Принцип работы оптико-механической мыши

МЫШЬ

ВВЕДЕНИЕ

Наряду с клавиатурой мышь является важнейшим средством ввода. С начала триумфального шествия графических оболочек мышь стала необходимой для эффективной работы на PC с соответствующим программным обеспечением.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить конструкцию и принцип работы мыши и её взаимодействие с ЭВМ.

КОНСТРУКЦИЯ МЫШИ

Общие сведения

Крупнейшими производителями мышей являются компании: Microsoft, Mitsumi, А4 Tech, Logitech и KEY Systems (торговая марка мышей Genius). Существует множество моделей мышей. Мыши различаются по способу подключения:

- мыши, подключаемые к СОМ-порту (Serial Mouse – последовательные мыши);

- мыши, подключаемые к порту PS/2 (PS/2 мыши, или Bus Mouse);

- мыши, подключаемые к порту USB.

Мыши взаимодействуют с портом либо посредством кабеля (проводные, или «хвостатые», мыши), либо через дополнительное устройство, принимающее радиосигнал (или инфракрасные сигналы) от мыши (беспроводные, или «бесхвостые», мыши). По принципу действия мыши подразделяются на:

- оптико-механические;

- оптические.

Кроме того, по способу подключения к компьютеру мыши можно подразделить на:

- проводные;

- беспроводные (радиопередающие, инфракрасные).

Для нормальной работы с мышью необходима не только сама мышь как инструмент. Для оптимального функционирования мышь должна передвигаться по плоской поверхности. Обычно применяются специальные коврики, так называемые MousePad.Указатель мыши на экране движется синхронно с движением мыши по коврику (рис. 1). Если двигать мышь налево, указатель на мониторе перемещается налево, если двигать мышь по кругу, то указатель также движется по кругу.

Рис. 1. Синхронность движения мыши и ее указателя на экране

Устройством ввода для мыши являются находящиеся на ней кнопки. Большинство мышей имеют по две кнопки, а специальные модели – три и более кнопок. Мыши только с одной кнопкой применяются для компьютеров типа Apple.

Функциональное назначение кнопок мыши различно и зависит от выполняемого приложения. Общим правилом является то, что при указании на объект, например пиктограмму, объект становится управляемым. В этом случае при щелчке левой кнопкой мыши объект помечается (выделяется). Если теперь, не отпуская левой кнопки, перемещать мышь, то объект будет перемещаться на экране. При двойном щелчке левой кнопкой мыши на этом объекте он активизируется.

Для большинства программных продуктов имеется возможность переопределять функции левой и правой кнопки мыши, что облегчает работу левшей.

Кроме кнопок, многие современные мыши оборудованы специальными устройствами быстрой прокрутки (скроллинга) изображения на экране монитора. На корпусе мыши устанавливаются рычажок, кнопка-качелька и устройства для скроллинга колеса (рис. 2). Наиболее удобным и простым является скроллинг с помощью колес, правда, такие мыши наиболее дорогие.

Рис. 2. Мыши со скроллингом

Принцип работы оптико-механической мыши

Можно без больших проблем и риска открыть мышь. Время от времени это даже необходимо делать, т. к. мышь нуждается в определенном уходе и, прежде всего, в чистке.

На нижней стороне мыши находится отверстие, которое открывается поворотом пластмассовой крышки. При снятии этой крышки вы увидите круглый шарик диаметром 1,5 – 2 см (рис. 3). После удаления этой крышки шарик можно вытащить из гнезда и почистить.

Обычно шарик изготовлен из металла и покрыт резиновым слоем. Если удалить шарик, то можно увидеть два маленьких валика и ролик, которые контактировали с шариком. Подпружиненный ролик служит для прижима шарика к двум валикам, оси которых расположены в одной плоскости под углом 90° друг относительно друга, предназначенным для регистрации механических передвижений мыши. Эти пластмассовые валики на конце осей связаны с диском, имеющим растровые отверстия.

В уже устаревших и в настоящее время практически не применяющихся механических мышах эти диски представляли собой механические контакты, преобразующие перемещение мыши в электрические импульсы. Подобный принцип действия предрасположен к ошибкам позиционирования и износу контактов, поэтому мыши, основанные на нем, были со временем вытеснены более надежными и точными оптико-механическими мышами (рис. 3), принцип действия которых состоит в следующем.

При перемещении мыши по коврику «тяжелый» шарик приходит в движение и вращает соприкасающиеся с ним валики. Ось вращения одного из валиков вертикальна, а другого горизонтальна. На этих осях установлены диски с растровыми отверстиями, которые вращаются между фотодатчиками. От количества растровых отверстий зависит разрешающая способность мыши. Обычно их около 40, что обеспечивает разрешение порядка 400 dpi. Фотодатчик состоит из источника света и фоточувствительного элемента (фотодиод, фоторезистор или фототранзистор). Этот фотосенсор безукоризненно определяет, где находится источник света: перед отверстием или за пластмассовой перегородкой диска. Поскольку таких растровых дисков два, то порядок освещения фоточувствительных элементов определяет направление перемещения мыши, а количество формируемых импульсов – расстояние.

Импульсы при помощи микроконтроллера превращаются в совместимые с PC данные и передаются через интерфейс RS-232C на материнскую плату.

Рис. 3. Устройство оптико-механической мыши

Оптическая мышь

Принцип работы оптической мыши немного отличается от принципа работы оптико-механической мыши. Он основан на отражении сфокусированного луча света от специального коврика, содержащего решетку темных линий. При движении мыши луч света попадает на темную линию, и отраженный луч теряет часть энергии. Сенсор фиксирует этот факт и посылает компьютеру соответствующий сигнал. Такие мыши были довольно сложны в использовании, они требовали точной ориентации манипулятора по коврику. Также повреждение коврика или его потеря приводили к неработоспособности мыши. Это привело практически к полному исчезновению первых оптических мышей из продажи.

Современная технология, реализованная в оптических мышах, делает их намного надежней и удобней. Более того, для работы такой мыши вообще не требуется никакого коврика. Технология современных оптических мышей была разработана компанией Agilent Technologies в конце 1999 г., однако первой воплотила ее в жизнь фирма Microsoft, разработав мышь под названием IntelliMouse.

Для сканирования поверхности используется миниатюрная видеокамера (КМОП-датчик, на основе комплементарной структуры типа металл-оксид-по­лупроводник, по сравнению с ПЗС-матрицами они обладают рядом преимуществ: низкое энергопотребление, возможность встраивания в каждый элемент APS – микросхемы собственной цепи считывания, аналого-цифрового преобразования и первичной обработки изображения), которая работает со скоростью 1500 снимков в секунду. Поскольку камера мало что «увидит» в темноте, для подсветки поверхности используется небольшой светодиод красного свечения. Световые лучи отражаются от поверхности, попадают на датчик и превращаются в электрический сигнал. Сигнал с датчика (последовательность электронных снимков) передается на цифровой сигнальный процессор (Digital Signal Processor – DSP), который выполняет его анализ. Процессор сравнивает каждый следующий снимок с предыдущим (рис. 4) и на основе их различий определяет направление и расстояние, на которое переместился датчик относительно сканируемой поверхности. Таким образом, принцип работы заключается в анализе последовательности изображений. Полученные данные в виде новых координат датчика процессор передает CPU, который в соответствии с полученной информацией передвигает курсор на экране монитора. Благодаря высокой частоте опроса датчика обеспечивается стабильное, плавное и точное передвижение курсора на экране монитора. Такие оптические мыши работают практически на любой поверхности, кроме: стеклянных, зеркальных, металлических и выполненных из бархата.

Рис. 4. Последовательность изображений поверхности,
снятая видеокамерой оптической мыши

Оптическая мышь имеет явные преимущества перед обычной:

– отсутствуют движущиеся части в плоскости соприкосновения с поверхностью, что уменьшает износ и понижает шанс поломки механики, ответственной за передвижение курсора;

– грязь не забивается во внутреннюю плоскость устройства и не мешает работе сенсоров;

– увеличенное разрешение мыши приводит к лучшей работе; особенно это критично в графических приложениях и программах, где требуется точное введение данных при помощи мыши;

– мышь не требует специальной поверхности, коврика;

– теоретически не нужно проводить гигиеническую протирку коврика, шарика и мыши.

Наверное, единственный недостаток этой технологии заключается в том, что при слишком быстром перемещении оптической мыши процессор DSP не успевает обработать данные. В результате чего курсор мыши либо застывает на месте, либо пропадает с экрана и появляется совершенно не там, где бы вы ожидали его появление. Устранить этот недостаток можно за счет использования более мощного процессора и повышения частоты опроса камеры.

Лазерная мышь

В сентябре 2004 г. компания Logitechпоказала первую в мире мышь, использующую лазерную систему позиционирования. В устройстве MX1000LaserCordlessMouseкрасный светодиод (LED), повсеместно используемый сейчас в оптических мышах в качестве источника света, заменен лазером низкой мощности. В отличие от сравнительно широкого светового луча LED,узконаправленный и почти не видимый луч лазера способен выявить намного больше отличий поверхности, по которой перемещается устройство. Чувствительность новой лазерной мыши к деталям поверхности в 20 раз больше, чем у оптических мышей с LED.Благодаря этому MX1000надежно работает не только на грубых деревянных поверхностях, но и на полированных.

Трехмерная мышь

Рис. 5. Трехмерная мышь

Передатчик и мышь (или несколько мышей) подключаются к блоку управления, который, в свою очередь, соединен с PC через последовательный порт. Система Logitech 3D Mouse полностью совместима с системой виртуальной ориентации Head Tracker этой же фирмы.

Мышь Logitech 3D Mouse позволяет изменять положение виртуального курсора в виртуальном пространстве и передает в PC координаты его положения (X, Y и Z) и ориентации (азимут, угол места и угол наклона). При необходимости ее можно ис­пользовать в режиме обычной мыши. Наряду с обычными для мыши кнопками, Logitech 3D Mouse имеет дополнительную кнопку, позволяющую зафиксировать в PC ее текущее положение в пространстве.

Другой распространенной конструкцией является хорошо знакомый манипулятор типа «трекбол» (рис. 6).

Рис. 6. 3D мышь с трекболом

Для задания направления в устройстве используется шар на специальной подставке, в который вмонтирована триада магнитных катушек. Вращая шар, можно изменять ориентацию виртуального указателя (манипулятора) в пространстве.

Беспроводные мыши

Инфракрасная мышь

Крестными отцами инфракрасной мыши стали телевизоры с дистанционным управлением. Рядом или на компьютере установлен приемник инфракрасного излучения, который кабелем соединяется с PC. Движение мыши регистрируется при помощи уже известной механики и преобразуется в инфракрасный сигнал, который затем передается на приемник.

Преимущество свободного передвижения несколько снижается имеющимся при этом недостатком. Для безупречной передачи инфракрасного сигнала всегда должен быть установлен «зрительный» контакт между приемником и передатчиком. Нельзя загораживать излучатель такой мыши книгами, или другими материалами, т. к. при малой мощности сигнала мышь будет не в состоянии передать сигнал на PC. Инфракрасные мыши оборудуются аккумулятором или обычной батарейкой.

Радиомышь

Более интересной альтернативой является передача информации от мыши посредством радиосигнала. При этом необходимость в зрительном контакте между приемником и передатчиком отпадает. Мыши передают данные с помощью радиоволн в диапазоне 2400 МГц на небольшой приемник, который подключен к разъему СОМ, PS/2 или USB. Расстояние от приемника до мыши может составлять от 0,5 до 2 м. В корпусе мыши установлены батареи питания.

Основным недостатком радиомышек является низкая помехоустойчивость, особенно когда вблизи работает какое-либо устройство в том же диапазоне частот. Для устранения этого недостатка на корпусе мыши иногда устанавливается DIP-переключатель диапазонов.

Разрешение мыши

Качество мыши в значительной степени зависит от ее конструкции, поскольку все механические устройства подвергаются изнашиванию. Но качество мыши зависит и от ее разрешения. Разрешение мыши измеряется в dpi (dp per inch – количество точек на дюйм). Хотя более правильно было бы измерять в cpi (count per inch – число отсчетов на дюйм), т. к. электронная схема мыши считывает в импульсы расстояние, которое прошла мышь. Если мышь имеет разрешение 1500 dpi и вы передвигаете ее на 1 дюйм вправо, то привод мыши передает через микроконтроллер информацию о смещении на 1500 единиц вправо. Мышь рассчитывает эту информацию и усредняет ее в зависимости от разрешения монитора для позиционирования курсора на экране. При этом не имеет значения, двигалась мышь быстро или медленно.

Зависимость точности позиционирования мыши от скорости ее перемещения определяется так называемым баллистическим эффектом. Этот эффект можно изменять. При коротких перемещениях мыши уменьшается баллистический эффект, что ведет к увеличению точности позиционирования указателя мыши (работа в графической программе с мелкими деталями). Во время движений, при которых мышь проходит относительно большое расстояние, при перемещении между окнами редактирования и линейкой инструментов, курсор соответственно будет двигаться быстрее.

Нормальное разрешение мыши лежит в диапазоне от 200 до 900 dpi. Мышь с разрешением более 1000 dpi позволяет очень точно вести и позиционировать курсор, эта точность, естественно, зависит от выбранного разрешения экрана монитора.

Интерфейс мыши

По интерфейсу с компьютером различают четыре основных вида мышей: Bus Mouse, PS/2, USB, RS-232C.

Основными преимуществами RS-232C являются возможность передачи на значительно большие расстояния и простота соединительного кабеля. Данные в RS-232C передаются в последовательном коде побайтно. Каждый байт обрамляется стартовым и стоповыми битами. Данные могут передаваться как в одну, так и в другую сторону (дуплексный режим). Чаще всего для подключения RS-232C используют 9-контактный разъем (назначение контактов разъема для RS-232C приведено в табл. 1).

Таблица 1

Назначение выводов порта RS-232C

Наиболее часто используется трех- или четырехпроводная связь (для двунаправленной передачи). Схема соединения для четырехпроводной линии связи показана на рис. 7.

Рис. 7. Схема 4-проводной линии связи для RS-232C

Для двухпроводной линии связи в случае только передачи из компьютера во внешнее устройство используются сигналы SG и TxD. Формат передаваемых данных показан на рис. 8. Собственно данные (5, 6, 7 или 8 бит) сопровождаются стартовым битом, битом четности и одним или двумя стоповыми битами. Получив стартовый бит, приемник выбирает из линии биты данных через определенный интервал времени. Очень важно, чтобы тактовые частоты приемника и передатчика были одинаковыми. Скорость передачи по RS-232C может выбираться из ряда: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с.

.

Рис. 8. Формат данных RS-232C

Все сигналы RS-232C предаются выбранными уровнями, обеспечивающими высокую помехоустойчивость связи (рис. 9). Отметим, что данные передаются в инверсном коде (логической единице соответствует низкий уровень, логическому нулю – высокий уровень).

Рис. 9. Уровни сигналов RS-232C на передающем и принимающем концах линии связи

Подключение мыши

Большинство мышей, подключаемых через последовательный порт, поставляется с 9-контактным Sub-D-разъемом. В комплект поставки мыши иногда входят переходники для подключения мыши к 25-контактному разъему последовательного порта, который еще не так давно устанавливался на корпусе PC (табл. 2). Другой вариант – это 6-контактный миниатюрный разъем для PS/2-со­вместимой мыши (mini-DIN) (табл. 3, табл.4.)

Таблица 2

Соответствие выводов переходника с 9-контактного

RS-232C на 25-контактный RS-232C

Таблица 3

Назначение выводов разъема PS/2

Таблица 4

Соответствие выводов переходника с 6-контактного разъема

PS/2 на 9-контактный RS-232C

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: