Damian Lejnert | 26 marca 2019, 14:01

Rzecz o czujnikach, mikrokontrolerach i działaniu myszy

Co w myszy piszczy

Mysz to nieodzowny element każdego zestawu komputerowego, bez którego trudno wyobrazić sobie granie czy nawet najprostsze, rutynowe czynności. Przy wyborze myszy na pierwszym miejscu powinniśmy stawiać przede wszystkim wygodę, ale nie można zapominać o innym, także istotnym aspekcie, a mianowicie − o optyce. Każdy z sensorów różni się prędkością maksymalną czy przyspieszeniem, jednak wielu ciekawych informacji nie znajdziemy w specyfikacji. Dlaczego dwa takie same sensory mogą działać zupełnie inaczej i czym różnią się wnętrza poszczególnych myszy? Odpowiadamy.

Rzecz o czujnikach, mikrokontrolerach i działaniu myszy − wstęp

Większość typowych użytkowników jeszcze do niedawna nie zwracała uwagi na specyfikację myszy − przy wyborze konkretnego modelu górę brał rozsądek, który w praktyce okazywał się skutecznym zabezpieczeniem naszego budżetu. Wielu użytkowników komputerów nie widziało również potrzeby, aby ciężko zarobione pieniądze przeznaczać na drogie myszy, które według powszechnej opinii niczym nie różniły się od najtańszych modeli.

Sytuacja zmieniła się nieco, kiedy na rynku pojawiły się pierwsze myszy dla graczy. Oprócz specyficznego wyglądu musiały one w końcu różnić się czymś od najprostszych modeli. W gruncie rzeczy można przyjąć, że początkowo również i one nie należały do najbardziej precyzyjnych (biorąc pod uwagę dzisiejszą technikę oraz czujniki dostępne na wyciągnięcie ręki), jednak charakterystyczne wyprofilowania i (nierzadko) zupełnie inne kształty zachęcały do wypróbowania nawet droższych konstrukcji.

Rozwój, a przede wszystkim upowszechnienie myszy dla graczy sprawiły, że na rynku trudno dziś znaleźć proste, nieprzekombinowane modele, które z myszami gamingowymi nie miałyby przynajmniej kilku wspólnych cech. Warto też podkreślić, że bardziej świadomi stali się również użytkownicy. W trakcie wyboru myszy kierują się oni nie tylko dostępnym budżetem, ale przede wszystkim praktycznym wykorzystaniem sprzętu oraz doborem jak najlepszego urządzenia do własnych preferencji, zwracając również uwagę na podstawowe dane techniczne. Warto jednak pamiętać, że nie wszystkie z nich świadczą o jakości myszy, a przede wszystkim zamontowanego wewnątrz sensora. Wielu z Was pamięta z pewnością wyścig o jak najwyższą wartość dpi, a dpi z precyzją czujnika ma niewiele wspólnego. Dziś co prawda najlepsze czujniki są w stanie bez trudu osiągnąć wartości 12 000 dpi i to bez sztucznego generowania pikseli (interpolacji), jednak mimo wszystko większość narzędzi producentów w dalszym ciągu pozwala na ustawienie interpolowanych wartości 16 000, a nawet 18 000, a wszystko to kosztem precyzji.

Rzecz o czujnikach, mikrokontrolerach i działaniu myszy − jak to się dzieje, że kursor porusza się po ekranie

Zwracanie uwagi na specyfikację techniczną myszy, a w szczególności czujnika zamontowanego wewnątrz, to krok w dobrą stronę. Trudno jest jednak dowiedzieć się, co tak naprawdę odróżnia tanie myszy od drogich (szczególnie, jeśli mowa o budowie), jeżeli nie zajrzymy do ich wnętrza. Aby jednak miało to sens, należy w pierwszej kolejności odpowiedzieć sobie na pytanie, w jaki sposób działa mysz i jak to się dzieje, że nasz ruch odzwierciedlany jest na ekranie komputera.

Aby dostrzec to, jak zmieniły się myszy w ciągu ostatnich lat, warto jednak zacząć od samego początku i wyjaśnić działanie najprostszych, znanych wielu użytkownikom, myszy mechanicznych. Myszy mechaniczne to nic innego jak efekt udoskonalenia pierwotnego projektu Douglasa Engelbarta i rozszerzenie go o nawigację wieloosiową. Do poprawnego działania myszy tego typu wymagały metalowej kuli o sporych rozmiarach, która ze względu na istotną rolę tarcia pokryta była cienką warstwą gumy. Oprócz metalowej kulki niezbędny był również system niewielkich, plastikowych wałków, które w połączeniu z dwoma sporych rozmiarów tarczami kodowymi umożliwiały poprawne odczytywanie ruchu. Zasada działania była dość prosta: ruch myszy sprawiał, że umieszczona wewnątrz kula toczyła się pod własnym ciężarem, a wykonywane przez nas ruchy napędzały plastikowe wałki. Te z kolei wprawiały w ruch większe tarcze, które dzięki specjalnie rozmieszczonym otworom na powierzchni przecinały i przepuszczały wiązkę światła podczerwonego. Przecinanie wiązki światła podczerwonego było w tym wypadku kluczowym momentem, ponieważ to właśnie na tej podstawie liczona była odległość, na jaką przesunęło się koło. Liczba impulsów przesyłanych przez fotodiody określała wielkość przesunięcia, a informacje te dzięki działaniu odpowiedniego układu scalonego zamieniane były na dane. Tak przygotowany sygnał cyfrowy przekazywany był z kolei do komputera.

Źródło: Wikimedia Commons, autor: Jeremykemp

  1. Metalowa kula napędza plastikowe wałki.
  2. Plastikowe wałki wprawiają w ruch tarcze kodowe.
  3. Tarcze kodowe przecinają wiązkę światła podczerwonego.
  4. Dzięki specjalnym otworom na powierzchni tarcz możliwe jest również przepuszczanie światła.
  5. Impulsy świetlne trafiają do czujników, gdzie ostatecznie przekształcane są na prędkość. 

Myszy mechaniczne to dziś niemal legenda, która − warto podkreślić − sprawiała wiele problemów. Ze względu na zastosowanie sporej ilości elementów mechanicznych oraz zabrudzenia mogące dostać się do wnętrza czyszczenie urządzenia było regularnym procesem towarzyszącym jej użytkowaniu. Dyskusyjne okazywało się również stosowanie podkładek umożliwiających bezproblemowe działanie. W większości przypadków to właśnie swoboda pracy z nieco większą powierzchnią oraz brak problemów z ciągłym czyszczeniem były dla wielu osób motywacją do zakupu myszy optycznych, które − jak się później okazało − stały się kolejnym krokiem na drodze rozwoju peryferiów.

Ogólna zasada działania myszy optycznej z pewnością jest znana większości użytkowników. W przypadku typowej myszy optycznej wszystko zaczyna się na etapie śledzenia powierzchni. Nie bez powodu mówi się o tym, że swoje działanie mysz zawdzięcza tak naprawdę mikro-kamerze rejestrującej setki (a nawet tysiące) klatek na sekundę. Proces ten nie byłby możliwy, gdyby nie dodatkowa dioda będąca niezbędnym elementem całego systemu. To właśnie ona emituje światło, a ono poprzez wyprofilowany kawałek plastiku (kierunkujący promień pod odpowiednim kątem) oświetla powierzchnię, na której znajduje się urządzenie. Istotny jest tu przede wszystkim fakt, że powierzchnia, do której dociera światło, odbija je tak, aby mogło ono na powrót trafić do soczewki, której zadaniem jest z kolei odpowiednie powiększenie i skierowanie przechwyconych promieni na układ elementów światłoczułych (matrycę CMOS, dawniej CCD).

Źródło: Electronicproducts.com

Następny etap to nic innego jak przesyłanie zarejestrowanych przez matrycę obrazów do mikroprocesora, który zajmuje się ich porównaniem oraz analizą. Dokładna analiza każdego z obrazów pozwala na wykrycie określonych różnic w śledzeniu powierzchni. Różnice te stanowią podstawę, dzięki której możliwe staje się wyliczenie odległości oraz określenie, czy mysz porusza się, a jeśli tak, to w jakim kierunku. Dane te zamieniane są na odpowiednie współrzędne, które z kolei odbiera nasz komputer.

Trudno nie zgodzić się z faktem, że droższa mysz oznacza zazwyczaj lepszą jakość czujnika, a konkretnie kluczowych elementów, wchodzących w skład całej optyki (matryca, soczewka, typ podświetlenia powierzchni). Kształt myszy oraz jej funkcjonalność są istotne, jednak szczególną uwagę warto zwrócić nie tyle na sensor, co na części, bez których nie byłby w stanie pracować.

Źródło: Bidouille.org

  1. Klips montażowy
  2. Dioda LED
  3. Sensor
  4. Płytka PCB
  5. Soczewka
  6. Odpowiednio dostosowana płytka bazowa

Rzecz o czujnikach, mikrokontrolerach i działaniu myszy − optyk czy może laser?

Wielu mniej zaawansowanych użytkowników zapewne niejednokrotnie mierzyła się z dylematem, czy zakup myszy optycznej to na pewno dobry pomysł i czy w grach nie sprawdzi się lepiej model laserowy (tym bardziej że powszechnie uważa się modele laserowe za bardziej precyzyjne). Trudno jednak odpowiedzieć sobie na to pytanie, jeśli różnice między typową myszą optyczną a modelem laserowym nie są nam bliżej znane.

Już na wstępie warto podkreślić, że sposób działania myszy laserowej nie różni się praktycznie niczym od działania typowej myszy optycznej. Jedyna rzecz, która wyróżnia myszy laserowe, to w gruncie rzeczy sposób oświetlenia powierzchni. W przypadku myszy optycznej odpowiada za to dioda LED. W myszy laserowej znajdziemy z kolei laser emisji powierzchniowej z pionową wnęką rezonansową (Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL). Ze względu na to, że laser to spolaryzowane światło, które wyróżnia się bardziej skupioną i dłuższą wiązką, jest on w stanie wniknąć głębiej w powierzchnię, na której znajduje się mysz. To właśnie dlatego myszy laserowe są w stanie pracować na niemal każdej powierzchni bez konieczności używania podkładki. Trudno jednak mówić o graniu bez użycia dodatkowej maty. Wiązka światła emitowanego przez laser jest zdecydowanie bardziej czuła na chropowatości, dlatego warto pamiętać o tym, że do tego typu myszy polecane są przede wszystkim twarde podkładki o bardzo gładkiej powierzchni.

Źródło: Electronicproducts.com

Warto zauważyć, że na rynku myszy dla graczy nie znajdziemy wielu konstrukcji laserowych. Jeszcze do niedawna najwięcej modeli wyposażonych w czujniki laserowe można było znaleźć w ofercie marki Razer. Popularność tego typu konstrukcji znacząco zmalała ze względu na problemy, z jakimi borykali się gracze wybierający właśnie te konstrukcje. Większość laserowych myszy dla graczy wyposażano w optykę Philips Twin-Eye. Nie da się ukryć, że wiele z nich wyróżniała wbudowana akceleracja, problemy z prędkościami maksymalnymi oraz wrażliwość na choćby drobne zabrudzenia powierzchni (które zauważalnie wpływały na działanie).

Trudno więc rekomendować myszy laserowe, kiedy za znaczniej mniejsze pieniądze można kupić dopracowane myszy optyczne, do których wystarczy dokupić dobrej jakości podkładkę. Takie modele zapewniają nie tylko bardzo wysokie prędkości maksymalne, ale również bardzo dużą precyzję, w przypadku której błędy śledzenia wynoszą mniej niż 1%.

Rzecz o czujnikach, mikrokontrolerach i działaniu myszy − mózg myszy

O ile sensor myszy można nazwać jej sercem, o tyle na miano mózgu zasługuje mikrokontroler. W trakcie naszych testów niejednokrotnie przyglądaliśmy się układom stosowanym przez producentów i musimy przyznać, że dobór odpowiedniego mikrokontrolera to jedna z najistotniejszych rzeczy w przypadku tworzenia myszy.

W nieco starszych myszach jeszcze nie tak dawno temu rolę mikroprocesora pełnił typowy układ DSP. W gruncie rzeczy jest on niczym innym jak wyspecjalizowanym mikroprocesorem, którego architektura dostosowana została do potrzeb operacji przetwarzania sygnałów cyfrowych. Warto podkreślić, że zastosowanie DSP nie było przypadkowe. Na tle dotychczasowych układów wyróżniał się przede wszystkim funkcjami, które zaprojektowano specjalnie na potrzeby wykonywania operacji wymagających sporej wydajności (szczególnie w przypadku dużej ilości obliczeń arytmetycznych).

Większość producentów nowoczesnych myszy dla graczy decyduje się na zastosowanie zaawansowanych mikroprocesorów ARM opartych na architekturze RISC (Reduced Instruction Set Computing). Ich wykorzystanie podyktowane jest przede wszystkim wydajnością w stosunku do ilości pobieranej energii (co ma niemałe znaczenie w przypadku myszy bezprzewodowych) oraz mocą obliczeniową. Niemal każdą zaawansowaną mysz dla gracza wyposaża się w 32-bitowe mikrokontrolery zawierające w jednym układzie scalonym rdzeń procesora, rozbudowane układy wejścia i wyjścia czy choćby pamięć. Do ich głównych zadań należy przede wszystkim tłumaczenie danych na sygnał, zanim zostanie on przesłany do naszego komputera. Większość mikroprocesorów w myszach dla graczy to niezależne od sensora układy, choć zdarzają się konstrukcje, w których czujnik jest zintegrowany z mikrokontrolerem. Użycie zewnętrznego mikrokontrolera wiąże się również z koniecznością ustanowienia odpowiednio szybkiej komunikacji między nim a sensorem. Na ogół w tym celu wykorzystywany jest szeregowy interfejs (SPI). 

Komunikacja poprzez SPI odbywa się za pomocą dwóch linii, przy czym dodatkowo konieczny jest sygnał zegarowy oraz linia CS. Dobrym przykładem może być choćby popularny czujnik PixArt PMW3360 wykorzystujący czteroliniowy interfejs komunikacyjny:

  1. Sygnał zegarowy (Serial data clock, SCLK)
  2. Dane dla układu peryferyjnego (Serial data input, MOSI)
  3. Dane z układu peryferyjnego (Serial data output, MISO)
  4. Wybór układu (Chip select, NCS)

Komunikacja SPI nie jest niczym nietypowym, to bardzo popularna metoda dwukierunkowej transmisji pomiędzy mikrokontrolerami a urządzeniami peryferyjnymi (przetworniki A/C i C/A, pamięć, RTC, inny mikrokontroler) stosowana zarówno w wolnych i bardzo tanich układach (8-bitowe procesory Atmega, np. w Arduino), jak i w specjalizowanych 32-bitowych procesorach STM. W odróżnieniu od równie popularnej magistrali I2C, SPI oferuje komunikację w trybie full-duplex.

Rzecz o czujnikach, mikrokontrolerach i działaniu myszy − nie tylko hardware

Odpowiednia implementacja oraz dobór mikrokontrolera to jeden z najważniejszych aspektów, który ma bezpośredni wpływ na działanie myszy. Niejednokrotnie spotykaliśmy się jednak z pytaniami o różnice w działaniu tego samego czujnika zamontowanego w dwóch różnych urządzeniach. W trakcie naszych testów sami spotkaliśmy się z tego typu zjawiskami. Dobrym przykładem może być choćby czujnik PixArt PMW3360, który zaliczamy do najlepszych sensorów na rynku. W niemal każdej konstrukcji jest on niezawodny. Gwarantuje bardzo dużą precyzję bez negatywnych efektów, takich jak choćby akceleracja. Warto jednak przytoczyć przykład myszy SteelSeries Rival 700, która mimo że jest wyposażona w czujnik PMW3360, w premierowym teście nie działała tak, jak powinna (gubienie pojedynczych pikseli, niewielki poziom akceleracji). Skąd więc różnice w działaniu modeli? W większości przypadków są one efektem modyfikacji oprogramowania układowego. Warto pamiętać, że o ile elementy wchodzące w skład optyki można co prawda zmienić (na przykład poprzez zastosowanie innej soczewki), o tyle samego sensora nie jesteśmy w stanie przebudować. Nie jest jednak problemem dostosowanie jego poszczególnych parametrów. Odpowiada za to SROM (Secure-Read-Only-Memory), który w skrócie możemy określić jako podstawowe instrukcje niezbędne do działania. To nic innego jak pamięć półprzewodnikowa z podstawową konfiguracją urządzenia. SROM najczęściej przechowywany jest bezpośrednio w mikrokontrolerze, jednak są także wyjątki. Warto dodać, że modyfikacja oprogramowania układowego nie zawsze jest możliwa. Często niezbędne jest do tego podjęcie dodatkowych czynności bądź wykorzystanie specjalnych narzędzi (na przykład programator). W przypadku większości myszy dla graczy producenci starają się jednak, aby jego modyfikacja była możliwa. To dobre zabezpieczenie przed nieprzewidzianymi problemami, które pozwala na wprowadzenie niezbędnych poprawek.

Odpowiednia modyfikacja oraz zmiany parametrów fabrycznie dostarczonego czujnika to częsty zabieg producentów myszy. Większość typowych czujników modyfikowana jest do tego stopnia, że ich parametry zauważalnie odbiegają od fabrycznych wersji sensorów bazowych. Dobrym przykładem są czujniki takie jak PMW3366/PMW3361, a nawet PMW3367. W gruncie rzeczy każdy z nich to niestandardowa wersja bazowego sensora PMW3360, która dzięki edycji konkretnych parametrów jest w stanie zaoferować zupełnie inne osiągi.

Rzecz o czujnikach, mikrokontrolerach i działaniu myszy − spis czujników i polecane modele

Czujniki, które znalazły się w poniższych tabelach to najpopularniejsze i najczęściej spotykane sensory w myszach dla graczy, z którymi w trakcie testów zetknęliśmy się niejednokrotnie. Sprawdzanie każdego z nich to wielogodzinne testy, jednak tylko one są w stanie ukazać różnice, wady, a także zalety.

Tabele uwzględniają zarówno bazowe sensory firmy PixArt, jak i niestandardowe, odpowiednio zmodyfikowane układy zarezerwowane dla poszczególnych producentów. Jak już wcześniej wspomnieliśmy, dwa identyczne czujniki mogą zauważalnie różnić się od siebie, ponieważ wiele aspektów ich pracy dostosowywanych jest przez producentów za pomocą oprogramowania układowego.

Poniższa tabela umożliwiają porównanie parametrów przetestowanych czujników. Za pomocą przycisku w pierwszej kolumnie można wyświetlić pełną tabelę w jednym oknie. W wyświetlonej poniżej wersji można zaś porównać dwa dowolne sensory, trzeba tylko wybrać je z rozwijanego menu w pierwszym wierszu.

 

W tabeli znajdziecie wiersz określający zastosowanie danych czujników, warto zwracać na to uwagę analizując jej zawartość. W dużej tabeli pierwsze wymienione sensory to najlepsze ogólnodostępne czujniki w myszach dla graczy. To właśnie na wyposażone w nie konstrukcje szczególną uwagę powinni zwrócić najbardziej wymagający gracze. Wyróżniają się one wysoką prędkością maksymalną i przyspieszeniem, doskonałą responsywnością (błyskawiczną reakcją na ruch dłoni) oraz brakiem jakichkolwiek negatywnych zjawisk mogących wpłynąć na rozgrywkę.

Kolejna grupa czujników to również bardzo dobre sensory przeznaczone dla graczy. Wiele z nich zapewni taką samą lub porównywalną precyzję i jakość działania, co najlepsze i bezkompromisowe jednostki. Od najlepszych sensorów na rynku różnią się jedynie niektórymi parametrami (prędkość maksymalna, przyspieszenie), jednak różnice te widoczne są tylko w bardzo dokładnych testach syntetycznych. Rekomendujemy je więc bardzo wymagającym graczom, którzy mimo wszystko liczą się ze swoim budżetem.

Ostatnie polecane przez nas czujniki to te, na które szczególną uwagę powinni zwrócić przede wszystkim mniej zaawansowani gracze oraz osoby, które grają w wolniejsze tytuły. Mimo że zaliczamy je do  przyzwoitych sensorów, to warto odnotować, że oferują „jedynie” dobre osiągi, ale za to w przystępnej cenie.

Większość z Was z pewnością zauważy, że w wyżej zaprezentowanych tabelach brakuje wielu czujników takich, jak na przykład A3080, 3060, 3055 czy 3050, albo choćby niektórych czujników laserowych. Warto dodać, że w dalszym ciągu możemy natrafić na myszy z tymi sensorami. Wiele z nich zapewni zadowalającą wydajność w codziennym użytkowaniu, jednak trudno nam polecać ich zakup. Nawet jeśli część z nich nie powoduje negatywnych zjawisk, to wyróżniające je parametry techniczne nie pozwolą na rywalizację w większości nowych gier. Biorąc pod uwagę fakt, że dobrze wyposażoną mysz z przyzwoitym sensorem kupimy już nawet za 70 złotych, inwestowanie w stare modele z najsłabszymi czujnikami nie ma większego sensu.

Aby ułatwić Wam wybór odpowiedniej myszy, postanowiliśmy też przygotować specjalne tabele z najlepszymi modelami, które możecie znaleźć na rynku. Co więcej, znalezienie idealnej myszy dla siebie będzie łatwiejsze, ponieważ każdy model został przypisany do rubryki z czujnikiem, który jest w jego wnętrzu.

CzujnikPalm gripClaw gripFingertip grip
HERO

- Logitech G-Pro Wireless (bezprzewodowa)

- Logitech G603 Lightspeed (bezprzewodowa)

- Logitech G502 Hero

- Logitech G-Pro Wireless (bezprzewodowa)

Logitech G305 Lightspeed (bezprzewodowa)

- Logitech G305 Lightspeed (bezprzewodowa)

TrueMove3+

- SteelSeries Rival 650(bezprzewodowa)

- SteelSeries Rival 600

   
TrueMove3

- SteelSeries Rival 310

- SteelSeries Sensei 310

- SteelSeries Sensei 310 - SteelSeries Sensei 310

PixArt PMW3391

- Corsair Ironclaw RGB

- Corsair M65 RGB Elite

- Corsair Ironclaw RGB

- Corsair M65 RGB Elite
PixArt PMW3389

Dram Machines DM1 FPS

- Razer DeathAdder Elite

- Razer Basilisk

- HyperX Pulsefire FPS Pro RGB

- Dram Machines DM1 FPS

- Razer DeathAdder Elite

HyperX Pulsefire Surge RGB

- Dram Machines DM1 FPS

PixArt PMW3366

- Logitech G903 Lightspeed (bezprzewodowa)

- Logitech G703 (bezprzewodowa)

- Logitech G403 Prodigy

- Logitech G502 Proteus Spectrum

- Logitech G Pro

- Logitech G703 (bezprzewodowa)

- Logitech G403 Prodigy

- Logitech G Pro
PixArt PMW3367

- Corsair Dark Core RGB SE/Dark Core RGB (bezprzewodowa)

- Corsair Glaive RGB

- Corsair Scimitar Pro

- Corsair Scimitar Pro  
PixArt PMW3361

- Roccat Kone Aimo

- Roccat Kone Pure Owl-Eye

- Roccat Kone EMP

- Roccat Leadr (bezprzewodowa)

  Roccat Kone Pure Owl-Eye
PixArt PMW3360

- Asus ROG Gladius II Origin

- Dream Machines DM2 Comfy S

- Dream Machines DM1 Pro S

- Genesis Krypton 770

- Zowie EC1-B

- Cougar Revenger S

- Asus ROG Gladius II Origin

- Zowie EC2-B

- Dream Machines DM3 Mini

- Genesis Krypton 770

- Zowie EC2-B

- Cougar Revenger S