计算机科学与技术学院
课程设计报告
2017 — 2018学年第 1 学期
课程名称接口技术
设计题目计算机鼠标的工作原理及发展历史的研究学生姓名
学号
专业班级
指导教师
2017年月日
目录
一．概述 (2)
二．机械鼠标 (3)
三．光机鼠标 (5)
四．光电鼠标 (6)
五．无线鼠标 (10)
六．机械鼠标和光电鼠标比较 (13)
七．设计总结 (14)
计算机鼠标的工作原理及发展历史的研究
一．概述
经历了数年的飞速发展，如今的电脑配件以及周边的外设已经越来越好，我们最常用的鼠标从滚轮到光电，从有线到无线，有着惊人的改变。不过在鼠标的工作原理方面，依然延续着昔日的经典，没有太多的改变，只是如今的鼠标在性能上有着不小的突破。
鼠标的发展历程
鼠标发展历程上的几个重要里程碑：
. 1968年，鼠标的原型诞生；
. 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；
. 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；
. 80年代初出现了第一代光电鼠标，它需要特殊的有栅格的鼠标垫，过高的成本限制了其使用范围；
. 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。
人们普遍认为，1964年，一位名叫道格·恩格尔巴特研究人员发明了鼠标。道格·恩格尔巴特当时是斯坦福研究所工作的一名研究员，他一直致力于改造计算机使用方法，使计算机的操作更加简便。
60年代初，道格·恩格尔巴特在参加一个会议时随手掏出了随身携带的笔记本，画出了一种在底步使用两个互相垂直的轮子来跟踪动作的装置草图，这便是鼠标的雏形。到了1964年，Douglas Englebart 再次对鼠标的构思进行完善，动手制作了第一个鼠标。他制作的鼠标是一只小木盒子，里面有两个滚轮，但只有一个按钮。它的工作原理是由滚轮带动轴旋转，并带动变阻器改变阻值，阻值的变化就是移位的信号，经计算机处理后屏幕上指示位置的光标就可以移动了。二．机械鼠标
最初的鼠标都是机械鼠标，使用9针串行口与计算机进行通信。机械鼠标工作的原理很简单，它采用一个小滑球和桌面接触，当滑球移动的时候，滑球推动压力滚轴滚动，滚轴的另一边连着编码器，在每个编码器上呈圆形排列的触点。当滑球滚动时，经过传导，使触点会依次碰到接触条，从而产生计算机容易辨认的，“接通”和“断开”，也就是“0”和“1”信号。通常鼠标内部有一个芯片会根据这些数据转换成“X ”和“Y ”轴的位移，从而使光标移动。通过移动鼠标，带动胶球，胶球滚动又磨擦鼠标内分管水平和垂直两个方向的栅轮滚轴，驱动栅轮转动。栅轮轮沿为格栅状。紧靠栅轮格栅两侧，一侧是一红外发光管，另一侧是红外接收组件。红外接收组件为一三端器件，其中包含甲乙两个红外接收管。在水平和垂直栅轮夹角正对方向有一压紧轮，它使胶球无论向何方向滚动都始终压紧在两个栅轮轴上。通过ps/2 口或串口与主机相连。接口使用四根线，分别为电源,地，时钟和数据。正常工作时，鼠标的移动转换为水平和垂直栅轮不同方向
和转速的转动。栅轮转动时，栅轮的轮齿周期性遮挡红外发光管发出的红外线照射到接收组件中的甲管和乙管,从而甲和乙输出端输出电脉冲
至鼠标内控制芯片。由于红外接收组件中甲乙两管垂直排列，栅轮轮齿夹在红外发射与接收中间的部分的移动方向为上下方向，而甲乙接收管与红外发射管的夹角不为零，于是甲乙管输出的电脉冲有一个相位差。鼠标内控制芯片通过此脉冲相位差判知水平或垂直栅轮的转动方向，通过此脉冲的频率判知栅轮的转动速度，并不断通过数据线向主机传送鼠标移动信息，主机通过处理使屏幕上的光标同鼠标同步移动。
机械鼠标是靠橡胶球带动光栅轮的，用两套光电对管是因为鼠标有X、Y轴两个运动方向，设仅横向移动鼠标，此时只有X轴方向的运动，那么存在需要识别X轴的光栅轮是顺时针还是逆时针转动（也就是你的鼠标是向左移还是向右移），这就只能够依靠一套光电对管来探测（光电对管指的是发光和接收两个元件），在光电接收管中按上下方位封装好两个光电三极管就能通过判断两个光电三极管的导通次序来得知光栅轮的转动方向了。你要用来测电机转动很简单，这个元件中间的引脚为公共集电极，1和3脚分别为两个光电三极管的发射极，如果只需要测转速而不需判断电机转动方向则只需要在电路中连接1、2或者2、3脚另一脚不接就是把这个元件当作单个光电三极管在用了。
显而易见，这种机械鼠标的精度受到了桌面光洁度、采样精度等多方面因素的制约，因此并不适合在高速移动或者大型游戏中使用。不过，由于这种第一代机械鼠标出现的时候，大部分PC 的系统软件和操作软件都只是刚刚开始使用GUI ，因此这个矛盾并不突出。
三．光机鼠标
随着个人PC 的高速发展，纯粹的第一代机械鼠标已经逐渐不适应人们日益增长的使用要求了，这时出现了所谓的光学机械鼠标。也就是一般人们所说的光机鼠标，它具有光学鼠标的一些优点，同时在价格上又接近机械鼠标，因此受到了广大消费者的喜爱。一直到今天，光学机械鼠标仍然是市场上的主流产品之一。
光机鼠标的历史其实非常悠久，早在1982年，罗技公司就发明了世界第一款光机鼠标。从这个时候起，在鼠标的结构设计才算是基本成熟，在以后长达20年之久的时光中，光机鼠标可谓是出尽了风头。
光机鼠标是在纯机械式鼠标基础上进行改良，通过引入光学技术来提高鼠标的定位精度。与纯机械式鼠标一样，光机鼠标同样拥有一个胶质的小滚球，并连接着X 、Y 转轴，所不同的是光机鼠标不再有圆形的译码轮，代之的是两个带有栅缝的光栅码盘，并且增加了发光二极管和感光芯片。当鼠标在桌面上移动时，滚球会带动X 、Y 转轴的两只光栅码盘转动，而X 、Y 发光二极管发出的光便会照射在光栅码盘上，由于光栅码盘存在栅缝，在恰当时机二极管发射出的光便可透过栅缝直接照射在两颗感光芯片组成的检测头上。如果接收到光信号，感光芯片便会产生“1”信号，若无接收到光信号，则将之定为信号“0”。接下来，这些信号被送入专门的控制芯片内运算生成对应的坐标偏移量，确定光标在屏幕上的位置。
