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[分享] 一文了解红外遥控鼠标器原理

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发表于 2020-7-29 22:29:52 | 显示全部楼层 |阅读模式
本文章来自与非网
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遥控鼠标器,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
为了说明红外线遥控鼠标器的工作原理,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。本文介绍的红外线遥控鼠标器正是根据这一原理设计的。

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红外线遥控鼠标器的工作原理

红外线遥控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。

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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,它和配对的解码器 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。

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附表

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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。[page]

红外线接收器电路如图 5 所示。CX20106 是红外遥控接收集成电路,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 的 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解码,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。

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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。

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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 脚为高电平,这样就使从 IC4D 的脚输入的脉冲信号得以从 IC5D 的 14 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、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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