嵌入式設(shè)備鼠標(biāo)接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、嵌入式設(shè)備鼠標(biāo)接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)分析了ps/2鼠標(biāo)的接口和通信協(xié)議,介紹了ps/2鼠標(biāo)與的接口設(shè)計(jì)辦法,協(xié)作點(diǎn)陣,實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的圖形化人機(jī)接口(gui)當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已得到了廣泛應(yīng)用,但傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的人機(jī)接口多采納小鍵盤(pán)操作的文本菜單方式,用戶操作較為不便 本文介紹了一種利用ps/2接口鼠標(biāo),在點(diǎn)陣lcd的單片機(jī)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)圖形化用戶界面的計(jì)劃 用窗口菜單和圖形按鈕取代了傳統(tǒng)的鍵盤(pán)操作,具有成本低 效果好等特點(diǎn),具有很強(qiáng)的有用性1 ps/2接口和協(xié)議1.1 接口的物理特性ps/2接口用于許多現(xiàn)代的鼠標(biāo)和鍵盤(pán),由ibm最初開(kāi)發(fā)和用法 物理上的ps/2接口有兩種類型的:5腳的din和6腳的mini

2、-din 圖1就是兩種銜接器的引腳定義 用法中,主機(jī)提供+5v電源給鼠標(biāo),鼠標(biāo)的地銜接到主機(jī)電源地上1.2 接口協(xié)議原理ps/2鼠標(biāo)接口采納一種雙向同步串行協(xié)議 即每在時(shí)鐘線上發(fā)一個(gè)脈沖,就在數(shù)據(jù)線上發(fā)送一位數(shù)據(jù) 在互相傳輸中,主機(jī)擁有控制權(quán),即它可以在任何時(shí)候抑制鼠標(biāo)的發(fā)送 辦法是把時(shí)鐘線向來(lái)拉低,鼠標(biāo)就不能產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和發(fā)送數(shù)據(jù) 在兩個(gè)方向的傳輸中,時(shí)鐘信號(hào)都是由鼠標(biāo)產(chǎn)生,即主機(jī)不產(chǎn)生通信時(shí)鐘信號(hào)假如主機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù),它必需控制鼠標(biāo)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào) 辦法如下:主機(jī)首先下拉時(shí)鐘線起碼100s抑制通信,然后再下拉數(shù)據(jù)線,最后釋放時(shí)鐘線 通過(guò)這一時(shí)序控制鼠標(biāo)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào) 當(dāng)鼠標(biāo)檢測(cè)到這個(gè)時(shí)序狀態(tài),會(huì)在

3、10ms內(nèi)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào) 3中?a 時(shí)序段 主機(jī)和鼠標(biāo)之間,傳輸數(shù)據(jù)幀的時(shí)序2 圖3所示2 ps/2鼠標(biāo)的工作模式和協(xié)議數(shù)據(jù)包格式2.1 ps/2鼠標(biāo)的四種工作模式ps/2鼠標(biāo)的四種工作模式是:reset模式,當(dāng)鼠標(biāo)上電或主機(jī)發(fā)復(fù)位指令?0xff 給它時(shí)進(jìn)入這種模式;stream模式?鼠標(biāo)的默認(rèn)模式,當(dāng)鼠標(biāo)上電或復(fù)位完成后,自動(dòng)進(jìn)入此模式,鼠標(biāo)基本上以此模式工作;remote模式,惟獨(dú)在主機(jī)發(fā)送了模式設(shè)置指令?0xf0 后,鼠標(biāo)才進(jìn)入這種模式;wrap模式,這種模式只用于測(cè)試鼠標(biāo)與主機(jī)銜接是否正確2.2 數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)ps/2鼠標(biāo)在工作過(guò)程中,會(huì)準(zhǔn)時(shí)把它的狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī) 發(fā)送的數(shù)據(jù)包格式如表1所

4、示表1 鼠標(biāo)發(fā)送的數(shù)據(jù)包格式bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0byte1y overflowx oberflowx sipn bitx sign bitalways 1middle btnright btnleft btnbyte2x movementbyte3y movementbyte4z movementbyte1中的bit0 bit1 bit2分離表示左 右 中鍵的狀態(tài),狀態(tài)值0表示釋放,1表示按下 byte2和byte3分離表示x軸和y軸方向的移動(dòng)計(jì)量值,是二進(jìn)制補(bǔ)碼值 byte4的低四位表示滾輪的移動(dòng)計(jì)量值,也是二進(jìn)制補(bǔ)碼值,高四位作為擴(kuò)展符號(hào)位 這種

5、數(shù)據(jù)包由帶滾輪的三鍵三維鼠標(biāo)產(chǎn)生 若是不帶滾輪的三鍵鼠標(biāo),產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包沒(méi)有byte4其余的相同3 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1 接口設(shè)計(jì)由于ps/2鼠標(biāo)接口采納雙向同步串行協(xié)議,時(shí)鐘脈沖信號(hào)?以下皆稱clock 總是由鼠標(biāo)產(chǎn)生 因此,可以考慮這種計(jì)劃:鼠標(biāo)的clock接主機(jī)的一外中斷線,數(shù)據(jù)線?以下皆稱data 接主機(jī)的某一i/o口線,4所示在主機(jī)程序中,利用每個(gè)數(shù)據(jù)位的時(shí)鐘脈沖觸發(fā)中斷,在中斷例程中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)位的推斷和接收 在試驗(yàn)過(guò)程中,通過(guò)合適的編程,能夠正確控制并接收鼠標(biāo)數(shù)據(jù) 但該計(jì)劃有一點(diǎn)不足,因?yàn)槊總€(gè)clock都要產(chǎn)生一次中斷,中斷頻繁,需要耗用大量的主機(jī)資源因?yàn)槭髽?biāo)與主機(jī)之間以雙向同步串行協(xié)議傳

6、送數(shù)據(jù),若不考慮clock,僅考慮data,則其數(shù)據(jù)幀的時(shí)序與單片機(jī)的uart異步串行時(shí)序類似 所以,采納了另一種計(jì)劃:鼠標(biāo)的clock照舊接主機(jī)的外中斷,但鼠標(biāo)的data接uart的接收腳rxd 參照?qǐng)D4 data改接rxd 在初始化過(guò)程中,主機(jī)利用clock的外中斷和rxd腳的i/o口線功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸 初始化完成后,切換到rxd功能即uart的接收引腳功能 由于鼠標(biāo)已處于stream模式的工作狀態(tài),這時(shí)鼠標(biāo)能主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù) 這樣,主機(jī)可以在每收到一幀數(shù)據(jù)時(shí)才中斷一次 中斷次數(shù)大大降低,削減了主機(jī)資源的耗用不過(guò),在此計(jì)劃中,必需實(shí)現(xiàn)另一個(gè)功能:主機(jī)波特率的自適應(yīng) 由于ps/2接口的鼠標(biāo)普通

7、工作在10khz20khz時(shí)鐘頻率 不同廠家創(chuàng)造的鼠標(biāo)工作的時(shí)鐘頻率不同 嵌入設(shè)備主機(jī)要做到與不同鼠標(biāo)的波特率同步和自適應(yīng),才干夠正確接收鼠標(biāo)傳送來(lái)的數(shù)據(jù) 波特率的自適應(yīng)是這樣實(shí)現(xiàn):鼠標(biāo)上電自檢時(shí)會(huì)產(chǎn)生一串時(shí)鐘脈沖,利用鼠標(biāo)時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生的中斷,結(jié)合主機(jī)的定時(shí)器測(cè)量時(shí)鐘脈沖周期,可以得出所用鼠標(biāo)的時(shí)鐘頻率,進(jìn)而求出波特率 通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的波特率寄存器,實(shí)現(xiàn)了波特率的自適應(yīng)3.2 軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn)原理框圖5所示(1)鼠標(biāo)初始化最容易的初始化就是當(dāng)鼠標(biāo)上電自檢完成后,主機(jī)給鼠標(biāo)發(fā)送一個(gè)使能鼠標(biāo)數(shù)據(jù)傳送指令字節(jié)(0xf4),鼠標(biāo)就會(huì)在默認(rèn)設(shè)置狀態(tài)下工作 主機(jī)也可實(shí)現(xiàn)自定義初始化,如:復(fù)位三次(snd_c

8、md(0xff),snd_cmd(0xff),snd_cmd(0xff);設(shè)置采樣率:snd_cmd(0xf3),snd_cmd(0x0a);設(shè)置解析度(2點(diǎn)/毫米):snd_cmd(0xe8),snd_cmd(0x01);設(shè)置縮放比例(1:1):snd_cmd(0xe6);使能鼠標(biāo)數(shù)據(jù)傳送:snd_cmd(0xf4) 鼠標(biāo)每收到一個(gè)指令字節(jié)都會(huì)給出一個(gè)應(yīng)答字節(jié)(0xfa)(2)兩種計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)過(guò)程兩種計(jì)劃的軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程基本相同 只是后一種計(jì)劃中,初始化時(shí)還要實(shí)現(xiàn)主機(jī)波特率的自適應(yīng),關(guān)閉時(shí)鐘脈沖中斷和打開(kāi)串口中斷 此后主機(jī)利用uart的接收功能接收鼠標(biāo)數(shù)據(jù)(3)圖形化人機(jī)接口(gui)的實(shí)現(xiàn)在點(diǎn)

9、陣式lcd顯示屏上實(shí)現(xiàn)圖形化的人機(jī)接口界面,主要有兩個(gè)方面:一個(gè)是菜單圖標(biāo)的實(shí)現(xiàn);另一個(gè)是鼠標(biāo)光標(biāo)的實(shí)現(xiàn) 實(shí)現(xiàn)菜單圖標(biāo),顯示屏普通工作在圖形顯示模式 菜單圖標(biāo)有正常顯示狀態(tài)和反顯狀態(tài),它們都用函數(shù)實(shí)現(xiàn):void draw_icon(signed int xicon, signed int yicon,unsigned char *pdaticon) xiconyicon是圖標(biāo)所在位置的左上角坐標(biāo)值,pdaticon是各個(gè)圖標(biāo)及其不同顯示狀態(tài)的點(diǎn)陣碼值 反顯狀態(tài)是當(dāng)圖標(biāo)被光標(biāo)滑到或點(diǎn)取時(shí)才顯現(xiàn)的 實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)光標(biāo),又分兩種狀況 一種是單層顯示的lcd,只能由程序畫(huà)出鼠標(biāo)光標(biāo) 但是,當(dāng)光標(biāo)移動(dòng)較快時(shí),畫(huà)出光標(biāo)的點(diǎn)陣圖形需要耗用較多的主機(jī)資源 另一種是有雙層顯示和光標(biāo)功能的lcd,只需程序控制它的光標(biāo)移動(dòng)位置,無(wú)需程序畫(huà)出光標(biāo)的點(diǎn)陣圖形,因而耗用主機(jī)資源較少,實(shí)現(xiàn)起