光电鼠标原理 相对于传统的机械式鼠标，光电鼠标具有定位准确、移动流畅且不易脏污等优点并且，随着光电鼠标价格的不断下跌，取代机械式鼠标而成为市场主流的趋势已不可阻挡 今天，笔者就以方正品牌机配备的光电鼠标为例，带领大家一起去见识一下光电鼠标的内部“风光” 光电鼠标的工作原理 光电鼠标与机械式鼠标最大的不同之处在于其定位方式不同 光电鼠标的工作原理是：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 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部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）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 通过试验，笔者得出结论：不管是阻断棱光镜还是圆形透镜的光路，均会立即导致光电鼠标“失明”。
其结果就是光电鼠标无法进行定位，由此可见光学透镜组件的重要性 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较，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，便可以产生翻页动作了 图9 光电“发射/接收”装置 除了以上这些，光电鼠标还包括些什么呢？它还包括连接线、PS/2或USB接口、外壳等由于这几个部分与机械式鼠标没有多大分别，因此，这里就不再说明了！ 嵌入式设备鼠标接口的设计与实现摘要：分析了ＰＳ／２鼠标的接口和通信协议，介绍了ＰＳ／２鼠标与单片机的接口设计方法，配合点阵ＬＣＤ显示器，实现了嵌入式设备的图形化人机接口（ＧＵＩ） 关键词：ＰＳ／２接口 双向同步串行协议 ＧＵＩ当前嵌入式系统技术已得到了广泛应用，但传统嵌入式系统的人机接口多采用小键盘操作的文本菜单方式，用户操作较为不便本文介绍了一种利用ＰＳ／２接口鼠标，在点阵ＬＣＤ的单片机系统上实现图形化用户界面的方案用窗口菜单和图形按钮取代了传统的键盘操作，具有成本低、效果好等特点，具有很强的实用性。
１ ＰＳ／２接口和协议１．１ 接口的物理特性ＰＳ／２接口用于许多现代的鼠标和键盘，由ＩＢＭ最初开发和使用物理上的ＰＳ／２接口有两种类型的连接器：５脚的ＤＩＮ和６脚的ｍｉｎｉ－ＤＩＮ图１就是两种连接器的引脚定义使用中，主机提供＋５Ｖ电源给鼠标，鼠标的地连接到主机电源地上１．２ 接口协议原理ＰＳ／２鼠标接口采用一种双向同步串行协议即每在时钟线上发一个脉冲，就在数据线上发送一位数据在相互传输中，主机拥有总线控制权，即它可以在任何时候抑制鼠标的发送方法是把时钟线一直拉低，鼠标就不能产生时钟信号和发送数据在两个方向的传输中，时钟信号都是由鼠标产生，即主机不产生通信时钟信号 如果主机要发送数据，它必须控制鼠标产生时钟信号方法如下：主机首先下拉时钟线至少１００μｓ抑制通信，然后再下拉数据线，最后释放时钟线通过这一时序控制鼠标产生时钟信号当鼠标检测到这个时序状态，会在１０ｍｓ内产生时钟信号如图３中Ａ时序段主机和鼠标之间，传输数据帧的时序如图２、图３所示２ ＰＳ／２鼠标的工作模式和协议数据包格式２．１ ＰＳ／２鼠标的四种工作模式ＰＳ／２鼠标的四种工作模式是：Ｒｅｓｅｔ模式，当鼠标上电或主机发复位命令０ｘＦＦ给它时进入这种模式；Ｓｔｒｅａｍ模式鼠标的默认模式，当鼠标上电或复位完成后，自动进入此模式，鼠标基本上以此模式工作；Ｒｅｍｏｔｅ模式，只有在主机发送了模式设置命令０ｘＦ０后，鼠标才进入这种模式；Ｗｒａｐ模式，这种模式只用于测试鼠标与主机连接是否正确。
２．２ 数据包结构ＰＳ／２鼠标在工作过程中，会及时把它的状态数据发送给主机发送的数据包格式如表１所示表1 鼠标发送的数据包格式 Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0Byte1Y overflowX oberflowX sipn bitX sign bitAlways 1Middle BtnRight BtnLeft BtnByte2X MovementByte3Y MovementByte4Z MovementＢｙｔｅ１中的Ｂｉｔ０、Ｂｉｔ１、Ｂｉｔ２分别表示左、右、中键的状态，状态值０表示释放,１表示按下Ｂｙｔｅ２和Ｂｙｔｅ３分别表示Ｘ轴和Ｙ轴方向的移动计量值，是二进制补码值Ｂｙｔｅ４的低四位表示滚轮的移动计量值，也是二进制补码值，高四位作为扩展符号位这种数据包由带滚轮的三键三维鼠标产生若是不带滚轮的三键鼠标，产生的数据包没有Ｂｙｔｅ４其余的相同３ 设计与实现３．１ 接口设计因为ＰＳ／２鼠标接口采用双向同步串行协议，时钟脉冲信号以下皆称ＣＬＯＣＫ总是由鼠标产生因此，可以考虑这种方案：鼠标的ＣＬＯＣＫ接主机的一外中断线，数据线以下皆称ＤＡＴＡ接主机的某一Ｉ／Ｏ口线，如图４所示。
在主机程序中，利用每个数据位的时钟脉冲触发中断，在中断例程中实现数据位的判断和接收在实验过程中，通过合适的编程，能够正确控制并接收鼠标数据但该方案有一点不足，由于每个ＣＬＯＣＫ都要产生一次中断，中断频繁，需要耗用大量的主机资源由于鼠标与主机之间以双向同步串行协议传送数据，若不考虑ＣＬＯＣＫ，仅考虑ＤＡＴＡ，则其数据帧的时序与单片机的ＵＡＲＴ异步串行时序类似所以，采用了另一种方案：鼠标的ＣＬＯＣＫ仍旧接主机的外中断，但鼠标的ＤＡＴＡ接ＵＡＲＴ的接收脚ＲｘＤ参照图４ ＤＡＴＡ改接ＲｘＤ在初始化过程中，主机利用ＣＬＯＣＫ的外中断和ＲｘＤ脚的Ｉ／Ｏ口线功能实现数据的传输初始化完成后，切换到ＲｘＤ功能即ＵＡＲＴ的接收引脚功能因为鼠标已处于Ｓｔｒｅａｍ模式的工作状态，这时鼠标能主动发送数据这样，主机可以在每收到一帧数据时才中断一次中断次数大大降低，减少了主机资源的耗用不过，在此方案中，必须实现另一个功能：主机波特率的自适应因为ＰＳ／２接口的鼠标一般工作在１０ｋＨｚ～２０ｋＨｚ时钟频率不同厂家制造的鼠标工作的时钟频率不同嵌入设备主机要做到与不同鼠标的波特率同步和自适应，才能够正确接收鼠标传送来的数据。
波特率的自适应是这样实现：鼠标上电自检时会产生一串时钟脉冲，利用鼠标时钟脉冲产生的中断，结合主机的定时器测量时钟脉冲周期，可以得出所用鼠标的时钟频率，进而求出波特率通过设置相应的波特率寄存器，实现了波特率的自适应３．２ 软件实现 软件实现原理框图如图５所示１)鼠标初始化最简单的初始化就是当鼠标上电自检完成后，主机给鼠标发送一个使能鼠标数据传送命令字节(０ｘｆ４)，鼠标就会在默认设置状态下工作主机也可实现自定义初始化，如：复位三次(Ｓｎｄ＿ＣＭＤ(０ｘｆｆ),Ｓｎｄ＿ＣＭＤ(０ｘｆｆ),Ｓｎｄ＿ＣＭＤ(０ｘｆｆ)；设置采样率：Ｓｎｄ＿ＣＭＤ(０ｘｆ３),Ｓｎｄ＿ＣＭＤ(０ｘ０ａ)；设置解析度(２点／毫米)：Ｓｎｄ＿ＣＭＤ(０ｘｅ８),Ｓｎｄ＿ＣＭＤ(０ｘ０１)；设置缩放比例。