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,wedescribeamousesystemdesignbasedonmicroaccelerometerMMA7260QTandmicroprocessorSTC89C51RC.Thesystemmeasurestheaccelerationofhandmovementswhichareconvertedintotwodimensionallocationcoordinates.Thesystemconsistsofthefollowingmajorcomponents1MEMSaccelerometers2microprocessor3A/Dconversioncircuit4mechanicalpartofthemousecircuit.Themousesystemdetectaccelerationofthemovementthroughtheaccelerationsensor,andtheanaloginformationisconvertedtodigitalinformationoutputtothemicroprocessorthroughtheanalogtodigitalconverterTLC549,themicroprocessorwillconvertthedigitalinformationintotheaccelerationdisplacementinformationandsentittothemousechipbythePS/2interfacetocontrolthecursormovementonthescreen.Themeritsofthedesignisthatwecanoperatethemouseinspacewithoutaspecificplane.KeyWordsairmouseMEMSmicroaccelerometer第2页目录摘要...1Abstract.....2第一章绪论..51.1选题的目的与意义....51.2国内外技术研究概况....51.2.1鼠标的发展历程简介...51.2.2国外研究概况...71.2.3国内研究概况...71.3本文主要工作....7第二章系统概述....82.1系统要求与条件.82.2系统设计思想.8第三章鼠标系统硬件设计93.1鼠标硬件系统概述93.2信号采集模块93.2.1MEMS加速度计MMA7260QT的选择..93.2.2A/D转换芯片TLC549的选择113.2.3加速度信号处理..133.3微处理器模块...133.3.1单片机STC89C51的选择..133.3.2单片机程序下载接口..143.4鼠标电路模块...153.4.1鼠标电路控制芯片HT6523..153.4.2鼠标的接口方法....16第四章鼠标系统软件设计174.1软件开发环境介绍...174.2鼠标软件系统概述184.3鼠标系统微处理器软件设计...184.3.1微处理器加速度值采样..184.3.2加速度到位移的数字信号变换..19第五章鼠标系统调试205.1鼠标电路模块调试...205.2加速度模块调试...21第3页第六章结论与展望...216.1结论216.2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1.1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。1.2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。1.2.1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。1.2.2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ChristopherW.kung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。1.2.3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01238153.5，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