鼠标器是用来产生控制屏幕光标移动的一种装置,是计算机最重要的外部输入设备之一,可用于人机会话的图形系统。鼠标器和计算机之间有一根连线,并且需要在桌面(鼠标垫)上进行操作。在使用计算机和大屏幕投影机作多媒体教学时,由于鼠标器操作的牵制,会使教员的教学活动受到限制,不利于教学双方的交流。本文介绍的一种红外遥控鼠标器,用红外线取代了鼠标器和计算机之间的连线,用按键控制光标的移动,解决了上述鼠标器使用不便的问题。
机械式鼠标器的工作原理
为了说明红外线遥控鼠标器的工作原理,有必要先讲一下普通鼠标器的工作原理。
鼠标器按其工作原理可分为机械式和光电式两种,最常见的是机械式鼠标器。现在的机械鼠标器实际上是光机鼠标器,即将滚轮的机械转动转换成光信号,再变为电信号。下面以这种鼠标器为例说明其工作原理。
在机械式鼠标器底部有一个露出一部分的塑胶小球,当鼠标器在操作桌面上移动时,小球随之转动,在鼠标器内部装有三个滚轴与小球接触,其中有两个分别是x轴方向和y轴方向滚轴,用来分别测量x轴方向和y轴方向的移动量,另一个是空轴,仅起支撑作用。拖动鼠标器时,由于小球带动三个滚轴转动,x轴方向和y轴方向滚轴又各带动一个转轴(称为译码轮)转动。译码轮(见图1)的两侧分别装有红外发光二极管和光敏传感器,组成光电耦合器。光敏传感器内部沿垂直方向排列有两个光敏晶体管a和b,如图2所示。由于译码轮有间隙,故当译码轮转动时,红外发光二极管发出的红外线时而照在光敏传感器上,时而被阻断,从而使光敏传感器输出脉冲信号。光敏晶体管a和b被安放的位置使得其光照和阻断的时间有差异,从而产生的脉冲a和脉冲b有一定的相位差,利用这种方法,就能测出鼠标器的拖动方向。也就是说,脉冲a比脉冲b的相位提前时,表示一个移动方向;反之,脉冲b比脉冲a的相位提前时,表示另一个移动方向。同时,脉冲信号周期也能反映出移动速度。检测到的x轴方向和y轴方向移动的合成即代表了鼠标器的移动方向。将上述电信号重新编码后形成串行信号,再通过串行口com1或com2输入计算机,计算机即可判断鼠标器的移动方向。由以上的叙述可以得出结论:如果给x轴方向和y轴方向光敏传感器的输出端送入两组脉冲信号,控制每一组脉冲的相位差即能达到与拖动鼠标器相同的作用。本文介绍的红外线遥控鼠标器正是根据这一原理设计的。
红外线遥控鼠标器的工作原理
红外线遥控鼠标器由红外发射器和红外接收器两部分组成,其原理方框图如图3所示。
红外发射器电路如图4所示。ic1为编码器集成电路vd5026,和它配对的译码器集成电路为vd5027或vd5028。vd5026的①~⑧脚为地址端a0~a7,⑩~13脚为数据端d0~d3(和vd5028配合使用时可作地址端a8~a11),17脚为编码信号输出端,其输出信号对ic2a、ic2b等组成的40khz脉冲发生器的信号进行调制。调制后的脉冲信号经ic2c、ic2d后由vt1推动红外发光二极管vd5、vd6发射红外线。ic2c、ic2d有缓冲和整形的作用。r5为编码器vd5026的振荡电阻,它和配对的解码器vd5027的振荡电阻应该取相同的阻值,以保证时钟频率一致,否则将不能译码。数据端d0~d3的电平决定了鼠标器的移动方向和左、右键的工作状态,其电平受s1~s6的控制,其中s1、s2控制x轴方向的正向和反向移动,s3、s4控制y轴方向的正向和反向移动,s5、s6分别为鼠标器的左、右控制键。所按的键同d0~d3电平和工作状态的关系见附表。
附表
由表1可以看出,通过按键即可对鼠标器进行各种操作,例如要使鼠标器向左上方移动,可先按s2向左移动,再按s3向上移动,也可以同时按s2、s3直接向左上方移动。[page]
红外线接收器电路如图5所示。cx20106是红外遥控接收集成电路,它由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、峰值检波器和整形电路等组成。vd1输入ic1的红外信号,经过解调后由⑦脚输出,再由ic3f反相后得到与vd5026的17脚输出相同的编码信号。此信号通过vd5027的14脚输入,由于vd5027的地址码a0~a7和发射器vd5026的地址码a0~a7相同(都设置为低电平),所以vd5027能对与其相连的编码信号进行正确解码,其结果是能使vd5027的d0~d3输出与vd5026的d0~d3相同的电平,从而完成相应的动作。
ic3为六“非”门集成电路,其中ic3a和ic3b与r5和c4等组成方波发生器,其脉冲频率主要由r5、c4的值决定。r6、c5、ic3d等组成移相电路,移相量由r6、c5的值决定。当脉冲频率调整时,r6、c5的值也应作相应的调整。ic3的各有关脚的输出波形见图6,从图中可以看出,若以ic3的⑥脚输出脉冲为基准,则⑧脚输出脉冲相位超前,10脚输出脉冲相位滞后。
ic4、ic5为四“非门”集成电路,两者组成控制门电路,其中ic4c、ic4d、ic5d组成光标沿x轴方向移动的控制电路,ic4a、ic4b、ic5c组成光标沿y轴方向移动的控制电路,ic5a为左键控制电路,ic5b为右键控制电路。
p1的①、②脚接鼠标器的y轴方向原光敏传感器两个光敏晶体管的输出端,③、④脚接鼠标器的x轴方向原光敏传感器两个光敏晶体管的输出端,⑤、⑥脚接鼠标器的左、右键的接点,连接电路如图7所示。
下面分别以控制光标沿x轴正方向移动和控制鼠标器左键为例说明这一部分电路的工作原理。
当发射器按下s1后,接收器ic2的d0端输出高电平,使“与”门ic4d的13脚为高电平,而ic2的d1端为低电平,使ic5d脚为高电平,这样就使从ic4d的脚输入的脉冲信号得以从ic5d的14脚输出,这时p1的③、④脚输出给鼠标器的脉冲信号为④脚相位超前,光标向x轴正方向移动;同理,如果按下发射器s2键,则接收器p1的③、④脚输出给鼠标器的脉冲信号为④脚相位滞后,光标向x轴负方向移动。当s1、s2均不按下时,ic2的d0、d1端均为低电平,
ic5d的11脚为低电平,p1的④脚没有脉冲信号输出,虽然这时p1的③脚有脉冲信号输出,但由于没有两个脉冲信号进行相位比较,光标在x轴方向不会产生移动。相关点的脉冲信号波形见图8。
如果按下发射器的s5,则接收器ic2的d0、d1同时输出高电平,ic5a的③脚输出低电平,相当于按下鼠标器的左键。需要说明的是:由于d0、d1均为高电平,ic4c的10脚、ic4d的11脚输出相位相反的脉冲信号,在任一时刻ic5d的、13脚均有一端为低电平,从而使ic5d的11脚输出高电平,因此按s5不会使光标产生x方向的移动。
对于控制光标沿y轴方向移动和控制鼠标器右键,其工作原理可依此类推。
安装和调试
主要元器件的型号和参数在图4、图5中均己标注。安装和调试的一个很重要的工作是用于改装的鼠标器的选择,笔者用作试验的鼠标器是美上美机械鼠标器。根据图5所示电路的要求,鼠标器的集成电路必须为正电压供电(相对于地),左、右键控制信号必须为低电平有效,即不按键时控制端对地为正电压。满足以上两个条件的机械鼠标器均可使用。下面以美上美机械鼠标器为例具体说明接线方法。先拆掉x轴、y轴方向的光敏传感器(鼠标器中光敏传感器为三个引脚,红外发光二极管为两个引脚)及左、右键按钮开关,将图5中p1⑦、⑧脚的连线和鼠标器电路板的地相连,x轴方向的光敏传感器有三个安装孔,其中一个为公共端,另两个为信号输出端,这两个输出端分别接p1的③脚和④脚,y轴方向的连线与此类似。
调试时,按下s1,如光标向相反的方向即x轴负方向移动,只要调换一下和鼠标器电路板相连接的p1的③、④脚的线即可;按下s3,如光标向相反的方向y轴负方向移动,只要调换与鼠标器电路板相连的p1的①、②脚即可。x轴、y轴正方向正确了,负方向也就自然正确了。为了制作和使用方便,可将鼠标器的电路板拆下,与接收器的电路板装在一个盒子里。
如果用其它机械鼠标器进行改装,接收器部分的控制电路可能要作适当改动。
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