向字节的两线串行接口10位6路（8路为TQFP与MLF封装）ADC具有片内振荡器的可编程看门狗定时器一个SPI串行端口，以及五种可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU 停止工作，而SR

29、AM、T/C、SPI端口以及终端系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止震荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；Standby模式下只有晶体或谐振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力。ATMEL Mega8引脚图引脚说明VCC 数字电路的电源GND 地端口B（PB7PB0） 端口B为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的

30、驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B具有高祖状态。 通过时钟选择熔丝位的设置，PB6可作为反向振荡放大器或时钟操作电路的输入端。 通过时钟选择熔丝位的设置PB7可作为反向振荡放大器的输出端。 若将片内标定RC振荡器作为芯片时钟源，且ASSR寄存器的AS2位设置，PB76作为异步T/C2的TOSC2.1输入端。端口C（PC5PC0） 端口C为双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位

31、过程中，即使系统时钟还未起振，端口C处于高阻状态。PC6/RESET 若RSTDISBL熔丝位编程，PC6作为I/O引脚使用。 若RSTDISBL熔丝位未编程，PC6作为输入引脚。持续时间小于门限时间的脉冲不能保证可靠复位。端口D（PD7PD0） 端口 D 为 8 位双向 I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 D 处于高阻状态。RESET 复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。门限时间见 P35Table 15 。持续时间小于门限时间的脉冲不能保证可靠复位。AV/CC AVCC 是A/D转换器、端口C (3.0)及ADC (7.6)的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC 连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC 连接。注意，端口C (5.4)为数字电源， V/CC。AREF A/D