鼠标发展史

计算机鼠标的工作原理及发展历史的研究一摘要研究了光电鼠标的工作原理及其应用，首先简要介绍了鼠标的发展历程以及光电鼠标工作原理，分析了光电鼠标和普通鼠标的不同点。二鼠标的发展历史1968年12月9日，全世界第一个鼠标诞生于美国加州斯坦福大学，它的发明者是DouglasEnglebart博士。Englebart博士设计鼠标的初衷就是为了使计算机的操作更加简便，来代替键盘那繁琐的指令。他制作的鼠标是一只小木头盒子，工作原理是由它底部的小球带动枢轴转动，并带动变阻器改变阻值来产生位移信号，信号经计算机处理，屏幕上的光标就可以移动。自此，鼠标和PC就结下了那种难以用言语表达的不解之缘。鼠标的使用令电脑操作更为简易，而风靡全球的Windows操作系统及其相关应用软件的普及亦加速了鼠标在PC间的广泛应用。一句话，鼠标的出现让我们的工作变得更为轻松方便。1968年12月9日Engilehbart博士在IEEE会议上展示的世界上第一个鼠标，一个木质的小盒子，盒子下面有两个互相垂直的轮子，每个轮子带动一个机械变阻器获得X、Y轴上的位移，在盒子的上面则有一个按钮开关提供连通信号。这款鼠标的鼻祖与今天的鼠标结构大不相同，甚至还需要外置电源给他供电才能正常工作。1983年苹果公司受到仙童公司著名STAR计算机的启发，在当年推出的Iisa电脑上第一次使用了鼠标作为GUI界面操作工具。这款电脑虽然不成功，但它为转年推出的Macintosh以及MACOS操作系统提供了经验，鼠标的黄金年代来临了。这个时候的鼠标还是老式的机械式鼠标，但是对于最初的产品已经有了新的改良,鼠标球取代了不灵活的单滚球，单键设计被更加灵活的双键/三键所取代，可供电的标准RS232串行口设计取代了早期的独立接口，现代鼠标的基本结构已经成型。1984年罗技的第一款无线鼠标研制成功，那时候还依靠红外线作为信号的载体。虽然说这款产品由于性能方面的诸多问题而告失败，但是罗技在无线方面的创新也给后来的产品带来了很多思路的指引。1996年由微软发明的鼠标滚轮是鼠标发展史上十分重大的发明，今天滚轮已经成为鼠标的标配之一。1999年微软与安捷伦公司合作，推出了IntellimouseExplorer鼠标，揭开了光学成像鼠标的时代的序幕。其中Intellieye定位引擎是世界上第一个光学成像式鼠标引擎，它的高适应能力和不需清洁的特点成为当时最为轰动的鼠标产品，被多个科学评选评为1999年最杰出的科技产品之一。（不过由于那个时候微软的硬件产品没有正式进入中国，所以当时IntellimouseExplorer鼠标所引起的轰动反响并没有波及到中国大陆）2000年，罗技公司也推出了同类的光电鼠标产品，使用安捷伦H2000光学成像引擎，性能上和IntellimouseExplorer鼠标一样。这一代产品是光学成像引擎的第一代产品，这一代的光电鼠标拥有一些现在已经众所周知的缺点，比如仅为1500次/秒的刷新率和400CPI的分辨率。对采样表面的适应性差，尤其对镜面以及花纹表面。2001年安捷伦推出了自己第二代光学成像引擎（A2030、A2051），首先推出产品的是安睫伦，它在CMOS和DSP引擎都没有重大变化的背景下，通过对光学引擎的重新设计将引擎的分辨率提升到800DPI，同时将刷新率提升到2000—2500次/秒。但是由于这一次的技术改良并没有增大CMOS的尺寸，所以相较第一代光学引擎性能提升并不明显。正是因为这样安捷伦公司并没有对第二代产品大肆宣传，只是无声无息的取代了第一代产品。2001年底微软结束了与安捷伦的合作以后，独立推出了第二代Intellieye引擎，与前一代相比它的改变极为重大—微软重新设计了CMOS和DSP算法，将刷新率提升到前所未有的6000次/秒，同时将CMOS尺寸提升到22X22，同时一举解决了光电鼠标的丢帧和表面适应性问题，同时全部控制电路整合到同一块芯片上，大大提高了系统的整合度。不过第二代Intellieye引擎光学部分并没有重新设计，所以其分辨率仍为400DPI。2002年初罗技推出了光电鼠标历史上独一无二的双光头极光飞貂来与IE3.0竞争，它使用了和其它安捷伦引擎所不同的IAS芯片和两个第二代的安捷伦DSP处理器，通过将两个SPI芯片交替运行来获得更高的处理速度，尽管CMOS的面积没有变化，但由于两个光头在不同的位置上采样，所以表面的适应性要比同期罗技单光头的鼠标来得好些。2002年下半年，罗技推出了和安捷伦合作一年的成果—新一代MX光学引擎，新的光学引擎在保留800DPI的前提下，将像素处理能力提升到令人诈舌的470万像素/秒，同时将CMOS尺寸加大到30X30。这使得它在性能上超过了一切原有的光学引擎，同时在光学性能上已经不亚于传统的光机鼠标，成为历史上第一款近乎完美的光学引擎2003年9月，微软推出了全新系列的鼠标产品。它们全部采用“TiltWheel”滚轮，这种滚轮最大的特点是通过左右倾斜可以实现对水平方向移动的控制。三鼠标的分类3．1按照工作原理分类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。鼠标按其工作原理的不同可以分为机械鼠标和光电鼠标。机械鼠标主要由滚球、辊柱和光栅信号传感器组成。当你拖动鼠标时，带动滚球转动，滚球又带动辊柱转动，装在辊柱端部的光栅信号传感器产生的光电脉冲信号反映出鼠标器在垂直和水平方向的位移变化，再通过电脑程序的处理和转换来控制屏幕上光标箭头的移动。光电鼠标器是通过检测鼠标器的位移，将位移信号转换为电脉冲信号，再通过程序的处理和转换来控制屏幕上的鼠标箭头的移动。光电鼠标用光电传感器代替了滚球。这类传感器需要特制的、带有条纹或点状图案的垫板配合使用。机械鼠标的工作原理机械鼠标的原理图如下：机械鼠标主要由滚球、辊柱和光栅信号传感器组成。鼠标通过ps/2口或串口与主机相连。接口中一般使用四根线，分别是电源，地，时钟和数据。机械鼠标是通过移动鼠标，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。机械鼠标是通过移动鼠标，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。当你拖动鼠标时，带动滚球转动，滚球又带动辊柱转动，装在辊柱端部的光栅信号传感器产生的光电脉冲信号反映出鼠标器在垂直和水平方向的位移变化，再通过电脑程序的处理和转换来控制屏幕上光标箭头的移动。它的底部没有相互垂直的片状圆轮，而是改用一个可四向滚动的胶质小球。这个小球在滚动时会带动一对转轴转动（分别为X转轴、Y转轴），在转轴的末端都有一个圆形的译码轮，译码轮上附有金属导电片与电刷直接接触。当转轴转动时，这些金属导电片与电刷就会依次接触，出现“接通”或“断开”两种形态，前者对应二进制数“1”、后者对应二进制数“0”。接下来，这些二进制信号被送交鼠标内部的专用芯片作解析处理并产生对应的坐标变化信号。只要鼠标在平面上移动，小球就会带动转轴转动，进而使译码轮的通断情况发生变化，产生一组组不同的坐标偏移量，反应到屏幕上，就是光标可随着鼠标的移动而移动。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。光电鼠标的工作原理原理图如下：光电鼠标的工作原理是：在光电鼠标内部有一个发光二极管，通过该发光二极管发出的光线，照亮光电鼠标底部表面（这就是为什么鼠标底部总会发光的原因）。然后将光电鼠标底部表面反射回的一部分光线，经过一组光学透镜，传输到一个光感应器件（微成像器）内成像。这样，当光电鼠标移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像。最后利用光电鼠标内部的一块专用图像分析芯片（DSP，即数字微处理器）对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成光标的定位。光电鼠标通常由以下部分组成：光学感应器、光学透镜、发光二极管、接口微处理器、轻触式按键、滚轮、连线、PS/2或USB接口、外壳等。下面分别进行介绍：光学感应器图片如下：光学感应器是光电鼠标的核心，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的光学感应器。光电鼠标的控制芯片图片如下：控制芯片负责协调光电鼠标中各元器件的工作，并与外部电路进行沟通（桥接）及各种信号的传送和收取。我们可以将其理解成是光电鼠标中的“管家婆”。这里有一个非常重要的概念大家应该知道，就是dpi对鼠标定位的影响。dpi是它用来衡量鼠标每移动一英寸所能检测出的点数，dpi越小，用来定位的点数就越少，定位精度就低；dpi越大，用来定位点数就多，定位精度就高。通常情况下，传统机械式鼠标的扫描精度都在200dpi以下，而光电鼠标则能达到400甚至800dpi，这就是为什么光电鼠标在定位精度上能够轻松超过机械式鼠标的主要原因。光学透镜组件图片如下：光学透镜组件被放在光电鼠标的底部位置，从图5中可以清楚地看到，光学透镜组件由一个棱光镜和一个圆形透镜组成。其中，棱光镜负责将发光二极管发出的光线传送至鼠标的底部，并予以照亮。圆形透镜则相当于一台摄像机的镜头，这个镜头负责将已经被照亮的鼠标底部图像传送至光学感应器底部的小孔中。通过观看光电鼠标的背面外壳，我们可以看出圆形透镜很像一个摄像头通过试验，笔者得出结论：不管是阻断棱光镜还是圆形透镜的光路，均会立即导致光电鼠标“失明”。其结果就是光电鼠标无法进行定位，由此可见光学透镜组件的重要性。发光二极管光学鼠标通过微型摄像头来摄取不同的图像，而要在黑漆漆的鼠标底部拍摄到画面，就必须借助发光二极管来照明。一般说来，光学鼠标多采用红色或者蓝色的发光二极管，但以前者较为常见，原因并非是红色光对拍摄图像有利，而是红光型二极管最早诞生，技术成熟，价格也最为低廉。与第一代光电鼠标不同，光学鼠标不需要摄取反射光来定位，发光