自制51單片機無線鼠標

無線鼠標的設計與實現引言無線鼠標器是為了適應大屏幕顯示器而生產的。所謂“無線”，即沒有電線連接，而是采用二節(jié)七號電池無線搖控，鼠標器有自動休眠功能，電池可用上一年，接收范圍在1.8米以內。此外還有藍牙連接的鼠標，微軟終極鍵鼠套裝的藍牙連接速度可達2G鼠標自1968年誕生以來，已經經歷過近40年的演變和發(fā)展。近10年來，隨著消費型電電腦的普及，鼠標的工作方式也有了翻天覆地的進步：從早期的機械滾輪鼠標到目前主流的光電鼠標再到中高端的激光鼠標鼠標的每一次變革無不給用戶帶來使用上的快感。此外，隨著人們對辦公環(huán)境和操作便捷性要求日益增高，無線鼠標普及也被提到日程上來。無線技術根據不同的用途和頻段被分為不同的類別，其中包括藍牙、Wi-Fi(IEEE802.11)、Infrared(IrDA)>ZigBee(IEEE802.15.4)等等多個無線技術標準，但對于當前主流無線鼠標而言，僅有27Mhz、2.4G和藍牙無線鼠標共三類。無線電式鼠標的學名叫DRF(Digitalradiofrequency，數字無線電頻率)，這項技術能夠對短距離通訊提供充足的帶寬，非常適合鼠標和鍵盤這樣的外圍設備使用。它的原理也非常簡單，鼠標部分工作與傳統(tǒng)鼠標相同，再用無線發(fā)射器把鼠標在X或Y軸上的移動，按鍵按下或抬起的信息轉換成無線信號并發(fā)送出去，無線接收器收到信號后經過解碼傳遞給主機，驅動程序告訴操作系統(tǒng)鼠標的動作，該把鼠標指針移向哪個方向或是執(zhí)行何種指令。從原理上看，無線鼠標主要分為紅外線式和無線電式。兩種鼠標都需要使用干電池供電，對于紅外線型的無線鼠標鍵盤具有較嚴格的方向性，尤其是水平位置的關系更為敏感，因此目前采用這種方式的產品已經不多，大多數都是采用了更為先進的無線電發(fā)射方式。采用無線電技術的好處是，只要在限定距離以內，就可以在任何位置使用，幾乎不受障礙物的影響。一般傳輸的距離達10?20米，已經足夠用戶使用。無線電的最大特點是可以進行360度全方位無線射頻遙控，而且耗電量較低，具有觸發(fā)工作待機休眠。無線設備的接受端已經內置接收器，發(fā)射器裝在主機的設備口上，均不會影響產品外觀。無線電接收器本身所具有的接口是USB或PS2的，可以從計算機的PS/2接口取電，不需要另加電池。它具有雙或多波段，如果有多個無線設備，均可以通過這一個接收器進行管理，鍵盤工作頻率一般占用通道1(如：27.185M和27.035M)，鼠標工作頻率占用通道2(如：27.085M和27.135M)，H作時鼠標和鍵盤或多個鼠標之間干擾性較低，而且不會影響無線電話等數字無線設備。目前有能力生產無線鼠標的廠商并不太多，大部分集中在微軟、羅技、明基等知名廠商中。而其中微軟與羅技成為高端市場的霸主，也是消費者心目中頂級產品。鼠標在個人電腦瀏覽導航中已經是不可或缺的工具，而目前的用戶通常會在多個網頁、大規(guī)模數據表格、數碼照片、播放列表和其他大量的數字內容之間進行不停切換，這對鼠標在快速直觀瀏覽和導航方面的功能也提出了更高要求。TOC\o"1-5"\h\z弓|言1目錄2\o"CurrentDocument"摘要3\o"CurrentDocument"設計任務和要求3\o"CurrentDocument"第一章無線鼠標電路的設計與實現3\o"CurrentDocument"1總體方案論證3\o"CurrentDocument"2發(fā)射模塊和接收模塊的電路的實現方案3\o"CurrentDocument"3鼠標按鍵的方案8\o"CurrentDocument"4方波電路的設計8\o"CurrentDocument"5控制門電路9\o"CurrentDocument"第二章安裝與調試10\o"CurrentDocument"1所用的儀器，儀表10\o"CurrentDocument"2調試方法和步驟10\o"CurrentDocument"3調試中出現的故障和解決方法10\o"CurrentDocument"第三章所用元器件列表11\o"CurrentDocument"第四章參考文獻11附圖12摘要將機械鼠標的滾動動作和左右鍵的操作轉換成開關信號，用方波電路產生的方波信號代替原鼠標內光敏傳感器的脈沖信號，用相應的開關動作可以實現鼠標光標移動和鼠標的單雙擊操作！而用發(fā)射和接收電路代替原來的鼠標線，實現鼠標的遙控。設計任務和要求用發(fā)射和接收電路模塊代替原來的鼠標線，實現鼠標的無線遙控功能。其中的電路設計包括發(fā)射模塊（含編碼電路）、接收模塊（含解碼電路X方波發(fā)生電路和開關電路等等電路的設計及它們之間的連接、匹配。將機械鼠標的滾動動作和左右鍵的操作轉換成開關信號，用方波電路產生的方波信號代替原鼠標內光敏傳感器的脈沖信號，用相應的開關動作可以實現鼠標光標移動和鼠標的單雙擊操作。第一章無線鼠標電路的設計和實現總體方案論證:方案一：在鼠標與電腦接口間用發(fā)射和接收電路代替了鼠標線，本方案除了要考慮發(fā)射和接收模塊外，還要考慮接口協(xié)議，如下圖?？紤]到時間和難度的問題，沒有選擇此方案。方案二：用遙控器控制鼠標，即用遙控器的按鍵信號控制鼠標的上下左右移動方向和左右鍵。只需要考慮發(fā)射和接收電路，不需要考慮接口協(xié)議，如下圖。選擇此方案。yv遙控器q接啊—展標發(fā)射模塊和接收模塊的電路的實現方案：方案一：發(fā)射模塊F05和接受模塊J05C的應用。F05采用聲表諧振器穩(wěn)頻，工作頻率為315MHZ，以AM方式調制，采用PT2262編碼器240mm小拉桿天線發(fā)射信號；J05C由超外差電路結構IC芯片和溫度補償電路構成，具有較高的接收靈敏度及穩(wěn)定性。芯片內含低噪聲射頻放大器、混頻器、本地振蕩器、中頻放大器、濾波器及限幅比較器，輸出為數據電平信號，直接接至PT2272解碼器進行解碼，接收天線約22cm。

vcc圖2按收根處加覽思但圖方案二：利用紅外線技術實現紅外信號的發(fā)射和接收。發(fā)射部分，利用單片機AT89C2051檢測坐標位移和按鍵動作，經過處理按一定的編碼輸出到發(fā)射電路。接收部分使用紅外遙控用專用接收管，如IRM8608S，對紅外信號接收和解調，并輸出TTL電平；TTL電平的數據流送給單片機進行處理，單片機把該數據轉化為符合PS/2鼠標規(guī)范的數據報告，發(fā)送給計算機。如圖：I111!1司I'1-J.R—LEFTn佶心口si瑟肘電裕111RIGJTT11\方案三：利用無線遙控方式實現鼠標的遙控。原理與上述方案二的原理一樣，只是具體的發(fā)射和接收電路有所不同。無線接收電路采用的是超再生式調頻解調電路，解調后的信號經過運算放大器放大、三極管整形后輸出為TTL電平的信號，再由單片機處理。方案四：也是一種紅外遙控技術，但是不涉及到單片機的應用。采用編碼器集成電路VD5026以及與它配對的譯碼器集成電路VD5027或者VD5028。接收電路采用紅外遙控接收集成電路CX20106。如圖：方案五：nRF24E1芯片的應用。nRF24E1是最新開發(fā)的工作在2.4GHZ上的射頻芯片，其內嵌有：一8051兼容單片機，一個9個通道的A/D轉換控制器和一2.4GHZ的無線收發(fā)模塊，適合用電池供電。用于無線鼠標的原理是：鼠標移動的信號輸出接到nRF24E1的I/O口上，通過nRF24E1內部的51兼容單片機控制，采集此信號，再將此信號通過射頻模塊發(fā)射出去。鼠標的按鍵操作檢測也類似，其信號接在nRF24E1的I/O口上，通過其內的單片機檢測按鍵操作（軟件進行按鍵去抖處理），然后通過射頻發(fā)射出按鍵信息。天線采用1/4單極天線，布在印制板上。如下圖：

■rCCJIWP3TK.盤3O&2nVDDIJVMXZ叫nrra^KHtP||日0?。1]MOTPfW)網l-BTOPWaif]，■rCCJIWP3TK.盤3O&2nVDDIJVMXZ叫nrra^KHtP||日0?。1]MOTPfW)網l-BTOPWaif]，E5WOHKliXLlMyw)R>i>R.A*TI<DN>eb]urvg-vss-|T^柏l?VDDP_AWR；HDC3VWIAXHAJH?.UtEFlfc￡fAJN1FJ45,■LN?MW恤wiKT2AKTt必邳?F圖3HRF24E1.垂觀壬泌3轅承無線鼠標憤屈方案二紅外遙控電路技術的理論比較成熟，但是，紅外線遙控技術無法突破障礙物這一關，也就是，如果在發(fā)射和接收模塊中間有障礙物的話，接收就會受阻。所以為了完善無線鼠標的設計放棄了方案二和方案四。方案二、方案三還存在軟件設計的過程，包括單片機程序的編寫、紅外傳輸協(xié)議、PS/2鼠標規(guī)范、寄存器、定時器、中斷周期的設定等等，因為對軟件方面的知識都不是很精通，所以放棄方案三。至于方案五，因為是新技術，目前市場還沒有此芯片的出售，所以只好放棄。最后，綜合上述各種方案，確定了的發(fā)射接收模塊：四路無線電遙控發(fā)射和接收電路，PT2262編碼和PT2272解碼電路。如下圖分別為發(fā)射、編碼電路和接收、譯碼電路：

VDl41曲T8Rlf5-R202.2K幻LODEC「T]Er^gD2nId14UJEL5]8■C73VDl41曲T8Rlf5-R202.2K幻LODEC「T]Er^gD2nId14UJEL5]8■C73b11_±]DDK.X1UFA.0VTA]?DDA2CSQA3附CS1isA6D2ATDIVESDOtTEPT2272]BEA3為編碼集成電路PT2262，和它配對的譯碼器集成電路PT2272。PT2262的1~8腳為地址端A0~A7，10~13腳為數據端D0~D3。17腳為編碼信號輸出端，其輸出信號為調制振蕩器提供開關信號。信號經9018使LC振蕩電路起振。振蕩器中心的頻率的調整，主要靠調整微調電容V2的值來實現，該電容容量可變范圍為2~10VPF，振蕩器頻率可變范圍約為260~300MHZ。由于振蕩器工作頻率較高，所以LC并聯(lián)諧振回路中的電感很小，L1的電感量僅為納亨級，加工和使用起來容易因外界因素引起電感量的變化，而造成振蕩器頻率不穩(wěn)定。調制振蕩器是靠編碼器提供開關信號的，如果編碼器的輸出的信號脈沖周期太短，

將會嚴重影響高頻振蕩器的起振頻率。所以要注意編碼器的選擇。編碼集成電路PT2262數據端D0~D3的電平決定鼠標的移動方向和左右鍵的工作狀態(tài)，其電平受K1~K4的控制，其中A0、D0控制X軸方向的正向和反向移動，B0、C0控制Y軸方向的正向和反向移動，A0、D0同時控制鼠標的左鍵，B0、C0控制鼠標的右鍵。（2）無線接收和譯碼電路無線接收電路由超再生接受模塊實現，它由超再生載波接收電路、三極管檢波電路、信號放大與整形電路組成。超再生式是利用再生式收音機的工作原理，適量地引入正反饋，使接收電路處于微弱的間歇振蕩狀態(tài)，控制電路的間歇振蕩的信號電壓（也稱熄火電壓），熄火電壓如果是間歇振蕩器自行產生的。數字編碼信號經LM358放大，送入解碼集成電路PT2272進行解碼，由解碼電路將解碼的數據從相應的數據端口D0—D3輸出，去控制鼠標，從而完成全部遙控過程。鼠標按鍵的方案：鼠標的移動方向和左右鍵的工作狀態(tài)，其電平受K1~K4的控制，其中A、D控制X軸方向的正向和反向移動，B、C控制Y軸方向的正向和反向移動，A、D同時控制鼠標的左鍵，B、C控制鼠標的右鍵。如下表所示：按鍵D0D1D2D3工作狀態(tài)A1000X軸正方?向移動D0100X軸負方?向移動C0010Y軸正方?向移動B0001Y軸負方?向移動AD1100鼠標器左鍵BC0011鼠標器右鍵方波電路的設計:經編碼電路編碼后，操作鼠標的動作變成了開關信號，我們米用方波電路產生的移位信號作為驅動鼠標光標移動的信號源，相應的開關閉合就實現了鼠標左右鍵操作和移動鼠標光標的操作。方波電路的頻率選取是否適當決定了鼠標光標能否移動，因此應當選擇適當的頻率。據我們了解，在芯片為RSM84510的鼠標電路中，方波頻率在1—100HZ時，頻率的大小跟鼠標的移動速度成正比。所以，方波的頻率應該在1—100HZ的范圍內。我們的方波電路采用的是六反向器CD4096，由它構成方波信號發(fā)生器。電路中，R1是補償電阻，我們選取30K，用于改善由于電源電壓的變化而引起的振蕩頻率不穩(wěn)定。電路的振蕩是通過電容C1的充放電完成的，其振蕩頻率為:f=1/2.2RC。方波產生原理圖如下：圖示電路的最大頻率為：fmax=1/[2.2*(R2+MIN(VR1))*C]=1/(2.2*2.2*1000*2.2*0.000001)=93.91Hz最小頻率為：fmin=1/[2.2*(R2+MAX(VR1))*C]=1/(2.2*4.3*1000*2.2*0.000001)=9.31HZ由于元件的誤差，實際值會稍有差異。但遠遠可以滿足鼠標電路的頻率范圍(1?100HZ)的要求。為了避免影響其它的電路，其它多余的反向器的輸入端接地?？刂崎T電路:IC3為六“非”門集成電路，其中IC3A和IC3B與R5和C4等組成方波發(fā)生器，其脈沖頻率主要由R5、C4的值決定。R6、C5、IC3D等組成移相電路，移相量由R6、C5的值決定。當脈沖頻率調整時，R6、C5的值也應作相應的調整。若以IC3的⑥腳輸出脈沖為基準，則⑧腳輸出脈沖相位超前，⑩腳輸出脈沖相位滯后。IC4、IC5為四“非門”集成電路，兩者組成控制門電路，其中IC4C、IC4D、IC5D組成光標沿X軸方向移動的控制電路，IC4A、IC4B、IC5C組成光標沿Y軸方向移動的控制電路，IC5A為左鍵控制電路，IC5B為右鍵控制電路。P1的①、②腳接鼠標器的Y軸方向原光敏傳感器兩個光敏晶體管的輸出端，③、④腳接鼠標器的X軸方向原光敏傳感器兩個光敏晶體管的輸出端，⑤、⑥腳接鼠標器的左、右鍵的接點，連接電路如圖所示：下面分別以控制光標沿X軸正方向移動和控制鼠標器左鍵為例說明這一部分電路的工作原理。當發(fā)射器按下A后，接收器IC2的D0端輸出高電平，使“與非”門IC4D的13腳為高電平，而IC2的D1端為低電平，使IC5D11腳為高電平，這樣就使從IC4D的腳輸入的脈沖信號得以從IC5D的腳輸出，這時P1的③、④腳輸出給鼠標器的脈沖信號為④腳相位超前，光標向X軸正方向移動；同理，如果按下發(fā)射器D鍵，則接收器P1的③、④腳輸出給鼠標器的脈沖信號為④腳相位滯后，光標向X軸負方向移動。當A、D均不按下時，IC2的D0、D1端均為低電平，IC5D的腳為低電平，P1的④腳沒有脈沖信號輸出，雖然這時P1的③腳有脈沖信號輸出，但由于沒有兩個脈沖信號進行相位比較，光標在X軸方向不會產生移動。如果同時按下發(fā)射器的A、D，則接收器IC2的D0、D1同時輸出高電平，IC5A的③腳輸出低電平，相當于按下鼠標器的左鍵。需要說明的是：由于D0、D1均為高電平，IC4C的腳、IC4D的腳輸出相位相反的脈沖信號，在任一時刻IC5D的、腳均有一端為低電平，從而使IC5D的腳輸出高電平，因此按A、D不會使光標產生X方向的移動。對于控制光標沿Y軸方向移動和控制鼠標器右鍵，原理同上。第二章安裝與調試所用的儀器、儀表：直流穩(wěn)壓電源示波器數字式萬用表調試方法和步驟：安裝和調試的一個很重要的工作是用于改裝的鼠標器的選擇，我們用作試驗的鼠標器是北斗星簡易機械鼠標器。根據原理圖所示電路的要求，鼠標器的集成電路必須為正電壓供電(相對于地)，左、右鍵控制信號必須為高電平有效，即不按鍵時控制端對地為負電壓。滿足以上兩個條件的機械鼠標器均可使用。我們的接線方法是這樣的：先拆掉X軸、Y軸方向的光敏傳感器(鼠標器中光敏傳感器為三個引腳，紅外發(fā)光二極管為兩個引腳)及左、右鍵按鈕開關，將圖5中P1⑦、⑧腳的連線和鼠標器電路板的地相連，X軸方向的光敏傳感器有三個安裝孔，其中一個為公共端，置空；另兩個為信號輸出端，這兩個輸出端分別接P1的③腳和④腳，Y軸方向的連線與此類似。調試時，按下遙控器的A，如光標向相反的方向即X軸負方向移動，只要調換一下和鼠標器電路板相連接的P1的③、④腳的線即可；按下D，如光標向相反的方向Y軸負方向移動，只要調換與鼠標器電路板相連的P1的①、②腳即可。X軸、Y軸正方向正確了，負方向也就自然正確了。調試中出現的故障和解決方法：方波發(fā)生電路的輸出的方波波形一直是與理論值一致的，但是經過移相電路后，兩者波形的相位差不是足夠的大；雖然那個相位差也能夠驅動鼠標的移動，但是鼠標移動速度比較慢。于是我們檢查方波發(fā)生