倾斜式全电子鼠标 一、技术领域
本发明是一种可在固定位置安装的全电子、全固态化的计算机用鼠标，属于计算机附件制造的技术领域。
二、背景技术
鼠标是计算机人机界面的重要输入工具。目前广泛使用的鼠标主要有两种类型：第一为光机电式的(这里简称为机电式)，通过摩擦球和机械传动机构将鼠标和工作台面间的相对运动传递至带遮光栅的齿轮，由发光管和光敏管将鼠标的机械运动转换为电信号，再由鼠标专用IC(集成电路)处理并发送至计算机的鼠标接口；第二为光电式的，令鼠标在带栅格的专用垫板上运动，由发光和光敏器件将鼠标所经过的栅格转换为电信号，再由鼠标专用IC处理并发送至计算机的鼠标接口。
机电式鼠标在长时间使用后，摩擦球的磨损变形及其表面粘积的脏垢使摩擦球的转动极不灵活，导致光标在屏幕上爬行，移动和定位困难，这是机电式鼠标在使用中最为常见和恼人的问题。光电式鼠标离不开专用垫板，且要求将垫板基本摆正，导致这种鼠标不大受欢迎因而在使用上不如机电式鼠标广泛。同时，它们都要求一定的工作台面空间，因而不能在野外场合和便携式电脑/仪器上使用。
三、发明内容
本发明地目的就是提供一种没有活动部件、机械传动机构和光电器件的可固定位置安装的倾斜式全电子鼠标。
本发明的倾斜式全电子鼠标主要由信号检测、信号处理和信号输出部分组成，该鼠标由倾斜角检测电路、放大电路、倾斜角→频率变换电路、倾斜方向调制电路、电平移位电路、鼠标IC电路顺序串联连接而成，鼠标IC的输出端直接与计算机相连接，鼠标键与鼠标IC电路相接。倾斜角检测电路中的加速度传感器U11的“Vin”和“Vout”端直接连接，并且“Vin”和“Vpr”端分别通过一只电阻与差动放大器U2A的脚“2、3”相接。差动放大器U2A和反相放大器U2B的输出端通过两只正向连接的二极管D11和D12与电压→频率变换电路即倾斜角→频率变换电路U13的输入端相接。倾斜方向调制电路中的可编程逻辑阵列U6的输入端“B1、A1、C1”应与“U5A”的“Q”端、“U4A”的“Q3”端、“U8A”的输出端相接，可编程逻辑阵列的输出端即脚“19、17、15、13”分别对应接晶体管“T1、T2、T3、T4”的基极。鼠标IC电路U7的信号输入端“X1、X2、Y1、Y2”分别对应接晶体管“T1、T2、T3、T4”的集电极分压电阻，“U7”的“R、M、L”端分别接鼠标键的三个键“K1、K2、K3”，“U7”的“Vss、RXD、RTS”端为输出端，直接与计算机相接。
本发明利用加速度传感器检测鼠标基准面的倾斜角，经放大和电压→频率变换后获得频率与倾斜角成比例的脉冲信号，再经过倾斜方向调制和电平移位，由鼠标专用IC发送至计算机的鼠标接口。
当鼠标基准面倾斜时，地球重力加速度在基准面上产生分量，该分量的大小取决于倾斜角。本发明利用加速度传感器检测重力加速度在鼠标基准面上的分量，实际上检测了鼠标倾斜角，再将倾斜角的大小变换为鼠标在屏幕上的移动速度，用倾斜的方向决定鼠标的移动方向，即构成了倾斜式全电子鼠标。
本发明的优点在于整个鼠标没有机械部件和光电器件，因此使用方便，寿命长，使用时也无需工作台面，可实现键盘鼠标一体化，适合野外或无工作台面的场合使用。
四、附图说明
图1是本发明的工作原理框图。其中有倾斜角检测电路1、放大电路2、倾斜角→频率变换电路3、倾斜方向调制电路4、电平移位电路5、鼠标IC电路6、鼠标键61、计算机7。
图2是本发明的电路原理图。
五、具体实施方式
U11、U21为加速度传感器，型号为“ADXL05”，U2为四运算放大器型号为“TL064”，U13、U23为电压一频率变换器，型号为“LM331”，U4为双四位二进制计数/分频器，型号为“CD4520”，U5为双D触发器，型号为“CD4013”，U6为可编程逻辑阵列，型号为“GAL16V8”，U7为鼠标专用IC电路，型号为“EM78024”，U8为双比较器，型号为“LM393”。
U11为加速度传感器，其8脚输出电压以1.8V为中心电位，0.2V/g(g为地球重力加速度)为斜率随输入加速度变化，9脚输出电压为U11内部的1.8V偏置电压。
运算放大器U2：A构成5倍差动放大器，其1脚输出电压以0V为中心电位，1V/g为斜率随输入加速度变化。
运算放大器U2：B构成放大倍数为1的反相放大器，其7脚输出电压与输入电压(U2：A的1脚)的大小相等，极性相反，使U2：A输出电压为负时，在D11和D12的连接点仍可获得正极性电压。这是U13正常工作所要求的，即U13的输入电压仅表示鼠标倾斜角的大小，不反映倾斜方向。
比较器U8：A构成过零比较器，U2：A输出电压为正时，U8：A的输出(连接至U6的3脚标号C1)为高电平，U2：A输出电压为负时，电压C1为低电平。即电压C1表示鼠标倾斜的方向。
U13为电压→频率变换器，其输出脉冲(3脚)的频率与输入电压成正比，因而也与鼠标的倾斜角成正比。
U4：A为1/16分频器，用以生成一相方波信号(U4：A的6脚，连接至U6的2脚，标号A1)，同时提高了鼠标在屏幕上的分辨率。
U5：A为D触发器，在时钟CK即U13输出脉冲信号的作用下，生成另一相方波信号(U5：A的1脚，连接至U6的1脚，标号B1)，其频率同方波信号A1，但相位滞后一个CK周期。
U6为可编程逻辑器件，其内部逻辑依据鼠标倾斜的方向信号C1，将两相方波信号A1和B1分别分配到其输出脚19和17，即C1为高电平时，A1→19，B1→17，C1为低电平时A1→17，B1→19，实现方向调制。
方波信号经三极管T1和T2进行电平移位，形成负电平的方波信号，由鼠标专用芯片U7处理并发送至计算机的鼠标接口。
另一路电路处理鼠标沿平面上另一根轴的倾斜，其组成与工作原理同上。
加速度传感器U11用户手册所推荐的使用方法是将U11内的缓冲放大器连接为反相放大器，两种基本接法的输出如下：
(a)输出为： Vout=[R3R1(1.8-VPR)]+1.8R3R2+1.8]]>由于：VPR＝1.8＋0.2a/9.8(a为输入加速度，单位：m/s2)
所以：Vout=1.8(1+R3R2)-0.2R39.8R1a]]>
(b)输出为：Vout=1.8-0.2R39.8R1a]]>
可见U11内部1.8V偏置电位的漂移对输出的影响不可避免。在本应用中，如果引用这一接法，即使在外部设定差动放大器U2：A的差值为1.8V，由于内部和外部两个1.8V电位的漂移不可能完全一致，使得无加速度输入(即鼠标不倾斜)时，电压→频率变换电路仍可能获得电压输入，导致鼠标在屏幕上漂移。
本发明将U11内部的缓冲放大器连接为跟随器，将其内部1.8V偏置电位引出作为外部差动放大器的差值，外部差动放大器的输出为：
VO＝k(VPR-1.8)(k为差动放大器的放大倍数)
由于VPR＝1.8＋0.2a/9.8，且这里两个1.8V均出自U11内部的偏置电压，故这一电压的漂移将不会在差动放大器的输出端产生输出，消除了U11内部1.8V偏置电压漂移。导致鼠标在屏幕上漂移的问题。
差动放大器U2：A和反相放大器U2：B的失调电压及其漂移同样会在鼠标不倾斜时给电压→频率变换器U13产生有效输入，导致鼠标在屏幕上漂移。通常解决这一问题的办法是用比较器和模拟开关设置输入死区。当输入电压处于阀值以下时，模拟开关切断两放大器的输出，当输入电压超过阀值时，模拟开关接通，电路正常工作，这种方法需用两个比较器，两个模拟开关和若干阻容元件，电路相对复杂，成本较高。
本发明用锗二极管D11和D12作整流，其优点之一是无论U2A和U2B的输出电压哪一个为正，只有正电压者才能馈送至后级U13的输入端，二是自动设置了一个门槛电压即二极管的导通压降，方法简单、可靠、廉价。D11和D12连接点处的接地电阻是必不可少的，当D11和D12均截止(即U2A和U2B的输出电压均处于阀值以下)时，该电阻使U13输入电压为零，电压→频率变换器无输出，鼠标在屏幕上静止不动。
为将U13输出的脉冲信号(非方波)分解为两路同频率且互有相位差的方波，本发明先将U13的输出脉冲(U13的3脚，连接至U4：A的1脚即CK端)分频获得频率为其1/16的方波信号，再将该分频前和后的电压分别作为D触发器U5A的CK和D，生成与分频后同频率但相位滞后一个CK周期的方波信号。其优点之一是通过分频降低了脉冲频率，提高了鼠标在屏幕上的分辨率；之二是无论脉冲信号分频前的频率高低(即鼠标倾斜角的大小)，两路方波信号之间的相位差固定为22.5°，不会产生在极端情况下相位差太小导致U7不能正常工作的问题。