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红外线无线鼠标器原理与制作 --------------------------------------------------------------------------------
 
 
 红外线无线鼠标器原理与制作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无线鼠标器，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
　　为了说明红外线无线鼠标器的工作原理，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。本文介绍的红外线无线鼠标器正是根据这一原理设计的。红外线无线鼠标器的工作原理
　　红外线无线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*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 按键 D0 D1 D2 D3 工作状态
S1 1 0 0 0 X轴正方向移动
S2 0 1 0 0 X轴负方向移动
S3 0 0 1 0 Y轴正方向移动
S4 0 0 0 1 Y轴负方向移动
S1、S3 1 0 1 0 X轴正方向移动、Y轴正方向移动
S1、S4 1 0 0 1 X轴正方向移动、Y轴负方向移动
S2、S3 0 1 1 0 X轴负方向移动、Y轴正方向移动
S2、S4 0 1 0 1 X轴负方向移动、Y轴负方向移动
S5 1 1 0 0 鼠标器左键
S6 0 0 1 1 鼠标器右键 　　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。
　　红外线接收器电路如图5所示。CX20106是红外无线接收集成电路，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 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*，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 12脚为高电平，这样就使从IC4D的12脚输入的脉冲信号得以从IC5D的11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 12,13 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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