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毕业设计(论文)-基于加速度芯片的空间鼠标设计.doc

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毕业设计(论文)-基于加速度芯片的空间鼠标设计.doc

基于加速度芯片的空间鼠标设计摘要本文阐述了一种基于MEMS加速度传感器MMA7260QT、微处理器STC89C51RC的空间鼠标系统的设计。该系统测量手移动的加速度信息用于控制二维的坐标运动。该系统由以下几个主要部分组成1)MEMS加速度传感器;2)微处理器;3)A/D转换电路;4)机械鼠标电路部分。该鼠标系统通过加速度传感器检测移动的加速度信息,通过模数转换芯片TLC549将模拟信息转换为数字信息输出到微处理器中,经微处理器处理后将加速度信息转换成位移信息送往鼠标芯片,再由PS/2口送入电脑以控制光标的运动。该设计的优点是无须特定的桌面,在空间即可操作鼠标。关键词空间鼠标;MEMS加速度传感器。第1页DESIGNOFMIDAIRMOUSEBASEDONTHEMEMSMICROACCELEROMETERABSTRACTINTHISPAPER,WEDESCRIBEAMOUSESYSTEMDESIGNBASEDONMICROACCELEROMETERMMA7260QTANDMICROPROCESSORSTC89C51RCTHESYSTEMMEASURESTHEACCELERATIONOFHANDMOVEMENTSWHICHARECONVERTEDINTOTWODIMENSIONALLOCATIONCOORDINATESTHESYSTEMCONSISTSOFTHEFOLLOWINGMAJORCOMPONENTS1MEMSACCELEROMETERS;2MICROPROCESSOR;3A/DCONVERSIONCIRCUIT;4MECHANICALPARTOFTHEMOUSECIRCUITTHEMOUSESYSTEMDETECTACCELERATIONOFTHEMOVEMENTTHROUGHTHEACCELERATIONSENSOR,ANDTHEANALOGINFORMATIONISCONVERTEDTODIGITALINFORMATIONOUTPUTTOTHEMICROPROCESSORTHROUGHTHEANALOGTODIGITALCONVERTERTLC549,THEMICROPROCESSORWILLCONVERTTHEDIGITALINFORMATIONINTOTHEACCELERATIONDISPLACEMENTINFORMATIONANDSENTITTOTHEMOUSECHIPBYTHEPS/2INTERFACETOCONTROLTHECURSORMOVEMENTONTHESCREENTHEMERITSOFTHEDESIGNISTHATWECANOPERATETHEMOUSEINSPACEWITHOUTASPECIFICPLANEKEYWORDSAIRMOUSE;MEMSMICROACCELEROMETER第2页目录摘要1ABSTRACT2第一章绪论511选题的目的与意义512国内外技术研究概况5121鼠标的发展历程简介5122国外研究概况7123国内研究概况713本文主要工作7第二章系统概述821系统要求与条件822系统设计思想8第三章鼠标系统硬件设计931鼠标硬件系统概述932信号采集模块9321MEMS加速度计MMA7260QT的选择9322A/D转换芯片TLC549的选择11323加速度信号处理1333微处理器模块13331单片机STC89C51的选择13332单片机程序下载接口1434鼠标电路模块15341鼠标电路控制芯片HT652315342鼠标的接口方法16第四章鼠标系统软件设计1741软件开发环境介绍1742鼠标软件系统概述1843鼠标系统微处理器软件设计18431微处理器加速度值采样18432加速度到位移的数字信号变换19第五章鼠标系统调试2051鼠标电路模块调试2052加速度模块调试21第3页第六章结论与展望2161结论2162需近一步研究的问题21谢辞22参考文献23附录1鼠标系统设计电路图24附录2鼠标系统设计实物图25第4页第一章绪论11选题的目的与意义如今随着科技的进步,电脑越来越普及,作为人与计算机交流使用最频繁的设备之一,大家对鼠标自然一点也不陌生。鼠标的出现,大大提高了人们的工作效率,随着不同类型鼠标的相继出现,人们对鼠标也越来越关注。从第一款鼠标的出现至今,鼠标已经有了四十几年的发展,在这期间,鼠标从机械到光电,从有线到无线发生这巨大的变化。但是这些鼠标有一个共同的特点,就是鼠标的工作必须在平面上进行,这在很大的程度上限制了鼠标的使用,因此有必要设计一种鼠标,其工作范围可以脱离平面的束缚,实现空间的使用操作,这样可以方便人们各种不同的需求。同时,随着人类科技的快速发展,形成了多学科交叉融合的科学,与此同时涌现出大量的智能化技术和产品,并得到广泛的应用。微电子机械系统(MICROELECTRONICMECHANICALSYSTEM,MEMS),即微机电系统,是在20世纪80年代末在微电子技术和硅微细加工技术基础上形成的新兴学科。MEMS研究的范畴很广,MEMS加速度传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传感器具有体积小,质量轻,便于集成的优点,硅加速度传感器越来越得到人们的关注。由此,将MEMS加速度器应用于鼠标,设计出空间鼠标将会大大提高鼠标的可操作性,因此,对于空间鼠标的研究十分必要。12国内外技术研究概况鼠标作为人们操作电脑最频繁使用的外设之一,自其诞生开始便涌现出了许多的技术,并且仍在发展当中。121鼠标的发展历程简介鼠标的发展历程可以概括为如下几个阶段1968年,世界上第一个鼠标诞生(图11),是一个小木头盒子,里面有两个滚轮,只有一个按钮,它的工作原理是由滚轮带动轴旋转,并使变阻器改变阻值,阻值的变化就产生了位移讯号,经电脑处理后屏幕上指示位置的光标就可以移动了;第5页图11最早的鼠标1981年,第一只商业化鼠标诞生,仍旧是机械鼠标,出现滚球鼠标(图12);图12机械鼠标1983年,罗技发明了第一只光学机械式鼠标,成为日后的行业标准;1999年,微软公司与安捷伦公司合作发布了INTELLIEYE光学引擎,以及第一只光学鼠标(图13);第6页图13光学鼠标2004年,世界第一款激光鼠标同时诞生了,它便是罗技推出的MX1000激光无线鼠标。虽然至今为止鼠标的种类很多,但以上的鼠标可以概括为两种,机械式和光电式,但是由于机械式鼠标的磨损和光电式技术的限制,它们终将会被新的鼠标非接触式空间鼠标所取代。非接触式鼠标是加速度芯片在姿态检测和动作识别方面的典型应用,它应用加速度芯片作为检测元件,根据受力的变化来检测加速度的大小,通过运算即可得到位移的变化,由此便可实现不依赖于任何平面就可以控制光标。122国外研究概况国外一些学者就曾应用加速度芯片设计过这种鼠标,斯坦福大学的CHRISTOPHERWKUNG和PETERWANG在其名为“ECE476FINALPROJECT”的课题中设计了一款名为“GMOUSE”的鼠标,通过RS232与PC通信,效果很好。美国WASHINGTON大学TODDMORTON教授利用ADX202加速度传感器成功实现了无线倾角加速度鼠标,该鼠标通过USB口与PC机进行通讯。麻生理工学院的SHIRLEYLI等人成功研制集于加速度传感器的三维无线鼠标,该鼠标采用LTS30L02三轴加速度传感器和CC1010射频收发芯片,处理单元采用FPGA,它也是通过倾角使用来控制鼠标。英国伯明翰大学HUMPHREYS等人研制了一种三维鼠标,利用回转仪可以控制电脑屏幕上三维立体的旋转。微软公司申请了可穿戴式鼠标的专利,根据这个专利,微软公司将设计空中无线技术的鼠标市场。123国内研究概况在国内,2002年,东南大学的李宏升申请了名为“移动式全电子惯性鼠标”的实用新型专利,专利号为012381535,它利用加速度信号积分后并进行分频产生速度脉冲,再配合专用的鼠标IC芯片实现。同时,北京大学张乐平,上海交通大学黄得志等都进

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