基于加速度芯片的空間鼠標設計摘要本文闡述了一種基于MEMS加速度傳感器MMA7260QT、微處理器STC89C51RC的空間鼠標系統(tǒng)的設計。該系統(tǒng)測量手移動的加速度信息用于控制二維的坐標運動。該系統(tǒng)由以下幾個主要部分組成：1）MEMS加速度傳感器；2）微處理器；3）A/D轉換電路；4）機械鼠標電路部分。該鼠標系統(tǒng)通過加速度傳感器檢測移動的加速度信息，通過模數(shù)轉換芯片TLC549將模擬信息轉換為數(shù)字信息輸出到微處理器中，經(jīng)微處理器處理后將加速度信息轉換成位移信息送往鼠標芯片，再由PS/2口送入電腦以控制光標的運動。該設計的優(yōu)點是無須特定的桌面，在空間即可操作鼠標。關鍵詞：空間鼠標；MEMS加速度傳感器。第1頁Designofmid-airmousebasedontheMEMSmicro-accelerometerAbstractInthispaper,wedescribeamousesystemdesignbasedonmicro-accelerometerMMA7260QTandmicro-processorSTC89C51RC.Thesystemmeasurestheaccelerationofhandmovementswhichareconvertedintotwo-dimensionallocationcoordinates.Thesystemconsistsofthefollowingmajorcomponents:1)MEMSaccelerometers；2)microprocessor；3)A/Dconversioncircuit；4)mechanicalpartofthemousecircuit.Themousesystemdetectaccelerationofthemovementthroughtheaccelerationsensor,andtheanaloginformationisconvertedtodigitalinformationoutputtothemicroprocessorthroughtheanalog-to-digitalconverterTLC549,themicroprocessorwillconvertthedigitalinformationintotheaccelerationdisplacementinformationandsentittothemousechipbythePS/2interfacetocontrolthecursormovementonthescreen.Themeritsofthedesignisthatwecanoperatethemouseinspacewithoutaspecificplane.KeyWords:air-mouse；MEMSmicro-accelerometer第2頁目錄摘要.1Abstract.2第一章緒論.51.1選題的目的與意義.51.2國內外技術研究概況.51.2.1鼠標的發(fā)展歷程簡介.51.2.2國外研究概況.71.2.3國內研究概況.71.3本文主要工作.7第二章系統(tǒng)概述.82.1系統(tǒng)要求與條件.82.2系統(tǒng)設計思想.8第三章鼠標系統(tǒng)硬件設計93.1鼠標硬件系統(tǒng)概述93.2信號采集模塊93.2.1MEMS加速度計MMA7260QT的選擇.93.2.2A/D轉換芯片TLC549的選擇113.2.3加速度信號處理.133.3微處理器模塊.133.3.1單片機STC89C51的選擇.133.3.2單片機程序下載接口.143.4鼠標電路模塊.153.4.1鼠標電路控制芯片HT6523.153.4.2鼠標的接口方法.16第四章鼠標系統(tǒng)軟件設計174.1軟件開發(fā)環(huán)境介紹.174.2鼠標軟件系統(tǒng)概述184.3鼠標系統(tǒng)微處理器軟件設計.184.3.1微處理器加速度值采樣.184.3.2加速度到位移的數(shù)字信號變換.19第五章鼠標系統(tǒng)調試205.1鼠標電路模塊調試.205.2加速度模塊調試.21第3頁第六章結論與展望.216.1結論216.2需近一步研究的問題21謝辭.22參考文獻.23附錄1鼠標系統(tǒng)設計電路圖.24附錄2鼠標系統(tǒng)設計實物圖25第4頁第一章緒論1.1選題的目的與意義如今隨著科技的進步，電腦越來越普及，作為人與計算機交流使用最頻繁的設備之一，大家對鼠標自然一點也不陌生。鼠標的出現(xiàn)，大大提高了人們的工作效率，隨著不同類型鼠標的相繼出現(xiàn)，人們對鼠標也越來越關注。從第一款鼠標的出現(xiàn)至今，鼠標已經(jīng)有了四十幾年的發(fā)展，在這期間，鼠標從機械到光電，從有線到無線發(fā)生這巨大的變化。但是這些鼠標有一個共同的特點，就是鼠標的工作必須在平面上進行，這在很大的程度上限制了鼠標的使用，因此有必要設計一種鼠標，其工作范圍可以脫離平面的束縛，實現(xiàn)空間的使用操作，這樣可以方便人們各種不同的需求。同時，隨著人類科技的快速發(fā)展，形成了多學科交叉融合的科學，與此同時涌現(xiàn)出大量的智能化技術和產(chǎn)品，并得到廣泛的應用。微電子機械系統(tǒng)（MicroElectronicMechanicalSystem,MEMS），即微機電系統(tǒng)，是在20世紀80年代末在微電子技術和硅微細加工技術基礎上形成的新興學科。MEMS研究的范疇很廣，MEMS加速度傳感器的研究就是其中最重要的研究之一。由于集成在硅片上的加速度傳感器具有體積小，質量輕，便于集成的優(yōu)點，硅加速度傳感器越來越得到人們的關注。由此，將MEMS加速度器應用于鼠標，設計出空間鼠標將會大大提高鼠標的可操作性，因此，對于空間鼠標的研究十分必要。1.2國內外技術研究概況鼠標作為人們操作電腦最頻繁使用的外設之一，自其誕生開始便涌現(xiàn)出了許多的技術，并且仍在發(fā)展當中。1.2.1鼠標的發(fā)展歷程簡介鼠標的發(fā)展歷程可以概括為如下幾個階段：1968年，世界上第一個鼠標誕生（圖1-1），是一個小木頭盒子，里面有兩個滾輪，只有一個按鈕，它的工作原理是由滾輪帶動軸旋轉，并使變阻器改變阻值，阻值的變化就產(chǎn)生了位移訊號，經(jīng)電腦處理后屏幕上指示位置的光標就可以移動了；第5頁圖1-1最早的鼠標1981年，第一只商業(yè)化鼠標誕生，仍舊是機械鼠標，出現(xiàn)滾球鼠標（圖1-2）；圖1-2機械鼠標1983年，羅技發(fā)明了第一只光學機械式鼠標，成為日后的行業(yè)標準；1999年，微軟公司與安捷倫公司合作發(fā)布了IntelliEye光學引擎，以及第一只光學鼠標（圖1-3）；第6頁圖1-3光學鼠標2004年，世界第一款激光鼠標同時誕生了，它便是羅技推出的MX1000激光無線鼠標。雖然至今為止鼠標的種類很多，但以上的鼠標可以概括為兩種，機械式和光電式，但是由于機械式鼠標的磨損和光電式技術的限制，它們終將會被新的鼠標非接觸式空間鼠標所取代。非接觸式鼠標是加速度芯片在姿態(tài)檢測和動作識別方面的典型應用，它應用加速度芯片作為檢測元件，根據(jù)受力的變化來檢測加速度的大小，通過運算即可得到位移的變化，由此便可實現(xiàn)不依賴于任何平面就可以控制光標。1.2.2國外研究概況國外一些學者就曾應用加速度芯片設計過這種鼠標，斯坦福大學的ChristopherW.kung和PeterWang在其名為“ECE476FinalProject”的課題中設計了一款名為“Gmouse”的鼠標，通過RS232與PC通信，效果很好。美國Washington大學ToddMorton教授利用ADX202加速度傳感器成功實現(xiàn)了無線傾角加速度鼠標，該鼠標通過USB口與PC機進行通訊。麻生理工學院的ShirleyLI等人成功研制集于加速度傳感器的三維無線鼠標，該鼠標采用LTS30L02三軸加速度傳感器和CC1010射頻收發(fā)芯片，處理單元采用FPGA，它也是通過傾角使用來控制鼠標。英國伯明翰大學Humphreys等人研制了一種三維鼠標，利用回轉儀可以控制電腦屏幕上三維立體的旋轉。微軟公