摘要：通過對鼠標(biāo)底層通信原理與協(xié)議的深入分析，探討以AT89C2051單片機(jī)構(gòu)成串行鼠標(biāo)的實(shí)現(xiàn)方法；介紹鼠標(biāo)編碼器數(shù)據(jù)取軟件的設(shè)計(jì)原理及方法，給出串行鼠標(biāo)的軟件設(shè)計(jì)。

    關(guān)鍵詞：鼠標(biāo) AT89C2051 軟件設(shè)計(jì)

鼠標(biāo)是一種快速定位器，通過移動(dòng)鼠標(biāo)可以快速定位屏幕上的對象，是計(jì)算機(jī)圖形界面交互的必用外部設(shè)備。通常，鼠標(biāo)通過微機(jī)中的串口或PS/2鼠標(biāo)插口與主機(jī)連接。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)換成脈沖信號傳送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒚}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)。根據(jù)此原理，我們可利用鼠標(biāo)的上位機(jī)驅(qū)動(dòng)程序來設(shè)計(jì)測控系統(tǒng)中的編碼器讀取軟件。

1 串行鼠標(biāo)的原理及數(shù)據(jù)協(xié)議

鼠標(biāo)一般劃分為以下功能模塊：微控制器、按鍵檢測、位置移動(dòng)檢測、RS232信號產(chǎn)生、5V電源產(chǎn)生器。串行鼠標(biāo)的功能框圖如圖1所示。

微軟公司與Mouse System公司的鼠標(biāo)都采用串行輸入技術(shù)。微軟公司的協(xié)議格式為3個(gè)字節(jié)：第1字節(jié)的6、7位固定為1，4，5位分別為左右鍵狀態(tài)，2、3位為上下移動(dòng)數(shù)據(jù)的高6、7位，0、1位為左右移動(dòng)數(shù)據(jù)的高6、7位；第2、第3字節(jié)發(fā)送的都是左右上下的其余6位數(shù)據(jù)，其中Y表示上下、X表示左右移動(dòng)的數(shù)據(jù)位。Mouse System公司的協(xié)議格式為5個(gè)字節(jié)：1個(gè)字節(jié)用于描述3個(gè)按鍵的狀態(tài)，2個(gè)字節(jié)為Y方向的相對坐標(biāo)，另外2個(gè)字節(jié)為X方向的相對坐標(biāo)，具體協(xié)議如表1所列。由表1我們可以方便地制作鼠標(biāo)。

表1 鼠標(biāo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息協(xié)議

    L=左鍵狀態(tài)  M=中鍵狀態(tài)  R=右鍵狀態(tài)  1=按下  0=釋放

    X7～X0=X軸（左右）運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)  Y7～Y0=Y軸（上下）運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)

2 AT89C51構(gòu)成的鼠標(biāo)電路

AT89C2051構(gòu)成的鼠標(biāo)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(yùn)動(dòng)掃描；

P3.1完成數(shù)據(jù)發(fā)送。

為較好地跟蹤鼠標(biāo)狀態(tài)，采用12MHz晶振，AT89C2051每μs執(zhí)行1條指令，能滿足實(shí)時(shí)跟蹤的要求。

圖2 電路原理圖

3 軟件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的軟件要完成按鍵掃描、X方向/Y方向運(yùn)動(dòng)掃描、數(shù)據(jù)發(fā)送等任務(wù)。在記數(shù)光電管產(chǎn)生脈沖的同時(shí)，將數(shù)據(jù)按照規(guī)定格式發(fā)送到主機(jī)。脈沖的個(gè)數(shù)反映了移動(dòng)的距離，單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)越多，鼠標(biāo)移動(dòng)越快。

下面以X方向?yàn)槔?，詳?xì)說明方向的判斷及脈沖的記數(shù)。

X方向的2路信號為P1.2與P1.3，分別用X1與X2表示。當(dāng)鼠標(biāo)向左移動(dòng)時(shí)，X1（P1.2）超前于X2（P1.3）；當(dāng)鼠標(biāo)向右移動(dòng)時(shí)，X1（P1.2）落后于X2（P1.3）；假設(shè)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(xù)向左移動(dòng)，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(gè)完整的脈沖，計(jì)數(shù)器加1，接著進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。由此可見，要完成一個(gè)脈沖的計(jì)數(shù)，需要檢測到四種不同的狀態(tài)：X1=X2=0；X1=1，X2=0；X1=X2=1；X1=0，X2=1。

向右移動(dòng)的狀態(tài)為：X1=X2=0；X1=0，X2=1；X1=X2=1；X1=1，X2=0。正好與向左移動(dòng)的情況相反。

由此，可以根據(jù)本次測得的狀態(tài)與上一次的狀態(tài)比較的結(jié)果確定鼠標(biāo)移動(dòng)的方向。

向上、向下的運(yùn)動(dòng)檢測遵循同樣的原則。

根據(jù)以上分析，要完成一次計(jì)數(shù)，單片機(jī)至少要對每一種狀態(tài)檢測一次，這就需要單片機(jī)有較高的跟蹤速度。由實(shí)驗(yàn)測得，最短的時(shí)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(biāo)正常移動(dòng)時(shí)，間隔一般為300μs～500μs。即使在鼠標(biāo)高速移動(dòng)時(shí)，最小間隔也大于80μs。當(dāng)AT89C2051采用12MHz晶振時(shí)，程序正常掃描一遍的時(shí)間最大為50μs（包括數(shù)據(jù)處理與發(fā)送的時(shí)間），因此，能保證每種狀態(tài)都能掃描到。

在表1中，X7～X0反映X方向移動(dòng)的距離。如X值為正（X7=0），則表示鼠標(biāo)向右運(yùn)行；如果為負(fù)值（X7=1，即以補(bǔ)碼表示），表示向左運(yùn)行。

同理，若Y值為正，表示鼠標(biāo)向下運(yùn)行；若為負(fù)，則表示向上運(yùn)行。

在程序中，若檢測到鼠標(biāo)狀態(tài)有變化，則延時(shí)多個(gè)循環(huán)（在每個(gè)循環(huán)中都對鼠標(biāo)狀態(tài)檢測一遍），作為消除按鍵抖動(dòng)的時(shí)間。信息采用RS232格式，波特率為1200baud。為滿足鼠標(biāo)1位起始位、7位數(shù)據(jù)，無奇偶校驗(yàn)位以及2位停止位的數(shù)據(jù)格式，在程序中，對數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，將要發(fā)送的每個(gè)字節(jié)的最高位置為1。

主程序流程如圖4所示。在圖中，當(dāng)檢測到按鈕狀態(tài)發(fā)化或者檢測到X、Y方向運(yùn)行時(shí)，置延時(shí)循環(huán)標(biāo)志。為了發(fā)送3個(gè)字節(jié)信息，在串行口中斷程序中置標(biāo)志位，使3個(gè)字節(jié)能連續(xù)發(fā)送完。

另外，當(dāng)主機(jī)檢測鼠標(biāo)時(shí)，需要鼠標(biāo)發(fā)送初始化報(bào)告，以檢測鼠標(biāo)是束安裝。因此，在鼠標(biāo)初始化過程中，首先要發(fā)送一個(gè)字節(jié)“4DH”（“M”，D7位置“1”則為“CDH”），使主機(jī)能夠檢測到鼠標(biāo)已經(jīng)安裝。

完整的程序清單見網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充版（http://www.dpj.com.cn）。

4 結(jié)論

本文利用AT89C2051完成了鼠標(biāo)移動(dòng)數(shù)據(jù)的讀取與PC機(jī)通信數(shù)據(jù)的傳送。該系統(tǒng)在Windows 95、98和Win2000XP下均調(diào)試通過。文中給出的硬件原理圖同樣可應(yīng)用于測控系統(tǒng)中編程器信號的讀取，應(yīng)用面較廣。