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一種簡單串行鼠標控制的單片機實現
摘要：通過對鼠標底層通信原理與協議的深入分析，探討以AT89C2051單片機構成串行鼠標的實現方法；介紹鼠標編碼器數據取軟件的設計原理及方法，給出串行鼠標的軟件設計。鼠標是一種快速定位器，通過移動鼠標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備。通常，鼠標通過微機中的串口或PS/2鼠標插口與主機連接。當在平面上移動鼠標時，通過機械或光學的方法把鼠標滾輪移動的距離和方向轉換成脈沖信號傳送給計算機，計算機鼠標驅動程序將脈沖個數轉換成鼠標的水平方向和垂直方向的位移量，從而控制顯示屏上光標箭頭隨鼠標的移動而移動。根據此原理，我們可利用鼠標的上位機驅動程序來設計測控系統中的編碼器讀取軟件。
1 串行鼠標的原理及數據協議
鼠標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信號產生、5V電源產生器。串行鼠標的功能框圖如圖1所示。
微軟公司與Mouse System公司的鼠標都采用串行輸入技術。微軟公司的協議格式為3個字節：第1字節的6、7位固定為1，4，5位分別為左右鍵狀態，2、3位為上下移動數據的高6、7位，0、1位為左右移動數據的高6、7位；第2、第3字節發送的都是左右上下的其余6位數據，其中Y表示上下、X表示左右移動的數據位。Mouse System公司的協議格式為5個字節：1個字節用于描述3個按鍵的狀態，2個字節為Y方向的相對坐標，另外2個字節為X方向的相對坐標，具體協議如表1所列。由表1我們可以方便地制作鼠標。
表1 鼠標系統數據信息協議
L=左鍵狀態 M=中鍵狀態 R=右鍵狀態 1=按下 0=釋放
X7～X0=X軸（左右）運動數據 Y7～Y0=Y軸（上下）運動數據
2 AT89C51構成的鼠標電路
AT89C2051構成的鼠標接口電路如圖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完成數據發送。
為較好地跟蹤鼠標狀態，采用12MHz晶振，AT89C2051每μs執行1條指令，能滿足實時跟蹤的要求。
圖2 電路原理圖
3 軟件設計
設計的軟件要完成按鍵掃描、X方向/Y方向運動掃描、數據發送等任務。在記數光電管產生脈沖的同時，將數據按照規定格式發送到主機。脈沖的個數反映了移動的距離，單位時間內脈沖數越多，鼠標移動越快。
下面以X方向為例，詳細說明方向的判斷及脈沖的記數。
X方向的2路信號為P1.2與P1.3，分別用X1與X2表示。當鼠標向左移動時，X1（P1.2）超前于X2（P1.3）；當鼠標向右移動時，X1（P1.2）落后于X2（P1.3）；假設測得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，計數器加1，接著進入下一個循環。由此可見，要完成一個脈沖的計數，需要檢測到四種不同的狀態：X1=X2=0；X1=1，X2=0；X1=X2=1；X1=0，X2=1。
向右移動的狀態為：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，可以根據本次測得的狀態與上一次的狀態比較的結果確定鼠標移動的方向。
向上、向下的運動檢測遵循同樣的原則。
根據以上分析，要完成一次計數，單片機至少要對每一種狀態檢測一次，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。鼠標正常移動時，間隔一般為300μs～500μs。即使在鼠標高速移動時，最小間隔也大于80μs。當AT89C2051采用12MHz晶振時，程序正常掃描一遍的時間最大為50μs（包括數據處理與發送的時間），因此，能保證每種狀態都能掃描到。
在表1中，X7～X0反映X方向移動的距離。如X值為正（X7=0），則表示鼠標向右運行；如果為負值（X7=1，即以補碼表示），表示向左運行。
同理，若Y值為正，表示鼠標向下運行；若為負，則表示向上運行。
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