紅外線遙控鼠標(biāo)器
鼠標(biāo)器是用來產(chǎn)生控制屏幕光標(biāo)移動(dòng)的一種裝置，是計(jì)算機(jī)最重要的外部輸入設(shè)備之一，可用于人機(jī)會(huì)話的圖形系統(tǒng)。鼠標(biāo)器和計(jì)算機(jī)之間有一根連線，并且需要在桌面（鼠標(biāo)墊）上進(jìn)行操作。在使用計(jì)算機(jī)和大屏幕投影機(jī)作多媒體教學(xué)時(shí)，由于鼠標(biāo)器操作的牽制，會(huì)使教員的教學(xué)活動(dòng)受到限制，不利于教學(xué)雙方的交流。本文介紹的一種紅外遙控鼠標(biāo)器，用紅外線取代了鼠標(biāo)器和計(jì)算機(jī)之間的連線，用按鍵控制光標(biāo)的移動(dòng)，解決了上述鼠標(biāo)器使用不便的問題。
機(jī)械式鼠標(biāo)器的工作原理
為了說明紅外線遙控鼠標(biāo)器的工作原理，有必要先講一下普通鼠標(biāo)器的工作原理。
鼠標(biāo)器按其工作原理可分為機(jī)械式和光電式兩種，最常見的是機(jī)械式鼠標(biāo)器。現(xiàn)在的機(jī)械鼠標(biāo)器實(shí)際上是光機(jī)鼠標(biāo)器，即將滾輪的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，再變?yōu)殡娦盘?hào)。下面以這種鼠標(biāo)器為例說明其工作原理。
在機(jī)械式鼠標(biāo)器底部有一個(gè)露出一部分的塑膠小球,當(dāng)鼠標(biāo)器在操作桌面上移動(dòng)時(shí)，小球隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，在鼠標(biāo)器內(nèi)部裝有三個(gè)滾軸與小球接觸，其中有兩個(gè)分別是X軸方向和Y軸方向滾軸，用來分別測(cè)量X軸方向和Y軸方向的移動(dòng)量，另一個(gè)是空軸，僅起支撐作用。拖動(dòng)鼠標(biāo)器時(shí)，由于小球帶動(dòng)三個(gè)滾軸轉(zhuǎn)動(dòng)，X軸方向和Y軸方向滾軸又各帶動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)軸（稱為譯碼輪）轉(zhuǎn)動(dòng)。譯碼輪(見圖1)的兩側(cè)分別裝有紅外發(fā)光二極管和光敏傳感器，組成光電耦合器。光敏傳感器內(nèi)部沿垂直方向排列有兩個(gè)光敏晶體管A和B，如圖2所示。由于譯碼輪有間隙，故當(dāng)譯碼輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線時(shí)而照在光敏傳感器上，時(shí)而被阻斷，從而使光敏傳感器輸出脈沖信號(hào)。光敏晶體管A和B被安放的位置使得其光照和阻斷的時(shí)間有差異，從而產(chǎn)生的脈沖A和脈沖B有一定的相位差，利用這種方法，就能測(cè)出鼠標(biāo)器的拖動(dòng)方向。也就是說，脈沖A比脈沖B的相位提前時(shí)，表示一個(gè)移動(dòng)方向；反之，脈沖B比脈沖A的相位提前時(shí)，表示另一個(gè)移動(dòng)方向。同時(shí)，脈沖信號(hào)周期也能反映出移動(dòng)速度。檢測(cè)到的X軸方向和Y軸方向移動(dòng)的合成即代表了鼠標(biāo)器的移動(dòng)方向。將上述電信號(hào)重新編碼后形成串行信號(hào)，再通過串行口COM1或COM2輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)即可判斷鼠標(biāo)器的移動(dòng)方向。由以上的敘述可以得出結(jié)論：如果給X軸方向和Y軸方向光敏傳感器的輸出端送入兩組脈沖信號(hào)，控制每一組脈沖的相位差即能達(dá)到與拖動(dòng)鼠標(biāo)器相同的作用。本文介紹的紅外線遙控鼠標(biāo)器正是根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)的。
紅外線遙控鼠標(biāo)器的工作原理
紅外線遙控鼠標(biāo)器由紅外發(fā)射器和紅外接收器兩部分組成，其原理方框圖如圖3所示。
紅外發(fā)射器電路如圖4所示。IC1為編碼器集成電路VD5026，和它配對(duì)的譯碼器集成電路為VD5027或VD5028。VD5026的①～⑧腳為地址端A0～A7，⑩～腳為數(shù)據(jù)端D0～D3（和VD5028配合使用時(shí)可作地址端A8～A11），腳為編碼信號(hào)輸出端，其輸出信號(hào)對(duì)IC2A、IC2B等組成的40kHz脈沖發(fā)生器的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制后的脈沖信號(hào)經(jīng)IC2C、IC2D后由VT1推動(dòng)紅外發(fā)光二極管VD5、VD6發(fā)射紅外線。IC2C、IC2D有緩沖和整形的作用。R5為編碼器VD5026的振蕩電阻，它和配對(duì)的解碼器VD5027的振蕩電阻應(yīng)該取相同的阻值，以保證時(shí)鐘頻率一致，否則將不能譯碼。數(shù)據(jù)端D0～D3的電平?jīng)Q定了鼠標(biāo)器的移動(dòng)方向和左、右鍵的工作狀態(tài)，其電平受S1～S6的控制，其中S1、S2控制X軸方向的正向和反向移動(dòng)，S3、S4控制Y軸方向的正向和反向移動(dòng)，S5、S6分別為鼠標(biāo)器的左、右控制鍵。所按的鍵同D0～D3電平和工作狀態(tài)的關(guān)系見附表。
附表
| 按鍵 | D0 | D1 | D2 | D3 | 工作狀態(tài) |
| S1 | 1 | 0 | 0 | 0 | X軸正方向移動(dòng) |
| S2 | 0 | 1 | 0 | 0 | X軸負(fù)方向移動(dòng) |
| S3 | 0 | 0 | 1 | 0 | Y軸正方向移動(dòng) |
| S4 | 0 | 0 | 0 | 1 | Y軸負(fù)方向移動(dòng) |
| S1、S3 | 1 | 0 | 1 | 0 | X軸正方向移動(dòng)、Y軸正方向移動(dòng) |
| S1、S4 | 1 | 0 | 0 | 1 | X軸正方向移動(dòng)、Y軸負(fù)方向移動(dòng) |
| S2、S3 | 0 | 1 | 1 | 0 | X軸負(fù)方向移動(dòng)、Y軸正方向移動(dòng) |
| S2、S4 | 0 | 1 | 0 | 1 | X軸負(fù)方向移動(dòng)、Y軸負(fù)方向移動(dòng) |
| S5 | 1 | 1 | 0 | 0 | 鼠標(biāo)器左鍵 |
| S6 | 0 | 0 | 1 | 1 | 鼠標(biāo)器右鍵 |
由表1可以看出，通過按鍵即可對(duì)鼠標(biāo)器進(jìn)行各種操作，例如要使鼠標(biāo)器向左上方移動(dòng)，可先按S2向左移動(dòng)，再按S3向上移動(dòng)，也可以同時(shí)按S2、S3直接向左上方移動(dòng)。
紅外線接收器電路如圖5所示。CX20106是紅外遙控接收集成電路，它由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器和整形電路等組成。VD1輸入IC1的紅外信號(hào)，經(jīng)過解調(diào)后由⑦腳輸出，再由IC3F反相后得到與VD5026腳輸出相同的編碼信號(hào)。此信號(hào)通過VD5027的腳輸入，由于VD5027的地址碼A0～A7和發(fā)射器VD5026的地址碼A0～A7相同（都設(shè)置為低電平），所以VD5027能對(duì)與其相連的編碼信號(hào)進(jìn)行正確解碼，其結(jié)果是能使VD5027的D0～D3輸出與VD5026的D0～D3相同的電平，從而完成相應(yīng)的動(dòng)作。
IC3為六“非”門集成電路，其中IC3A和IC3B與R5和C4等組成方波發(fā)生器，其脈沖頻率主要由R5、C4的值決定。R6、C5、IC3D等組成移相電路，移相量由R6、C5的值決定。當(dāng)脈沖頻率調(diào)整時(shí)，R6、C5的值也應(yīng)作相應(yīng)的調(diào)整。IC3的各有關(guān)腳的輸出波形見圖6，從圖中可以看出，若以IC3的⑥腳輸出脈沖為基準(zhǔn)，則⑧腳輸出脈沖相位超前，腳輸出脈沖相位滯后。
IC4、IC5為四“非門”集成電路，兩者組成控制門電路，其中IC4C、IC4D、IC5D組成光標(biāo)沿X軸方向移動(dòng)的控制電路，IC4A、IC4B、IC5C組成光標(biāo)沿Y軸方向移動(dòng)的控制電路，IC5A為左鍵控制電路，IC5B為右鍵控制電路。
P1的①、②腳接鼠標(biāo)器的Y軸方向原光敏傳感器兩個(gè)光敏晶體管的輸出端，③、④腳接鼠標(biāo)器的X軸方向原光敏傳感器兩個(gè)光敏晶體管的輸出端，⑤、⑥腳接鼠標(biāo)器的左、右鍵的接點(diǎn)，連接電路如圖7所示。
下面分別以控制光標(biāo)沿X軸正方向移動(dòng)和控制鼠標(biāo)器左鍵為例說明這一部分電路的工作原理。
當(dāng)發(fā)射器按下S1后，接收器IC2的D0端輸出高電平，使“與”門IC4D的腳為高電平，而IC2的D1端為低電平，使IC5D腳為高電平，這樣就使從IC4D的腳輸入的脈沖信號(hào)得以從IC5D的腳輸出，這時(shí)P1的③、④腳輸出給
鼠標(biāo)器的脈沖信號(hào)為④腳相位超前，光標(biāo)向X軸正方向移動(dòng)；同理，如果按下發(fā)射器S2鍵，則接收器P1的③、④腳輸出給鼠標(biāo)器的脈沖信號(hào)為④腳相位滯后，光標(biāo)向X軸負(fù)方向移動(dòng)。當(dāng)S1、S2均不按下時(shí)，IC2的D0、D1端均為低電平.
IC5D的腳為低電平，P1的④腳沒有脈沖信號(hào)輸出，雖然這時(shí)P1的③腳有脈沖信號(hào)輸出，但由于沒有兩個(gè)脈沖信號(hào)進(jìn)行相位比較，光標(biāo)在X軸方向不會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)。相關(guān)點(diǎn)的脈沖信號(hào)波形見圖8。
如果按下發(fā)射器的S5，則接收器IC2的D0、D1同時(shí)輸出高電平，IC5A的③腳輸出低電平，相當(dāng)于按下鼠標(biāo)器的左鍵。需要說明的是：由于D0、D1均為高電平，IC4C的腳、IC4D的腳輸出相位相反的脈沖信號(hào)，在任一時(shí)刻IC5D的、腳均有一端為低電平，從而使IC5D的腳輸出高電平，因此按S5不會(huì)使光標(biāo)產(chǎn)生X方向的移動(dòng)。
對(duì)于控制光標(biāo)沿Y軸方向移動(dòng)和控制鼠標(biāo)器右鍵，其工作原理可依此類推。
安裝和調(diào)試
主要元器件的型號(hào)和參數(shù)在圖4、圖5中均己標(biāo)注。安裝和調(diào)試的一個(gè)很重要的工作是用于改裝的鼠標(biāo)器的選擇，筆者用作試驗(yàn)的鼠標(biāo)器是美上美機(jī)械鼠標(biāo)器。根據(jù)圖5所示電路的要求，鼠標(biāo)器的集成電路必須為正電壓供電（相對(duì)于地），左、右鍵控制信號(hào)必須為低電平有效，即不按鍵時(shí)控制端對(duì)地為正電壓。滿足以上兩個(gè)條件的機(jī)械鼠標(biāo)器均可使用。下面以美上美機(jī)械鼠標(biāo)器為例具體說明接線方法。先拆掉X軸、Y軸方向的光敏傳感器（鼠標(biāo)器中光敏傳感器為三個(gè)引腳，紅外發(fā)光二極管為兩個(gè)引腳）及左、右鍵按鈕開關(guān)，將圖5中P1⑦、⑧腳的連線和鼠標(biāo)器電路板的地相連，X軸方向的光敏傳感器有三個(gè)安裝孔，其中一個(gè)為公共端，另兩個(gè)為信號(hào)輸出端，這兩個(gè)輸出端分別接P1的③腳和④腳，Y軸方向的連線與此類似。
調(diào)試時(shí)，按下S1，如光標(biāo)向相反的方向即X軸負(fù)方向移動(dòng)，只要調(diào)換一下和鼠標(biāo)器電路板相連接的P1的③、④腳的線即可；按下S3，如光標(biāo)向相反的方向Y軸負(fù)方向移動(dòng)，只要調(diào)換與鼠標(biāo)器電路板相連的P1的①、②腳即可。X軸、Y軸正方向正確了，負(fù)方向也就自然正確了。為了制作和使用方便，可將鼠標(biāo)器的電路板拆下，與接收器的電路板裝在一個(gè)盒子里。
如果用其它機(jī)械鼠標(biāo)器進(jìn)行改裝，接收器部分的控制電路可能要作適當(dāng)改動(dòng)。
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