【正文】 基于 MEMS 的無線鼠標(biāo) , 在繼承這些優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上 , 運(yùn)用 MEMS 表面微加工和體硅加工的特殊工藝 , 集成微加速度計(jì)、單片機(jī)和射頻收發(fā)器 , 使系統(tǒng)在尺寸、性能等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的鼠標(biāo)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 27頁 黑龍江大學(xué) 印制 80C196 特殊功能寄存器預(yù)定義 R0 EQU 00H： Word SBUD EQU 07H： Byte INT_MASK EQU 08H： Byte INT_PEND EQU 09H:Byte BAUD_RT EQU 0EH:Byte IOP2 EQU 10H:Byte SP_CON EQU 11H:Byte SP_STAT EQU 11H:Byte IOC1 EQU 16H： Byte SP EQU 18H： Word ；通用寄存器預(yù)定義 RSEG AT ICH AX： DSW 1 DX： DSW 1 AL EQU AX： BYTE AH EQU （ AX+1）： BYTE DL EQU DX： BYTE 畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 28頁 黑龍江大學(xué) 印制 DH EQU （ DX+1）： BYTE SCRNW EQU 640 ；顯示屏寬度 SCRNH EQU 480 ；顯示屏高度 變量區(qū) RSEG AT 20H M_X ： DSW 1 ；光標(biāo) X 值 M_Y ： DSW 1 ：光標(biāo) Y 值 M_BUF ： DSB 4 ；接收緩沖區(qū) M_P ： DSW 1 ；接收指針 BX ： DSW 1 LRB_OK： DSB 1 ；鼠標(biāo)狀態(tài) ； Bit7：存在， Bit5，左鍵， Bit4：右鍵 ； CSEG AT 2021H DCW INIT CSEG AT 200CH DCW SIOINT DCW INIT 畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 29頁 黑龍江大學(xué) 印制 DCW 0 DCB 0， 0， 0， 0， 0， 0 DCB 08DH DCB 000H DCB 027H， 0FEH CSEG AT 2080H INIT： LD SP， 0100H ；設(shè)堆棧指針 LD M_X， SCRNW/2；初始化指針 LD M_Y， SCRNH/2 ANDB LRB_OK， 7CH LD M_P， M_BUF CLRB INT_PEND ；清除中斷 LDB INT_MASK， 40H ；開串行中斷 LDB AL， SP_STAT ；清除 RI/TI LDB SP_CON， 09H ；設(shè)串口模式 LDB BAUD_RT， 9BH ； 1200， 12MHz LDB BAUD_RT， 80H EIT 畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 30頁 黑龍江大學(xué) 印制 ANDB IOP2， 0FEH ； =0 LD AX， 8000H ；延遲 200ms DLY0： DEC AX JNE DLY0 LDB AL， LRB_OK LBS AL， 7， M_OK ANDB INT_MASK， 0BFH M_OK： NOP ； ? ? ? ；清單二：取鼠標(biāo)消息， AL=鼠標(biāo)及按鈕狀態(tài)， BX=X， DX=Y GET_M:ANDB INT_MASK,0BFH LDB AL， LRB_OK ；取鼠標(biāo)信息 LD BX， M_X LD DX， M_Y ORB INT_MASK， 40H RET ； ；清單三：串口中斷服務(wù)程序 畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 31頁 黑龍江大學(xué) 印制 SIOINT： PUSHF ；中斷服務(wù) PUSH AX LDB AL， SBUF LDB AH， SP_STAT JBS AL， 6， ISB0 ；第一個(gè)字節(jié) CMP M_P， M_BUF JNE SIO_1 SJMP C99 ；緩沖區(qū)空，出錯(cuò)； SIO_1： CMP M_P， M_BUF+2 JH C98 ；緩沖區(qū)滿，出錯(cuò) STB AL， [M_P]+ ；存儲(chǔ)收到字節(jié) CMP M_P， M_BUF+3 JNE C99 LD M_P， M_BUF ；已收到完整命令 GOLR： LDB AL， 1[M_P] ；處理 X 方向位移 SHLB AL， 2 EXTB AL SHRA AX， 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 32頁 黑龍江大學(xué) 印制 ADD M_X,AX CKL:CMP M_X,0 JGE CKR CLR M_X CKR:CMP M_X ,SCRNW JLT GOUD LD M_X,SCRNW GOUD:LDB AL,2[M_P] 。具體處理過程可參看源程序。鼠標(biāo)發(fā)送信息時(shí)，第三個(gè)字節(jié)為一個(gè)完整的信息報(bào)告。由于鼠標(biāo)事件間隔不確定，采用掃描方式但會(huì)浪費(fèi) CPU 時(shí)間，還可能因來不及處理而丟失信息。 單片機(jī)起動(dòng)后，通過鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)鼠標(biāo)進(jìn)行初始化，即通過 使 RTS 電平翻轉(zhuǎn)一次而令鼠標(biāo)發(fā)送初始化報(bào)告，以確認(rèn)鼠標(biāo)是否安裝。 MAX232E 的 11腳（對(duì)應(yīng)的輸入腳為 14腳）設(shè)備高電平以保證 14 腳電 位為負(fù) RS232 電位，滿足鼠標(biāo)發(fā)送信號(hào)時(shí)的電平要求。 圖 1 中左側(cè)為 80C196 單片機(jī)， （ TXD）、 （ RXD）通過 MAX232E 形成滿足鼠標(biāo)要求的串行接口，包括生成標(biāo)準(zhǔn) RS232C 電平和提供電源供應(yīng)。 例如： [6CH 02H 3AH]（ P1=6CH,P2=02H,P3=3AH）反饋出鼠標(biāo)向右移動(dòng)了 2個(gè)單位，向上移動(dòng)了 6 個(gè)單位，目前左鍵按下。M39。幀格式為 7個(gè)數(shù)據(jù)位、 2個(gè)停止位，無奇偶校驗(yàn)位。通常一般鼠標(biāo)的分辨率為 400DPI。它首先將直線移轉(zhuǎn)換成角度位移，再轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，然后與按鈕狀態(tài)統(tǒng)一編碼，通過 RS232 串口發(fā)出。微軟公司和 Mouse System公司的鼠標(biāo)都采用串行輸入技術(shù)。當(dāng)在平面上移動(dòng)鼠標(biāo)時(shí)，通過機(jī)械或光學(xué)的方法把鼠標(biāo)滾輪移動(dòng)的距離和方向轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)驅(qū) 動(dòng)程式將脈沖個(gè)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(dòng)而移動(dòng)。鼠標(biāo)與主機(jī)之間通過 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串行接口進(jìn)行通信，信息傳送是單方向、無條件、無應(yīng)答連續(xù)進(jìn)行的。當(dāng)今各大中小學(xué)校的多媒體教室正在畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 22頁 黑龍江大學(xué) 印制 以較快的速度普及，這種鼠標(biāo)能大大地改善多媒體教室的人機(jī)交互性能，因此具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。通過采取相應(yīng)的措施，把原來用的 12 MHz 晶振改成 4 MHz 的，而且晶振離接收模塊盡可能地遠(yuǎn)。但對(duì)于本設(shè)計(jì)，實(shí)際范圍只要有 20～ 30 m就已經(jīng)足夠了。 安裝與調(diào)試 無線收發(fā)模塊雖然在傳輸距離上有優(yōu)勢，但它對(duì)天線和電壓的要求相對(duì)要高一些，電壓的大小和天線的制作直接影響到傳輸距離。單片機(jī)不僅可以產(chǎn)生方波電路，在鼠標(biāo)左擊時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)反相功能。 根據(jù)鼠標(biāo)滾輪的特點(diǎn)，其實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)在于滾輪波形處理方面。然后經(jīng)過反相后給鼠標(biāo)按鍵連接芯片的那一端，畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 20頁 黑龍江大學(xué) 印制 這樣就可以實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的點(diǎn)擊功能。當(dāng)鍵按下鼠標(biāo)芯片的那一端就接地呈低電平，當(dāng)按鈕松開時(shí)呈高電平。也就是說，只有在接收到 PT2272 的 VT 腳由低變高至少保持 20 ms 以上時(shí)系統(tǒng)才確認(rèn)按鈕按下。當(dāng)兩者地址編碼完全一致時(shí)，接收機(jī)對(duì)應(yīng)的 D1～ D4端輸出約 4V 互鎖高電平控制信號(hào)，同時(shí) VT 端也輸出解碼有效高電平信號(hào)。解碼芯片 PT2272 接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對(duì)后， VT腳才輸出高電平，同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 18頁 黑龍江大學(xué) 印制 碼芯片也會(huì)連續(xù)發(fā)射。本方案設(shè)計(jì)的地址為 FF，即全部懸空，也可以另行設(shè)定地址碼，最重要的就是不要相互干擾。由于頻率受溫度漂移影響大，采用了帶骨架的銅芯電感將頻率調(diào)整到 315 MHz 后封固。 315 MHz 無線數(shù)據(jù)接收模塊有超再生式接收模塊和超外差式接收模塊 兩種。發(fā)射功率較?。划?dāng)電壓 5 V 時(shí)約 100～ 200 m；當(dāng)電壓 9 V時(shí)約 300～ 500 m；當(dāng)發(fā)射電壓為 12 V 時(shí) ,為最佳工作電壓 ,具有較好的發(fā)射效果，此時(shí)發(fā)射電流約 60 mA，空曠地傳輸距離 700～ 800 m,發(fā)射功率約 500 mW；當(dāng)電壓畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 17頁 黑龍江大學(xué) 印制 大于 12 V 時(shí)功耗增大，有效發(fā)射功率不再明顯提高。 發(fā)射模塊具有較寬的工作電壓范圍。本設(shè)計(jì)只考慮左鍵和滾輪的滾動(dòng)方向來控制 PPT 的翻頁。 AT80C51 單片機(jī)在檢測到 nRF2401 接收器的 DR1 信號(hào)有效時(shí) , 讀取接收器的數(shù)據(jù) , 傳送給 USB芯片。 (4)硬件資源管理、電源管理等。 USB驅(qū)動(dòng)程序?qū)儆?WDM(Windows Driver Model) ,它對(duì)驅(qū)動(dòng)程序分層重新進(jìn)行定義 , 以便適應(yīng)即插即用系統(tǒng)。單片機(jī)方面的單片機(jī)控制程序通常由三部分組成 : (1)初始化單片機(jī)和外圍設(shè)計(jì) (如 PDIUSBD12)。系統(tǒng)選用的收發(fā)芯片是挪威 Nordic 公司推出的nRF2401 單片 無線收發(fā)一體芯片 [4], 24 引腳 , 提供 ShockBurst 模式、直接收發(fā)模式、 DuoCeiver 雙信道收發(fā)模式、片上 CRC 以及地址計(jì)算編碼等功能 , 支持多點(diǎn)間通信 ,最高傳輸速 率超過 1Mbit/s, 功耗小 , 外圍畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 13頁 黑龍江大學(xué) 印制 設(shè)備少 , 是一款理想的系統(tǒng)芯片。因此采用 Atmel 的ATmega16 單片機(jī) , 它是一種高性能、低功耗的 AVR 單片機(jī) , 帶有 16K 字節(jié)的可編程Flash, 1K 字節(jié)的片內(nèi) SRAM, 3 個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)可編程的串行 USART。在發(fā)射部分中 , 微處理器要對(duì)加速度計(jì)的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波放大處理 , 采用 A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) , 并轉(zhuǎn)化為符合串行鼠標(biāo)規(guī)范的數(shù)據(jù)包 , 輸出給發(fā)射器。若在 YZ 平面放置一 個(gè)雙軸加速度計(jì)檢測鼠標(biāo)的垂直運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)角度就構(gòu)成了三維鼠標(biāo)。 圖 14 系統(tǒng)時(shí)鐘 二 、 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 如圖 2 所示 , 這種新型的鼠標(biāo)由三個(gè)模塊組成 :( 1)MEMS 加速度計(jì) , 用它來檢測鼠標(biāo)各方向的運(yùn)動(dòng) 。 我們系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式來為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。維持方式：當(dāng) 為高電平時(shí)， VPP 為 +5V， EPROM 處于低功耗方式，輸出端均為高阻態(tài)，這與 輸入無關(guān)。在程序擴(kuò)展中，我們選用的地址鎖存器是 74LS373 當(dāng)三態(tài)門的 為低電平時(shí)，三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，允許 Q 端輸出，否則 為高電平，輸出為三態(tài)門斷開，輸出端對(duì)外電路呈高阻態(tài)，所以在這里 為低電平，這時(shí)當(dāng) G 端為高電平時(shí)，鎖存器輸出和輸入的狀態(tài)是相同的，當(dāng) G 由高電平下落為低電平時(shí)，輸入端 1D～ 8D 的數(shù)據(jù)鎖入 1Q～ 8Q 中。 80C196 對(duì)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均可進(jìn)行0000H～ FFFFH 的 64K 字節(jié)地址內(nèi)容的有效尋址。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵 K 后松開，也能使 RST 為一段時(shí)間的高電平，從