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1-1），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1-1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1-2）；图1-2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1-3）；第6页图1-3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