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一种简单串行鼠标控制的单片机实现
一种简单串行鼠标控制的单片机实现 关键词：鼠标 AT89C2051 软件设计 鼠标是一种快速定位器，通过移动鼠标可以快速定位屏幕上的对象，是计 算机图形界面交互的必用外部设备。通常，鼠标通过微机中的串口或PS/2鼠标插 口与主机连接。当在平面上移动鼠标时，通过机械或光学的方法把鼠标滚轮移动 的距离和方向转换成脉冲信号传送给计算机，计算机鼠标驱动程序将脉冲个数转 换成鼠标的水平方向和垂直方向的位移量，从而控制显示屏上光标箭头随鼠标的 移动而移动。根据此原理，我们可利用鼠标的上位机驱动程序来设计测控系统中 的编码器读取软件。1 串行鼠标的原理及数据协议 鼠标一般划分为以下功能模块：微控制器、按键检测、位置移动检测、 RS232信号产生、5V电源产生器。串行鼠标的功能框图如图1所示。
微软公司与Mouse System公司的鼠标都采用串行输入技术。微软公司的协 议格式为3个字节：第1字节的6、7位固定为1，4，5位分别为左右键状态，2、3 位为上下移动数据的高6、7位，0、1位为左右移动数据的高6、7位；
第2、第3 字节发送的都是左右上下的其余6位数据，其中Y表示上下、X表示左右移动的数 据位。Mouse System公司的协议格式为5个字节：1个字节用于描述3个按键的状 态，2个字节为Y方向的相对坐标，另外2个字节为X方向的相对坐标，具体协议 如表1所列。由表1我们可以方便地制作鼠标。
表1 鼠标系统数据信息协议 L=左键状态 M=中键状态 R=右键状态 1=按下 0=释放 X7～X0=X轴（左右）运动数据 Y7～Y0=Y轴（上下）运动数据 2 AT89C51构成的鼠标电路 AT89C2051构成的鼠标接口电路如图2所示。
硬件接口分配如下：
P1口完成对按键及X、Y方向的运动扫描；
P3.1完成数据发送。
为较好地跟踪鼠标状态，采用12MHz晶振，AT89C2051每μs执行1条指令， 能满足实时跟踪的要求。
图2 电路原理图 3 软件设计 设计的软件要完成按键扫描、X方向/Y方向运动扫描、数据发送等任务。
在记数光电管产生脉冲的同时，将数据按照规定格式发送到主机。脉冲的个数反 映了移动的距离，单位时间内脉冲数越多，鼠标移动越快。
下面以X方向为例，详细说明方向的判断及脉冲的记数。
X方向的2路信号为P1.2与P1.3，分别用X1与X2表示。当鼠标向左移动时， X1（P1.2）超前于X2（P1.3）；
当鼠标向右移动时，X1（P1.2）落后于X2（P1.3）；
假设测得X1、X2都为低电平0（图3中a），若下一次测得X1为高电平1、X2为低 电平0（图3中b）。第三次检测到X1、X2电平1（图3中c），继续向左移动，直 到检测到X1为低电平1、X2为高电平0（图3中d），正好检测到一个完整的脉冲， 计数器加1，接着进入下一个循环。由此可见，要完成一个脉冲的计数，需要检 测到四种不同的状态：X1=X2=0；
X1=1，X2=0；
X1=X2=1；
X1=0，X2=1。
向右移动的状态为：X1=X2=0；
X1=0，X2=1；
X1=X2=1；
X1=1，X2=0。
正好与向左移动的情况相反。
由此，可以根据本次测得的状态与上一次的状态比较的结果确定鼠标移动 的方向。
向上、向下的运动检测遵循同样的原则。
根据以上分析，要完成一次计数，单片机至少要对每一种状态检测一次， 这就需要单片机有较高的跟踪速度。由实验测得，最短的时间间隔在b与d处，即 X1=X2=0变化到X1=X2=1或者X1=X2=1变化到X1=X2=0的过程中。鼠标正常移 动时，间隔一般为300μs～500μs。即使在鼠标高速移动时，最小间隔也大于80μs。
当AT89C2051采用12MHz晶振时，程序正常扫描一遍的时间最大为50μs（包括数 据处理与发送的时间），因此，能保证每种状态都能扫描到。在表1中，X7～X0反映X方向移动的距离。如X值为正（X7=0），则表示 鼠标向右运行；
如果为负值（X7=1，即以补码表示），表示向左运行。
同理，若Y值为正，表示鼠标向下运行；
若为负，则表示向上运行。
在程序中，若检测到鼠标状态有变化，则延时多个循环（在每个循环中都 对鼠标状态检测一遍），作为消除按键抖动的时间。信息采用RS232格式，波特 率为1200baud。为满足鼠标1位起始位、7位数据，无奇偶校验位以及2位停止位 的数据格式，在程序中，对数据进行了处理，将要发送的每个字节的最高位置为 1。
主程序流程如图4所示。在图中，当检测到按钮状态发化或者检测到X、Y 方向运行时，置延时循环标志。为了发送3个字节信息，在串行口中断程序中置 标志位，使3个字节能连续发送完。
另外，当主机检测鼠标时，需要鼠标发送初始化报告，以检测鼠标是束安 装。因此，在鼠标初始化过程中，首先要发送一个字节“4DH”（“M”，D7位置“1” 则为“CDH”），使主机能够检测到鼠标已经安装。
完整的程序清单见网络补充版（http://www.dpj.com.cn）。
4 结论 本文利用AT89C2051完成了鼠标移动数据的读取与PC机通信数据的传送。
该系统在Windows 95、98和Win2000XP下均调试通过。文中给出的硬件原理图同 样可应用于测控系统中编程器信号的读取，应用面较广。
