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一種簡單串行鼠標(biāo)控制的單片機實現(xiàn)
摘要：通過對鼠標(biāo)底層通信原理與協(xié)議的深入分析，探討以AT89C2051單片機構(gòu)成串行鼠標(biāo)的實現(xiàn)方法；介紹鼠標(biāo)編碼器數(shù)據(jù)取軟件的設(shè)計原理及方法，給出串行鼠標(biāo)的軟件設(shè)計。鼠標(biāo)是一種快速定位器，通過移動鼠標(biāo)可以快速定位屏幕上的對象，是計算機圖形界面交互的必用外部設(shè)備。通常，鼠標(biāo)通過微機中的串口或PS/2鼠標(biāo)插口與主機連接。當(dāng)在平面上移動鼠標(biāo)時，通過機械或光學(xué)的方法把鼠標(biāo)滾輪移動的距離和方向轉(zhuǎn)換成脈沖信號傳送給計算機，計算機鼠標(biāo)驅(qū)動程序?qū)⒚}沖個數(shù)轉(zhuǎn)換成鼠標(biāo)的水平方向和垂直方向的位移量，從而控制顯示屏上光標(biāo)箭頭隨鼠標(biāo)的移動而移動。根據(jù)此原理，我們可利用鼠標(biāo)的上位機驅(qū)動程序來設(shè)計測控系統(tǒng)中的編碼器讀取軟件。
1 串行鼠標(biāo)的原理及數(shù)據(jù)協(xié)議
鼠標(biāo)一般劃分為以下功能模塊：微控制器、
按鍵檢測、位置移動檢測、RS232信號產(chǎn)生、5V電源產(chǎn)生器。串行鼠標(biāo)的功能框圖如圖1所示。
微軟公司與Mouse System公司的鼠標(biāo)都采用串行輸入技術(shù)。微軟公司的協(xié)議格式為3個字節(jié)：第1字節(jié)的6、7位固定為1，4，5位分別為左右鍵狀態(tài)，2、3位為上下移動數(shù)據(jù)的高6、7位，0、1位為左右移動數(shù)據(jù)的高6、7位；第2、第3字節(jié)發(fā)送的都是左右上下的其余6位數(shù)據(jù)，其中Y表示上下、X表示左右移動的數(shù)據(jù)位。Mouse System公司的協(xié)議格式為5個字節(jié)：1個字節(jié)用于描述3個按鍵的狀態(tài)，2個字節(jié)為Y方向的相對坐標(biāo)，另外2個字節(jié)為X方向的相對坐標(biāo)，具體協(xié)議如表1所列。由表1我們可以方便地制作鼠標(biāo)。
表1 鼠標(biāo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息協(xié)議
L=左鍵狀態(tài) M=中鍵狀態(tài) R=右鍵狀態(tài) 1=按下 0=釋放
X7～X0=X軸（左右）運動數(shù)據(jù) Y7～Y0=Y軸（上下）運動數(shù)據(jù)
2 AT89C51構(gòu)成的鼠標(biāo)電路
AT89C2051構(gòu)成的鼠標(biāo)接口電路如圖2所示。
硬件接口分配如下：
P1口完成對按鍵及X、Y方向的運動掃描；
P3.1完成數(shù)據(jù)發(fā)送。
為較好地跟蹤鼠標(biāo)狀態(tài)，采用12MHz晶振，AT89C2051每μs執(zhí)行1條指令，能滿足實時跟蹤的要求。
圖2 電路原理圖
3 軟件設(shè)計
設(shè)計的軟件要完成按鍵掃描、X方向/Y方向運動掃描、數(shù)據(jù)發(fā)送等任務(wù)。在記數(shù)光電管產(chǎn)生脈沖的同時，將數(shù)據(jù)按照規(guī)定格式發(fā)送到主機。脈沖的個數(shù)反映了移動的距離，單位時間內(nèi)脈沖數(shù)越多，鼠標(biāo)移動越快。
下面以X方向為例，詳細(xì)說明方向的判斷及脈沖的記數(shù)。
X方向的2路信號為P1.2與P1.3，分別用X1與X2表示。當(dāng)鼠標(biāo)向左移動時，X1（P1.2）超前于X2（P1.3）；當(dāng)鼠標(biāo)向右移動時，X1（P1.2）落后于X2（P1.3）；假設(shè)測得X1、X2都為低電平0（圖3中a），若下一次測得X1為高電平1、X2為低電平0（圖3中b）。第三次檢測到X1、X2電平1（圖3中c），繼續(xù)向左移動，直到檢測到X1為低電平1、X2為高電平0（圖3中d），正好檢測到一個完整的脈沖，計數(shù)器加1，接著進入下一個循環(huán)。由此可見，要完成一個脈沖的計數(shù)，需要檢測到四種不同的狀態(tài)：X1=X2=0；X1=1，X2=0；X1=X2=1；X1=0，X2=1。
向右移動的狀態(tài)為：X1=X2=0；X1=0，X2=1；X1=X2=1；X1=1，X2=0。正好與向左移動的情況相反。
由此，可以根據(jù)本次測得的狀態(tài)與上一次的狀態(tài)比較的結(jié)果確定鼠標(biāo)移動的方向。
向上、向下的運動檢測遵循同樣的原則。
根據(jù)以上分析，要完成一次計數(shù)，單片機至少要對每一種狀態(tài)檢測一次，這就需要單片機有較高的跟蹤速度。由實驗測得，最短的時間間隔在b與d處，即X1=X2=0變化到X1=X2=1或者X1=X2=1變化到X1=X2=0的過程中。鼠標(biāo)正常移動時，間隔一般為300μs～500μs。即使在鼠標(biāo)高速移動時，最小間隔也大于80μs。當(dāng)AT89C2051采用12MHz晶振時，程序正常掃描一遍的時間最大為50μs（包括數(shù)據(jù)處理與發(fā)送的時間），因此，能保證每種狀態(tài)都能掃描到。
在表1中，X7～X0反映X方向移動的距離。如X值為正（X7=0），則表示鼠標(biāo)向右運行；如果為負(fù)值（X7=1，即以補碼表示），表示向左運行。
同理，若Y值為正，表示鼠標(biāo)向下運行；若為負(fù)，則表示向上運行。
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