光学鼠标系统解构.doc

光学鼠标系统解构摘要：文中主要介绍了光学鼠标的基本构件并详细分析了部分鼠标的性能指标，然后以ADSN-2051光学鼠标的CY7C63743微控芯片为例，分析解构了光学鼠标的电路结构和工作原理与机械式鼠标相比, 光学鼠标具有高精度、无机械结构 和 可靠性高的优点关键词：光学鼠标、 电路系统、 解构Deconstruction of the optical mouse systemAbstract: We will introduced the basic components of the optical mouse as well as a detailed analysis of the performance.of the mouse . Then take micro controller chip CY7C63743of ADSN-2051 optical mouse for example, make an analysis of deconstruction of the circuit structure of the optical mouse and working principle.Compared with a Mechanical mouse，theoptical mouse is more accurate 、more reliable and without mechanical structure .Key words: the optical mouse, Circuit system, deconstruction.引言 “1964年，年轻的美国科学家道格拉斯·恩格尔巴特发明了鼠标。

他最初的想法是为了让电脑输入操作变得更简单、更容易第一只鼠标的外壳是用木头精心雕刻而成的，整个鼠标只有一个按键，在底部安装有金属滚轮，用以控制光标的移动[1] 1968年至今，鼠标经过40多年的发展也从原始鼠标发展到光学鼠标它也真正成为了电脑部件必不可少的一部分在您计算机使用的每一天，只要想移动光标或者激活某些内容，您都会使用鼠标鼠标发展到现在已经脱离了原来笨重简陋的形态，现在大家使用的光学鼠标与传统的机械式鼠标具有的、高精度、无机械结构和可靠性高的优点让我们以现在常用的光学鼠标来了解鼠标的内部结构它主要由发光二极管、光学引擎、辅助透镜组件和控制芯片如图所示就是我们常用的光学鼠标内部结构 图1 光学鼠标内部结构示意图1 鼠标内部结构的解构1.1发光二极管及辅助透镜组件光学鼠标不同于第一代光电鼠标，不需要通过反射光来定位，而发光二极管的功能仅仅是给鼠标底部的微型摄像头提供照明光源所以也不像第一代光电鼠标一样拥有X、Y两个发光二极管光学鼠标多采用红色和蓝色的发光二极管，通常要求亮度较高，亮度不足会影响传感器的图像获取而鼠标中以红色二级管更为常见，其原因不是红色光对拍摄图像更有利，而是红光二极管诞生早，技术成熟，价格便宜。

它并不决定光学鼠标的性能指标如图所示就是鼠标用的二极管图2 发光二极管透镜组件发光二极管一样不决定鼠标的性能指标，但它们的品质会影响鼠标的操作灵敏度如果透镜组件质量不佳，光线损耗大，感应器得不到清晰的图像，定位芯片的定位就容易产生偏差，间接影响了鼠标的性能一般来说，光学鼠标的透镜使用玻璃和有机玻璃两种材料，但前者加工难度很大，成本高昂，后者虽然透明度和玻璃有一定差距，但具有可塑性好、容易加工、成本低廉的优点，因此有机玻璃便成为制造光学鼠标透镜组件的主要材料如图所示为透镜组件图3 鼠标使用的透镜组1.2 光学引擎 鼠标的光学引擎由CMOS光学传感器和光学定位DSP构成，CMOS主要功能是当鼠标移动的时候，连续录取图像（即收集图像）DSP单元的主要功能是将CMOS获取的图像转换成位置偏移数据,具体而言,它是将某个时间点获取的图片与下一个时间点获取的图片作比对,然后计算出位置偏移数据光学感应器是光电鼠标的核心，的光学感应器光学鼠标的两个主要参数为分辨率和采样率，二者均是由CMOS感应器所决定，不过若分辨率、采样频率较高，所生成信息量也成倍增加，对应的DSP必须具备与之相称的硬件计算能力才行。

分辨率指的是鼠标在桌面上每移动1英寸距离鼠标所产生的脉冲数，脉冲数越多，鼠标的灵敏度也越高光标在屏幕上移动同样长的距离，分辨率高的鼠标在桌面上移动距离较短，给人感觉“比较快”分辨率高低就取决于感应器本身，目前主流光学鼠标的分辨率在400cpi/800cpi标准我们必须注意的是，鼠标的分辨率并非越高越好，它必须与显示器的分辨率结合起来考虑 采样频率是光学鼠标独有的性能指标，它指感应器每秒钟采集/分析图像的能力，单位为“帧/秒” [2]目前能够生产光学感应器的厂家只有安捷伦、微软和罗技三家公司其中，安捷伦公司的光学感应器使用十分广泛，除了微软的全部和罗技的部分光电鼠标之外，其他的光电鼠标基本上都采用了安捷伦公司下图为各个光学引擎指标对比:表1 各个光学引擎指标对比微软微软安捷伦安捷伦安捷伦安捷伦IntelliEyeIntelliEye二代H2000A2030/2050MX引擎MX引擎二代推出时间199920012000200120022004分辨率400 cpi400 cpi400 cpi800 cpi800 cpi800 cpi采样频率1500帧/秒6000帧/秒1500帧/秒2300帧/秒5220帧/秒6500帧/秒感应器尺寸22×2222×2222×2222×2230×3030×30图像处理能力72.6万像素/秒290.4万像素/秒72.6万像素/秒111.3万像素/秒470万像素/秒585万像素/秒代表产品IE 1.0目前所有产品不详不详罗技MX500罗技MX5101.3 控制芯片 控制芯片又叫微型控制单元（Micro Controller Unit）。

由于主要的计算工作由光学引擎中的定位DSP芯片所承担，控制芯片就不需要负责这部分工作了主要负责协调光电鼠标中各元器件的工作，并与主机进行连接及各种信号的传送和收取一般鼠标制造商都是直接采用第三方公司的产品，如图为 Cypress Semiconductor公司的CY7C63743控制芯片，它组合了USB 1.1接口和PS/2外围控制器，具有8K EPROM图4 CY7C63743控制芯片2 鼠标的工作原理2.1 微控器与光学传感器的连接以Cyrpress公司 的CY7C6001A 微控器为例 ,深入了解控制芯片的工作原理图是CY7C6001A微控器方块图 , CY7C6001A微控器主要功能是连接PC端的USB与光学鼠标 ,由 图 可知CY7C6001A是8比特的RISC微控器,外频动作速度为12Mhz，内频动作速度为6Mhz该LSI具有128byte的RAM以及2k/4k byte 的EEPROM以及USB 1.1接口 此外还具备8比特的free running timer、watch dog timer以及 内部reset等功能 工作电压为4~5.2v，工作温度为摄氏0度 一70度 ,封装方式有两种分别是20pin的PDIP/SOIC 与24pin的SOIC/QSOP。

图中是ADSN-2051光学鼠标传感器的内部方块图 ,“基本上ADSN-2051具有两种接口一种是可与传统圆球鼠标互换,作XA、XB、YA、YB四相矩形波输出的接口；另一种是SSP(Synchronous Serial Port)接口属于SCLK（serial clock）与 SDIO（serial data input\output）的 两线半二重接口[3]下面如图是ADSN-2051光学鼠标使用与同步连续接口（SSP）的连接图，使用的微控器是CY7C6001A，SSP的连接使用两线半二重接口，同步时使用低电压ADSN-2051使用的数据长度为2字节，第一位的MSB为1时为数据写入模式，为0时为读取模式微控器经过SDIO指定地址后开始写入数据在从SDIO写入鼠标的移动偏移量时，则读取ADSN-2051寄存器中Delta_X_register, Delta_Y_register里的数据，而读完后寄存器开始刷新偏移数据这样以来就可以不断获取最新的移动偏移量图5 ADSN-2051光学鼠标传感器的内部方块图图5 ADSN-2051光学鼠标使用与同步连续接口（SSP）的连接图2.2 鼠标总的工作原理 第二代光电鼠标的原理说来其实很简单：它采用的是数字光电技术，利用二极管照射鼠标所在物体的表面，然后鼠标的CMOS传感器每隔一定的时间就做一次快照，获取图像信息。

接着通过DSP数字信号处理器分析处理两次图片的特性，来决定坐标的移动方向及数值，然后通过光学引擎的集成逻辑接口单元将数据传送到微控器中，最后由微控器与主机接传送和接收数据完成鼠标在屏幕上的移动由于需要对图片进行扫描才能确定鼠标的位移，因此这个扫描的频率就成为衡量光电鼠标的一项重要参数更高速的传感器可以避免针的抖动和不规则移动现象，提高瞄准精度让我们在各种操作环境下都能得心应手图6 ADSN-2051光学鼠标工作流程图总结 鼠标经过40多年的发展已经摆脱了原始鼠标笨重简陋的形态，从笨重的机械鼠标到现在精准耐用的光学鼠标，从最初的模拟电路结构到现在高度集成的数字结构，鼠标的技术终于初见成果与机械式鼠标相比, 光学鼠标具有高精度、无机械结构 和 可靠性高的优点作为科技的产物，相信鼠标的技术还会随着时代不断发展与完善参考文献：[1] 陈运迪. 伟大的发明——鼠标[J].电脑技术,2003,(07):12-13[2] 高弘毅.光学鼠标的结构与工作原理[J].微型电子,2003,23(09):108-113.[3] 张岩.光学鼠标技术谱系[J].个人电脑, 2004,23(09):226-232[4] 羽飞. 深入剖析电脑硬件技术——输入设备鼠标篇[J].电脑知识与技术,2007,(11):55-59。