【摘 要】鼠标是一种重要的人际交互设备，可以快速、准确且直观的对屏幕进行定位、控制，提供了用户和计算机间交互的便捷方式，有效提升了系统的功能。本文主要研究了一种新型的多功能三维鼠标的设计。
　　
【关键词】多功能；三维；鼠标；无线射频
　　
【中图分类号】TB47 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0197-02
　　
计算机操作的重要外设设备就是键盘和鼠标，伴随无线通信技术的进一步发展，无线鼠标已经得到了广泛的应用，成为了主流产品，目前鼠标大部分已经采用了USB通信方式。本次研究的鼠标设计控制芯片采用的是STM32，利用加速度计采集数据，获得X、Y、Z轴方向上的加速度值，并将其转化成3D鼠标空间位置变化，利用USB接口将指令传递给PC机，实现三维鼠标的屏幕光标移动控制功能【1】。
　　
一、多功能三维鼠标设计总体框架
　　
主要分为硬件设计和软件设计两部分。硬件部分的设计主要包括：单片机，采用STM32控制芯片，采集数据、处理数据并存储电路。单片机需符合可以实时将加速度计传送过来的信号采集并处理、存储的功能。另外需要对加速度计的功能电路进行设计，利用加速度传感器获取X轴、Y轴和Z轴上的加速度信号，传送至单机片。软件系统利用驱动程序连接I2C与USB接口，利用I2C接口对加速度计传输过来的信号进行采集，利用单片机功能计算，获取三维坐标量值。由单片机的控制芯片STM32利用USB把最终处理好的数据信息传送给PC机，实现屏幕光标移动控制【2】。图1为三维鼠标设计过程結构框图。图1 三维鼠标设计过程结构框图
　　
通过观察图1可发现，本次研究的多功能三维鼠标系统主要包括了以下功能模块：
　　
1、采集、处理信号的模块的硬件电路
　　
此模块的电路能够确保采集、处理信号的模块对加速度计传送过来的三维数据信号进行实时正确采集。此部分主要利用控制芯片STM32实现，对ADXL345加速度计传送的加速度信号进行处理，对加速度方向进行判定，应用步进方式对X、Y、Z三轴方向上的相对位移情况进行定义，并把位移信息通过USB接口传输到PC机。
　　
2、接口模块
　　
USB接口主要作用就是将PC机和单机片最小系统STM32进行连接，实现两部分的数据传输；I2C接口主要作用是将加速度计ADXL345和单机片STM32进行连接，实现两部分的数据采集和传送。
　　
3、加速度计功能电路模块
　　
此模块的电路依靠ADXL345芯片实现，利用三个敏感单元敏感取得X、Y、Z方向的加速度，将感应到的物理量采用感应器进行模拟化，利用A/D将其转化成为数字信号，传送至控制和中断逻辑。利用串行I/O口，依据命令控制实现和主设备之间的交互。
　　
二、加速度计模块的设计
　　
整个系统主要包括信号的采集、处理和发送三部分，各模块的设计均会对系统功能的实现产生直接的影响，因此需要做好加速度计模块的设计和选型。
　　
1、加速度传感器的选择
　　
本次研究选用ADXL345加速度计，它是三个轴，也就是采集的是三维信号，选用ADXL345加速度计有以下性能特点：（1）它是三轴加速度传感器，具有较低的功耗，而且还能实现伴随宽带自动调整功耗的功能；（2）I/O电压及电源范围为1.8V-3.6V，接口部分电源电压为+1.8V，采用三轴惯性传感器可以节约耗电量大约80%；（3）具备多个可变测量范围及较高的耐冲击性，备有SPI和I2C输出接口，达到0.1-3.2kHz的数据传输速度；（4）适用于动态加速测量和静态倾角测量；（5）利用寄存器实现多种功能，可以采用寄存器完成数据格式、数字通信模式、中断使能、FIFO工作模式等选择。
　　
2、加速度计的内部功能结构
　　
ADXL345是一款利用MEMS技术制作的，具备SPI和I2C数字输出功能的加速度计，具有超低功耗、高分辨率、小巧轻薄及可变量程的特点【3】。在多晶硅上利用表面微机械处理技术构成，对减速度进行敏感测量。工作流程为：①三个敏感单元敏感获取X、Y、Z三个方向加速度；②将感应到的物理量进行模拟化；③利用A/D采样进行转换，成为数字信号，滤波后传送到中断逻辑和控制，利用串行I/O实现和主设备的交互。ADXL345内部结构功能如图2所示。
　　
三、电源模块设计
　　
电源模块的主要功能是提供整个系统的用电，本次设计的电源供给实现通过USB接口实现，因USB提供5V电压，需要的是3.3V电压，所以利用1117LD电压转换芯片实现电压供给。1117LD能够提供多种输出电压，仅需要10μF的最小电容即可保持电路稳定，具有功耗低、较高的稳定性能和精度、大输出电流的特点。原理图如图3。