??? 摘? 要: 通過對鼠標底層通信原理及協議的深入分析,探討了鼠標在80C196單片機系統中的應用價值與可行性,并介紹了鼠標接口軟件設計的原理及方法,給出了80C196單片機與Microsoft鼠標的具體接口程序。?
??? 關鍵詞: 鼠標? 接口技術? 軟件設計? 接口程序
?
??? 80C196單片機由于價格低、處理能力強,在信號分析、數據采集等很多領域得到廣泛應用,在目標系統中使用各種規格的液晶或CRT顯示器也越來越多。因此在這樣的單片機系統中引入鼠標,將會方便操作,提高工作效率。鼠標內核本質上是一個二維的角度或位移信號檢測裝置,耗電極少、可靠性高、價格低廉,可以在許多場合發揮作用。鼠標與主機之間通過RS-232標準串行接口" title="串行接口">串行接口進行通信,信息傳送是單方向、無條件、無應答連續進行的。此外80C196的UART不直接支持鼠標的接口協議,在程序設計" title="程序設計">程序設計中必須予以注意。本文主要探討80C196單片機與Microsoft兼容鼠標接口程序的設計實現。?
1 鼠標信號發送協議與過程?
??? 鼠標是一個功能高度集中的小型機電一體化系統。它首先將直線位移轉換成角度位移,再轉變成數字量,然后與按鈕狀態統一編碼,通過RS-232串口" title="串口">串口發出。鼠標工作所需功率從RS-232串行接口的控制線上竊取(PS/2、USB接口鼠標除外)。當鼠標被拖動" title="拖動">拖動超過一個最小距離或某一按鈕被按下時,它按照規定的協議將移動的距離和按鈕狀態通過一次或幾次信息發送到主機;主機上的鼠標驅動程序將信息變換成鼠標位置和按鈕狀態供其它程序模塊調用。每發生一次移動或按鈕狀態變化,鼠標向上發送一次信息。通常一般鼠標的分辨率為400DPI。理論上即沿著某一方向每拖動一英寸(一般速度),會產生400次信息發送過程。如果拖動較快,則信息發送次數減少,但所反映的總的移動距離仍然是400步。?
??? 各種串行接口鼠標在物理層普遍采用標準的串行通信協議,波特率為1200bps。幀格式為7個數據位、2個停止位,無奇偶校驗位。上層協議則在此基礎上以十六進制數形式直接發送鼠標信息,包括:初始化報告；移動方向、距離、按鈕狀態。其一般形式如表1所示。?
?
?
2 鼠標接口程序設計?
??? 80C196系列單片機內設RS-232收發器,但需要配置接口芯片實現電平轉換。考慮到鼠標從串口竊取功率,接口芯片必須具有一定的驅動能力,而不能采用簡單的準RS-232電平轉換器。這里采用MAX232E作為接口芯片。?
??? 圖1中左側為80C196單片機,P2.0(TXD)、P2.1(RXD)通過MAX232E形成滿足鼠標要求的串行接口,包括生成標準RS-232C電平和提供電源供應。圖1中最右邊為9針或25針標準串行接插件。由于鼠標的電源供應采用功率竊取方案,由DTR/RTS提供,這里為DTR加限流電阻防止對鼠標造成傷害。RTS由MAX232E的信號發送端提供,通過80C196的P2.0控制MAX232E的10腳(對應的輸出腳為7腳)電平高低以改變7腳電位,使鼠標可以接收來自RTS的控制命令,以實現鼠標安裝與否的檢測。在MAX232E的11腳(對應的輸入腳為14腳)設置高電平以保證14腳電位為負RS-232電位,滿足鼠標發送信號時的電平要求。?
?
?
??? 從鏈路層看,80C196串行接口的四種工作方式" title="工作方式">工作方式均不滿足鼠標的幀格式要求;但其工作方式1(1位起始位、8位數據位、1位停止位)的總傳送位數與鼠標(1位起始位、7個數據位、2個停止位)相同,均為10位。接收過程中80C196收到7個數據位后,將2個停止位中的第一個作為數據位裝入接收緩沖器的最高位,由于停止位在物理層是高電平,作為數據被接收后相當于邏輯“0”;剩下的第二個停止位恰好為80C196 提供了有效的停止位。利用80C196的工作方式1完全可以保證正確接收鼠標信息。?
??? 單片機起動后,通過鼠標驅動模塊對鼠標進行初始化,即通過P2.0使RTS電平翻轉一次而令鼠標發送初始化報告,以確認鼠標是否安裝。之后,鼠標即可隨著拖動或按鈕操作向單片機發送動作信息,經接口模塊翻譯即可反應鼠標位置和按鈕狀態。?
??? 鼠標接口模塊主要包括按鈕狀態識別和位置識別兩個部分。80C196將根據接收到的鼠標信息不斷刷新鼠標信息緩沖區。由于鼠標事件間隔不確定,采用掃描方式不但會浪費CPU時間,還可能因來不及處理而丟失信息。有效的處理方法是采用中斷方式接收,應用模塊通過軟件接口獲得鼠標信息。完整的鼠標接口程序流程圖如圖2所示。在初始化階段,首先檢查鼠標是否存在,根據結果設置標志位,以備以后取鼠標信息時判斷用;根據需要設定鼠標初始位置、按鈕原始狀態;最后設置串行接口參數(幀格式等)并開放鼠標中斷。鼠標發送信息時,每三個字節為一個完整的信息報告。但80C196每接收到一個字節,就產生一次中斷,然后根據當前字節是否大于40H確定其性質。若是信息報告的首字節,則還要進一步通過有效性檢驗后保存;若不是首字節,則必須經過一系列檢驗后保存起來。收到三個字節后立即進行命令分析和執行。具體處理過程可參看源程序。用戶模塊通過特定接口模塊(圖2(b))獲得鼠標當前位置和按鈕狀態,并可通過進位標志C=0/1判斷鼠標是否安裝。?
?
?
?
??? 下面是圖2、3程序流程圖對應的程序清單。該程序要求80C196單片機的工作頻率為12MHz;如果采用其它工作頻率,通過修改串行口的波特率設置參數以及延時程序的時間常數即可。?
；?
； 8098 特殊功能寄存器預定義?
??? R0????????? EQU?? 00H:Word?
??? SBUF??????? EQU?? 07H:Byte?
??? INT_MASK??? EQU?? 08H:Byte?
??? INT_PEND??? EQU?? 09H:Byte?
??? BAUD_RT ??? EQU?? 0EH:Byte?
??? IOP2??????????? EQU?? 10H:Byte?
??? SP_CON????? EQU?? 11H:Byte?
??? SP_STAT???? EQU?? 11H:Byte?
??? IOC1??????? EQU?? 16H:Byte?
??? SP????????? EQU?? 18H:Word?
??? ；?
??? ； 通用寄存器預定義?
??? RSEG??? AT???? 1CH?
??????? AX:???? DSW??? 1?
??????? DX:???? DSW??? 1?
??????? AL????? EQU??? AX:BYTE?
??????? AH????? EQU??? (AX+1):BYTE?
??????? DL????? EQU??? DX:BYTE?
??????? DH????? EQU??? (DX+1):BYTE?
??????? SCRNW?? EQU??? 640? ；顯示屏寬度?
??????? SCRNH?? EQU??? 480? ；顯示屏高度?
；?
； 變量區?
RSEG??? AT????? 20H?
??????? M_X :? DSW??? 1??????? ；光標X值?
??????? M_Y? :? DSW??? 1??????? ；光標Y值?
??????? M_BUF:? DSB??? 4??????? ；接收緩沖區?
??????? M_P? :? DSW??? 1??????? ；接收指針?
??????? BX?? :? DSW??? 1?
??????? LRB_OK: DSB??? 1??????? ；鼠標狀態,?
；Bit7: 存在， Bit5: 左鍵， Bit4: 右鍵?
；?
CSEG??? AT????? 2000H?
??????? DCW???? INIT?
CSEG??? AT????? 200CH?
??????? DCW???? SIOINT?
??????? DCW???? INIT?
??????? DCW???? 0?
??????? DCB???? 0， 0， 0， 0， 0， 0?
??????? DCB???? 08DH?
??????? DCB???? 000H?
??????? DCB???? 027H， 0FEH?
；?
CSEG??? AT????? 2080H?
INIT:?? LD????? SP， #0100H???? ；設堆棧指針?
??????? LD????? M_X， #SCRNW/2? ；初始化指針?
??????? LD????? M_Y， #SCRNH/2?
??????? ANDB??? LRB_OK， #7CH?
??????? LD????? M_P， #M_BUF?
??????? CLRB??? INT_PEND??????? ；清除中斷?
??????? LDB???? INT_MASK， #40H ；開串行中斷?
??????? LDB???? AL， SP_STAT??????? ；清除RI/TI?
??????? LDB???? SP_CON， #09H?? ；設串口模式?
??????? LDB???? BAUD_RT， #9BH? ；1200，12MHz?
??????? LDB???? BAUD_RT， #80H?
??????? EI?
??????? ANDB??? IOP2， #0FEH??????? ；P2.0=0?
??????? LD????? AX， #8000H???? ；延遲200ms?
DLY0:?? DEC???? AX?
??????? JNE???? DLY0?
??????? LDB???? AL， LRB_OK?
??????? JBS???? AL，7， M_OK?
??????? ANDB??? INT_MASK， #0BFH?
M_OK:NOP?
；? ... ... ...?
；?
；清單二:取鼠標信息， ?
??????? AL=鼠標及按鈕狀態， BX=X， DX=Y?
GET_M:ANDB? INT_MASK， #0BFH ?
??????? LDB???? AL， LRB_OK???? ；取鼠標信息?
??????? LD????? BX， M_X?
??????? LD????? DX， M_Y?
??????? ORB???? INT_MASK， #40H?
??????? RET?
；?
;清單三:串口中斷服務程序?
SIOINT: PUSHF?????????????? ；中斷服務?
??????? PUSH??? AX?
??????? LDB???? AL， SBUF?
??????? LDB???? AH， SP_STAT?
??????? JBS???? AL， 6， ISB0?????? ；第一個字節?
??????? CMP???? M_P， #M_BUF?
??????? JNE???? SIO_1?
??????? SJMP??? C99???????????? ；緩沖區空,出錯?
SIO_1:CMP?? M_P， #M_BUF+2?
??????? JH????? C98???????????? ；緩沖區滿,出錯?
??????? STB???? AL， [M_P]+???? ；存儲收到字節?
??????? CMP???? M_P， #M_BUF+3?
??????? JNE???? C99?
??????? LD????? M_P， #M_BUF??? ；已收到完整命令?
GOLR:LDB??? AL， 1[M_P]???? ；處理X方向位移?
??????? SHLB??? AL， #2?
??????? EXTB??? AL?
??????? SHRA??? AX， #2?
??????? ADD???? M_X， AX?
CKL:??? CMP???? M_X， #0?
??????? JGE???? CKR?
??????? CLR???? M_X?
CKR:??? CMP???? M_X， #SCRNW?
??????? JLT???? GOUD?
??????? LD????? M_X， #SCRNW?
GOUD:?? LDB??? ?AL， 2[M_P] ；處理Y方向位移?
??????? SHLB??? AL， #2?
??????? EXTB??? AL?
??????? SHRA??? AX， #2?
??????? ADD???? M_Y， AX?
CKU:??? CMP???? M_Y， #0?
??????? JGE???? CKD?
??????? CLR???? M_Y?
CKD:??? CMP???? M_Y， #SCRNH?
??????? JLT???? ELRUD?
??????? LD????? M_Y， #SCRNH?
ELRUD:? SJMP?? ?C98?
ISB0:?? STB???? AL， M_BUF?
??????? ANDB??? AL， #0FH?
??????? CMPB??? AL， #03H?
??????? JE????? C97???????????? ；=X3H,?
??????? CMPB??? AL， #0CH?
??????? JE????? C97???????????? ；=XCH?
??????? CMPB??? AL， #0DH?
??????? JNE???? C98???????????? ；<>XDH?
??????? ORB???? LRB_OK， #80H?? ；確認鼠標正常?
C97:??? ANDB??? AL， M_BUF， #30H?
??????? ANDB??? LRB_OK， #80H?
??????? ORB???? LRB_OK， AL???? ；更新左右鍵狀態?
??????? LD????? M_P， #M_BUF+1?
??????? SJMP??????? C99?
C98:??? LD????? M_P， #0000H?
C99:??? POP???? AX?
??????? POPF?
??????? RET?
；?
??????? END?
參考文獻?
1 INTEL. 8XC196Kx，8XC196Jx，87C196CA Micro-controller?Family User＇s Manual,?
2 徐君毅,張友德.單片微型計算機原理及應用.上海:上海科學技術出版社,1989?
3 孫涵芳，徐愛卿.MCS51-96系列單片機原理及應用.北京:北京航空學院出版社,1988?
4 MAXIM.新產品數據手冊,第四卷.1995