无线鼠标的设计与实现

无线鼠标的设计与实现

发布者：发布时间：2010-9-9 阅读：59次

摘要：将机械鼠标的滚动动作和左右键的操作转换成开关信号，用方波电路产生的方波信

号代替原鼠标内光敏传感器的脉冲信号，用相应的开关动作可以实现鼠标光标移动和鼠标的单双击操作！而用发射和接收电路代替原来的鼠标线，可以实现鼠标的遥控。

设计任务和要求：实现鼠标的长距离（1—50米）遥控。其中的电路设计包括发射模

块（含编码电路）、接收模块（含解码电路）、方波发生电路和开关电路等等电路的设计及它们之间的连接、匹配。

一．无线鼠标电路的设计和实现

1．总体方案论证：

方案一：在鼠标与电脑接口间用发射和接收电路代替了鼠标线，本方案除了要考虑发射和接收模块外，还要考虑接口协议，如下图。考虑到时间和难度的问题，没有选择此方案。

方案二：用遥控器控制鼠标，即用遥控器的按键信号控制鼠标的上下左右移动方向和左右键。只需要考虑发射和接收电路，不需要考虑接口协议，如下图。选择此方案。

2．发射模块和接收模块的电路的实现方案:

方案一：发射模块F05和接受模块J05C的应用。F05采用声表谐振器稳频，工作频率为315MHZ，以AM方式调制，采用PT2262编码器240mm小拉杆天线发射信号；J05C由超外差电路结构IC芯片和温度补偿电路构成，具有较高的接收灵敏度及稳定性。芯片内含低噪声射频放大器、混频器、本地振荡器、中频放大器、滤波器及限幅比较器，输出为数据电平信号，直接接至PT2272解码器进行解码，接收天线约22cm。

方案二：利用红外线技术实现红外信号的发射和接收。发射部分，利用单片机AT89C2051检测坐标位移和按键动作，经过处理按一定的编码输出到发射电路。接收部分使用红外遥控用专用接收管，如IRM8608S，对红外信号接收和解调，并输出TTL电平；TTL电平的数据流送给单片机进行处理，单片机把该数据转化为符合PS/2鼠标规范的数据报告，发送给计算机。如图：

方案三：利用无线遥控方式实现鼠标的遥控。原理与上述方案二的原理一样，只是具体的发射和接收电路有所不同。无线接收电路采用的是超再生式调频解调电路，解调后的信号经过运算放大器放大、三极管整形后输出为TTL电平的信号，再由单片机处理。

方案四：也是一种红外遥控技术，但是不涉及到单片机的应用。采用编码器集成电路VD5026以及与它配对的译码器集成电路VD5027或者VD5028。接收电路采用红外遥控接收集成电路CX20106。如图：

方案五：nRF24E1芯片的应用。nRF24E1是最新开发的工作在2.4GHZ上的射频芯片，其内嵌有：一8051兼容单片机，一个9个通道的A/D转换控制器和一2.4GHZ的无线收发模块，适合用电池供电。用于无线鼠标的原理是：鼠标移动的信号输出接到nRF24E1的I/O口上，通过nRF24E1内部的51兼容单片机控制，采集此信号，再将此信号通过射频模块发射出去。鼠标的按键操作检测也类似，其信号接在nRF24E1的I/O口上，通过其内的单片机检测按键操作（软件进行按键去抖处理），然后通过射频发射出按键信息。天线采用1/4单极天线，布在印制板上。如下图：

方案比较：方案一的收发模块价格便宜、传输距离较远，可靠性高，特别适用低成本的无线通信设备。但是调试较难，而且电路受外界温度环境影响较大，并且障碍物也会影响信号的接收，且目前在武汉市我们还没有找到该模块的出售处。

方案二红外遥控电路技术的理论比较成熟，但是，红外线遥控技术无法突破障碍物这一关，也就是，如果在发射和接收模块中间有障碍物的话，接收就会受阻。所以为了完善无线鼠标的设计我们放弃了方案二和方案四。

方案二、方案三还存在软件设计的过程，包括单片机程序的编写、红外传输协议、PS/2鼠标规范、寄存器、定时器、中断周期的设定等等，因为我们小组三人对软件方面的知识都不是很精通，所以放弃方案三。

至于方案五，因为是新技术，我们很想尝试着做一下，但是目前市场还没有此芯片的出售，所以我们只好放弃。

最后，我们综合上述各种方案，确定了我们的发射接收模块：四路无线电遥控发射和接收电路，PT2262编码和PT2272解码电路。如下图分别为发射、编码电路和接收、译码电路：

工作原理：

（1）遥控发射电路。A3为编码集成电路PT2262，和它配对的译码器集成电路PT2272。PT2262的1~8脚为地址端A0~A7，10~13脚为数据端D0~D3。17脚为编码信号输出端，其输出信号为调制振荡器提供开关信号。信号经9018使LC振荡电路起振。振荡器中心的频率的调整，主要靠调整微调电容V2的值来实现，该电容容量可变范围为2~10VPF，振荡器频率可变范围约为260~300MHZ。由于振荡器工作频率较高，所以LC并联谐振回路中的电感很小，L1的电感量仅为纳亨级，加工和使用起来容易因外界因素引起电感量的变化，而造成振荡器频率不稳定。调制振荡器是靠编码器提供开关信号的，如果编码器的输出的信号脉冲周期太短，将会严重影响高频振荡器的起振频率。所以要注意编码器的选择。

编码集成电路PT2262数据端D0~D3的电平决定鼠标的移动方向和左右键的工作状态,其电平受K1~K4的控制，其中A0、D0控制X轴方向的正向和反向移动，B0、C0控制Y 轴方向的正向和反向移动，A0、D0同时控制鼠标的左键，B0、C0控制鼠标的右键。（2）无线接收和译码电路

无线接收电路由超再生接受模块实现，它由超再生载波接收电路、三极管检波电路、信号放大与整形电路组成。超再生式是利用再生式收音机的工作原理，适量地引入正反馈，使接收电路处于微弱的间歇振荡状态，控制电路的间歇振荡的信号电压（也称熄火电压），熄火电压如果是间歇振荡器自行产生的。数字编码信号经LM358放大，送入解码集成电路PT2272进行解码，由解码电路将解码的数据从相应的数据端口D0—D3输出，去控制鼠标，从而完成全部遥控过程。

3．鼠标按键的方案:

鼠标的移动方向和左右键的工作状态，其电平受K1~K4的控制，其中A、D控制X轴方向的正向和反向移动，B、C控制Y轴方向的正向和反向移动，A、D同时控制鼠标的左键，B、C控制鼠标的右键。如下表所示：

按键D0 D1 D2 D3 工作状态

A 1 0 0 0 X轴正方向移动

D 0 1 0 0 X轴负方向移动

C 0 0 1 0 Y轴正方向移动

B 0 0 0 1 Y轴负方向移动

AD 1 1 0 0 鼠标器左键

BC 0 0 1 1 鼠标器右键

4．方波电路的设计：

经编码电路编码后，操作鼠标的动作变成了开关信号，我们采用方波电路产生的移位信号作为驱动鼠标光标移动的信号源，相应的开关闭合就实现了鼠标左右键操作和移动鼠标光标的操作。

方波电路的频率选取是否适当决定了鼠标光标能否移动，因此应当选择适当的频率。据我们了解，在芯片为RSM84510的鼠标电路中，方波频率在1—100HZ时，频率的大小跟鼠标的移动速度成正比。所以，方波的频率应该在1—100HZ的范围内。

我们的方波电路采用的是六反向器CD4096，由它构成方波信号发生器。电路中，R1是补偿电阻，我们选取30K，用于改善由于电源电压的变化而引起的振荡频率不稳定。电路的振荡是通过电容C1的充放电完成的，其振荡频率为：f=1/2.2RC。方波产生原理图如下：

图示电路的最大频率为：

fmax=1/[2.2*(R2+MIN(VR1))*C]=1/

（2.2*2.2*1000*2.2*0.000001）=93.91Hz

最小频率为：

fmin=1/[2.2*(R2+MAX(VR1))*C]=1/

（2.2*4.3*1000*2.2*0.000001）=9.31HZ

由于元件的误差，实际值会稍有差

异。但远远可以满足鼠标电路的频率范围

(1~100HZ)的要求。为了避免影响其它的电路，其它多余的反向器的输入端接地。

5．控制门电路：

IC3为六“非”门集成电路，其中IC3A和IC3B与R5和C4等组成方波发生器，其脉冲频率主要由R5、C4的值决定。R6、C5、IC3D等组成移相电路，移相量由R6、C5的值决定。当脉冲频率调整时，R6、C5的值也应作相应的调整。若以IC3的⑥脚输出脉冲为基准，则⑧脚输出脉冲相位超前，⑩脚输出脉冲相位滞后。

IC4、IC5为四“非门”集成电路，两者组成控制门电路，其中IC4C、IC4D、IC5D组成光标沿X轴方向移动的控制电路，IC4A、IC4B、IC5C组成光标沿Y轴方向移动的控制