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1、光电鼠标光电鼠标介绍介绍力学与光电物理学院力学与光电物理学院- -朱松朱松 鼠标是鼠标是19641964年由加州大学伯克利分年由加州大学伯克利分校博士道格拉斯校博士道格拉斯恩格尔巴特（恩格尔巴特（Douglas Douglas EngelbartEngelbart）发明的，当时）发明的，当时Douglas Douglas EngelbartEngelbart考虑如何使电脑的操作更加简考虑如何使电脑的操作更加简便，用什么手段来取代由键盘输入的繁便，用什么手段来取代由键盘输入的繁琐指令。琐指令。 博士和世界上博士和世界上第一个鼠标第一个鼠标 鼠标鼠标发明之处是为了避免发明之处是为了避免键盘输入的繁
2、琐键盘输入的繁琐指令指令，希望用一种更为简单、明了的方式来，希望用一种更为简单、明了的方式来输入指令。输入指令。鼠标鼠标作为作为计算机的一种计算机的一种重要的重要的输输入设备，也是计算机显示系统纵横坐标定位入设备，也是计算机显示系统纵横坐标定位的指示器，的指示器，但但因形似老鼠因形似老鼠因而因而得名得名“鼠标鼠标”。 鼠标和鼠标和GUIGUI的结合才使的我们非计算机专的结合才使的我们非计算机专业出身的普通人得以更好的接触互联网，更业出身的普通人得以更好的接触互联网，更好的使用互联网这一工具，也使得通过好的使用互联网这一工具，也使得通过键盘键盘输入繁琐指令输入繁琐指令操作计算机的时代成为过去。操
3、作计算机的时代成为过去。 GUIGUI（Graphical User InterfaceGraphical User Interface） 图形用户界面，又称图形用户接口图形用户界面，又称图形用户接口。鼠标的重要性鼠标的重要性没有鼠标和没有鼠标和GUIGUI界面来操界面来操作计算机是件痛苦的事情。作计算机是件痛苦的事情。LinuxLinux指令下计算指令下计算5 54 4操作操作Windows 7Windows 7环境下通过命令框查看环境下通过命令框查看IPIPWindows 7 Windows 7 环境下环境下“运行运行”命令框命令框原始鼠标原始鼠标1机械式鼠标机械式鼠标2光电式鼠标光电式鼠
4、标3鼠标的发展鼠标的发展目录目录光电鼠标的特性光电鼠标的特性1光电鼠标的硬件结构光电鼠标的硬件结构3光电鼠标的工作原理光电鼠标的工作原理4光电鼠标的发展趋势光电鼠标的发展趋势5光电鼠标的组成光电鼠标的组成2光电鼠标的特性光电鼠标的特性1 1分辨率分辨率刷新率刷新率画面精度画面精度刷新率刷新率 鼠标刷新率也叫鼠标的采样频率，指鼠标每秒钟能鼠标刷新率也叫鼠标的采样频率，指鼠标每秒钟能采集和处理的图像数量。采集和处理的图像数量。 刷新率也是鼠标的重要性能刷新率也是鼠标的重要性能指标之一，即鼠标每一秒能够采集到的图像数据，一般指标之一，即鼠标每一秒能够采集到的图像数据，一般以以“FPS/SFPS/S（
5、帧（帧/ /秒）秒）”为单位。为单位。 低的刷新率可以明显感受到鼠标的延时、指针丢失低的刷新率可以明显感受到鼠标的延时、指针丢失现象。以常见的现象。以常见的FPSFPS游戏作为说明，低的刷新率在你快游戏作为说明，低的刷新率在你快速转身的时候失去某些射击角度，从而影响你的战绩速转身的时候失去某些射击角度，从而影响你的战绩 可以通过指针轨迹的显示来感受一下鼠标刷新率可以通过指针轨迹的显示来感受一下鼠标刷新率分辨分辨率率 分辨率也就是鼠标的分辨率也就是鼠标的灵敏度，用灵敏度，用DPIDPI来表示单位，来表示单位，DPIDPI值越高，则表明移动相值越高，则表明移动相同的距离，鼠标的信号越同的距离，鼠标
6、的信号越多，速度也就越快或者同多，速度也就越快或者同样的速度定位就越精确。样的速度定位就越精确。 这一数值通常被作为这一数值通常被作为鼠标性能的考量标准，而鼠标性能的考量标准，而目前的目前的光电光电鼠标通常可以鼠标通常可以支持支持12000DPI12000DPI。画面精度画面精度 机械鼠标被淘汰就是因机械鼠标被淘汰就是因为为其画面精度其画面精度没有光电鼠标没有光电鼠标好。好。 以我们常见的频幕分辨以我们常见的频幕分辨率率1920192010801080为例，鼠标所为例，鼠标所传递的位置信息至少要包括传递的位置信息至少要包括每一个像素点，如果画面精每一个像素点，如果画面精度达不到该需求，那么会在
7、度达不到该需求，那么会在屏幕上布满屏幕上布满“盲点盲点”，即该，即该位置信息我们不能用鼠标来位置信息我们不能用鼠标来操作。操作。 以上的特性亦或者说是参数对于市面上的绝大多数鼠标来以上的特性亦或者说是参数对于市面上的绝大多数鼠标来讲都可以达到，现阶段的光电鼠标技术相当成熟，对于绝大多讲都可以达到，现阶段的光电鼠标技术相当成熟，对于绝大多数用户而言，我们甚至没有对鼠标的这些参数有所留意。数用户而言，我们甚至没有对鼠标的这些参数有所留意。 以上以上4 4种是市面上常见的光电鼠标种是市面上常见的光电鼠标Part1外壳外壳Part2PCBPCB板板Part3透镜组合透镜组合光电鼠标的组成光电鼠标的组成
8、2 2鼠标的外壳构造鼠标的外壳构造PCBPCB板和透镜（是光电鼠标的主要硬件结构）板和透镜（是光电鼠标的主要硬件结构）Part1Led Led 模块模块Part2透镜模块透镜模块Part3DSPDSP数字芯片模块数字芯片模块Part4按键模块按键模块Part5滚轮组合滚轮组合光电鼠标的硬件结构光电鼠标的硬件结构3 3Part1Led Led 模块模块 光电鼠标光电鼠标的的LedLed模块可以包模块可以包含两种，含两种，普通的普通的LedLed和和激光激光LedLed。 激光是激光是 Coherent Light Coherent Light（相干光），几乎单一的波长，（相干光），几乎单一的波长
9、，即使经过长距离的传播依然能保即使经过长距离的传播依然能保持其强度和波形持其强度和波形，而而LED LED 光则是光则是Incoherent LightIncoherent Light（非相干光）（非相干光）。Part2透镜模块透镜模块 发光二极管发出的光线，发光二极管发出的光线，照亮光电鼠标底部表面照亮光电鼠标底部表面的透镜的透镜上上（这就是为什么鼠标底部总（这就是为什么鼠标底部总会发光的原因）。然后将光电会发光的原因）。然后将光电鼠标底部表面反射回的一部分鼠标底部表面反射回的一部分光线，经过一组光学透镜，传光线，经过一组光学透镜，传输到一个光感应器件输到一个光感应器件。发光发光向向下下辐辐
10、射射激激光光向向上上反反射射激激光光Part3DSPDSP数字芯片模块数字芯片模块 当光电鼠标移动时，其移动轨迹便当光电鼠标移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像。会被记录为一组高速拍摄的连贯图像。利用光电鼠标内部的一块专用图像分析利用光电鼠标内部的一块专用图像分析芯片（芯片（DSPDSP，即数字微处理器）对移动，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，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。距离，从而完成
11、光标的定位。123光电式鼠标的定位步光电式鼠标的定位步骤可以大致分为骤可以大致分为4 4步步1:Led1:Led源发出辐射源发出辐射2:2:透镜向下辐射透镜向下辐射3:3:透镜将发射的激光透镜将发射的激光发送给发送给DSPDSP芯片芯片4:DSP4:DSP芯片处理位置信芯片处理位置信息息4 当鼠标移动的时候，成像传感器录当鼠标移动的时候，成像传感器录得连续的图案，然后通过得连续的图案，然后通过“数字信号处数字信号处理器理器”(DSP)(DSP)对每张图片的前后对比分析对每张图片的前后对比分析处理，以判断鼠标移动的方向以及位移，处理，以判断鼠标移动的方向以及位移，从而得出鼠标从而得出鼠标x,x,
12、y y方向的移动数值。再方向的移动数值。再通过通过SPISPI传给鼠标的微型控制单元传给鼠标的微型控制单元（MicroMicroControllerControllerUnitUnit）。鼠标的）。鼠标的处理器对这些数值处理之后，传给电脑处理器对这些数值处理之后，传给电脑主机。主机。Part4按键模块按键模块独立按键独立按键内部结构内部结构独立按键独立按键不按时，铜片接上面金属，不按时，铜片接上面金属，按下时，接下面金属。按下时，接下面金属。分别形成两条不同的电流通路。分别形成两条不同的电流通路。Part5滚轮组合滚轮组合1 1、实现翻页功能、实现翻页功能 2 2、实现图片翻帧、实现图片翻帧
13、3 3、让屏幕自动滚动、让屏幕自动滚动 4 4、快速取得最佳视图、快速取得最佳视图 滚轮的工作状态滚轮的工作状态注意红圈内的弹性压注意红圈内的弹性压片的状态。片的状态。 工作状态1工作状态3工作状态2工作状态3 管脚管脚1:1:电源电源 管脚管脚2:2:输出引脚输出引脚 管脚管脚3:3:输出引脚输出引脚 4: 4:起固定作用的铝片起固定作用的铝片 5: 5:起固定作用的铝片起固定作用的铝片 12345 管脚管脚2 2和管脚和管脚3 3为输出引脚，为输出引脚，其原理是与管脚其原理是与管脚1 1存在通断的存在通断的相位差，使得鼠标可以判断相位差，使得鼠标可以判断先后的相位差来断定鼠标滚轮先后的相位
14、差来断定鼠标滚轮的旋转方向和转速大小的旋转方向和转速大小 光电鼠标的工作原理光电鼠标的工作原理4 4 在在Win 7 Win 7 环境下环境下鼠标的工作模式鼠标的工作模式: :系系统判定鼠标的一次操统判定鼠标的一次操作为一次中断，通过作为一次中断，通过PS/2PS/2协议实现鼠标、协议实现鼠标、PCPC机通信。机通信。物理连接物理连接 一般，具有五脚连接器的键盘称之为一般，具有五脚连接器的键盘称之为ATAT键盘，而具有六键盘，而具有六脚脚miniminiDINDIN连接器的键盘则称之为连接器的键盘则称之为PS/2PS/2键盘。其实这两种连键盘。其实这两种连接器都只有四个脚有意义。它们分别是接器
15、都只有四个脚有意义。它们分别是ClockClock（时钟脚）、（时钟脚）、DataData（数据脚）、（数据脚）、+5V+5V（电源脚）和（电源脚）和GroundGround（电源地）。在（电源地）。在PS/2PS/2键盘与键盘与PCPC机的物理连接上只要保证这四根线一一对应就机的物理连接上只要保证这四根线一一对应就可以了。可以了。PS/2PS/2键盘靠键盘靠PCPC的的PS/2PS/2端口提供端口提供+5V+5V电源，另外两个脚电源，另外两个脚ClockClock（时钟脚）和（时钟脚）和DataData（数据脚）都是集电极开路的，所以（数据脚）都是集电极开路的，所以必须接大阻值的上拉电阻。它
16、们平时保持高电平，有输出时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。才被拉到低电平，之后自动上浮到高电平。电气特性电气特性 PS/2PS/2通讯协议是一种双向同步串行通讯协议。通讯的两通讯协议是一种双向同步串行通讯协议。通讯的两端通过端通过ClockClock（时钟脚）同步，并通过（时钟脚）同步，并通过DataData（数据脚）交换（数据脚）交换数据。任何一方如果想抑制另外一方通讯时，只需要把数据。任何一方如果想抑制另外一方通讯时，只需要把ClockClock（时钟脚）拉到低电平。如果是（时钟脚）拉到低电平。如果是PCPC机和机和PS/2PS/2
17、键盘间的键盘间的通讯，则通讯，则PCPC机必须做主机，也就是说，机必须做主机，也就是说，PCPC机可以抑制机可以抑制PS/2PS/2键键盘发送数据，而盘发送数据，而PS/2PS/2键盘则不会抑制键盘则不会抑制PCPC机发送数据。一般两机发送数据。一般两设备间传输数据的最大时钟频率是设备间传输数据的最大时钟频率是33kHz33kHz，大多数，大多数PS/2PS/2设备设备工作在工作在101020kHz20kHz。PS/2PS/2鼠标鼠标的的工作模式，具体如下：工作模式，具体如下：（1 1）复位模式。当上电后或接收到复位命令）复位模式。当上电后或接收到复位命令FFFF后鼠标即后鼠标即处于此模式。鼠
18、标进行自检和初始化，再向主机发送处于此模式。鼠标进行自检和初始化，再向主机发送0xFA0xFA，0xAA0xAA和和0x000x00，一些参数将恢复到默认值，即采样率为，一些参数将恢复到默认值，即采样率为100sample/s100sample/s非自动流速、流模式、分辨率为非自动流速、流模式、分辨率为4 4计数计数/mm/mm、禁止状态。禁止状态。（2 2）流模式。如果有按键或滚轮动作，即向系统发送信）流模式。如果有按键或滚轮动作，即向系统发送信息，最大发送速率就是可编程的采样率。息，最大发送速率就是可编程的采样率。（3 3）遥控模式。只有主机发送了模式设置指令）遥控模式。只有主机发送了模式设置指令0xF00xF0后，后，鼠标才进入这种模式。鼠标才进入这种模式。1234567PS/2PS/2协议协议7光电鼠标的发展趋势光电鼠标的发展趋势5 51:1:更加注重人机体验更加注重人机体验2:2:更好的交互性（抖动）更好的交互性（抖动）3:3:更好的更好的GUIGUI模块组合设计模块组合设计4:4:未来希望没有鼠标，功能转移到眼球上未来希望没有鼠标，功能转移到眼球上（VRVR）各种标新立异的鼠标各种标新立异的鼠标 罗技罗技Logitech G saitek X52 Logitech G saitek X52 飞行控制系统飞行控制系统
