无线鼠标的设计与实现.DOC

1、1无线鼠标的设计与实现摘要：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（150 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

2、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

3、至 PT2272 解码器进行解码，接收天线约 22cm。2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

4、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3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 5

5、1 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4一关，也就是，如果在发射和接收模块中间有障碍物

6、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 PT226

7、2，和它配对的译码器集成电路PT2272。PT2262 的 18 脚为地址端 A0A7，1013 脚为数据端 D0D3。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 210VPF，振荡器频率可变范围约为 260300MHZ。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5出的信号脉冲周期太短，将

8、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 D0D3 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 K1K4 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

9、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 D0D3 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 K1K4 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

10、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 1100HZ 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 1100HZ 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

11、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)*C6=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(1100HZ)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

12、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 的脚输出脉冲为基准，则脚输出脉冲相位超前，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 轴方向移动的控制电路，IC5A 为左键控制电路， IC5B 为右键控制电路。

13、P1 的、脚接鼠标器的 Y 轴方向原光敏传感器两个光敏晶体管的输出端，、脚接鼠标器的 X 轴方向原光敏传感器两个光敏晶体管的输出端，、脚接鼠标器的左、右键的接点，连接电路如图所示：下面分别以控制光标沿 X 轴正方向移动和控制鼠标器左键为例说明这一部分电路的工作原理。当发射器按下 A 后，接收器 IC2 的 D0 端输出高电平，使 “与非”门 IC4D 的 13 脚为高电平，而 IC2 的 D1 端为低电平，使 IC5D11 脚为高电平，这样就使从 IC4D 的脚输入的脉冲信号得以从 IC5D 的脚输出，这时 P1 的、脚输出给鼠标器的脉冲信号为脚相位超前，光标向 X 轴正方向移动；同理，如果按

14、下发射器 D 键，则接收器 P1 的、脚输出给鼠标器的脉冲信号为脚相位滞后，光标向 X 轴负方向移动。当 A、D 均不按下时，IC2 的 D0、D1 端均为低电平，IC5D 的脚为低电平，P1 的脚没有脉冲信号输出，虽然这时 P1 的脚有脉冲信号输出，但由于没有两个脉冲信号进行相位比较，光标在 X 轴方向不会产生移动。如果同时按下发射器的 A、D，则接收器 IC2 的 D0、D1 同时输出高电平，IC5A 的脚输出低电平，相当于按下鼠标器的左键。需要说明的是：由于 D0、D1 均为高电平，IC4C 的脚、IC4D 的脚输出相位相反的脉冲信号，在任一时刻 IC5D 的、脚均有一端为低电平，从而使

15、 IC5D 的脚输出高电平，因此按 A、D 不会使光标产生 X 方向的移动。对于控制光标沿 Y 轴方向移动和控制鼠标器右键，原理同上。二安装与调试：71所用的仪器、仪表：直流稳压电源 YB1732A3A 江苏杨中市绿扬电子厂示波器 TDS1002 泰克科技（中国）有限公司数字式万用表 UT2000 系列 优德力科技（深圳）有限公司2调试方法和步骤：安装和调试的一个很重要的工作是用于改装的鼠标器的选择，我们用作试验的鼠标器是北斗星简易机械鼠标器。根据原理图所示电路的要求，鼠标器的集成电路必须为正电压供电（相对于地） ，左、右键控制信号必须为高电平有效，即不按键时控制端对地为负电压。满足以上两个条

16、件的机械鼠标器均可使用。我们的接线方法是这样的：先拆掉 X 轴、Y 轴方向的光敏传感器（鼠标器中光敏传感器为三个引脚，红外发光二极管为两个引脚）及左、右键按钮开关，将图 5 中 P1、脚的连线和鼠标器电路板的地相连，X 轴方向的光敏传感器有三个安装孔，其中一个为公共端，置空；另两个为信号输出端，这两个输出端分别接 P1 的脚和脚，Y 轴方向的连线与此类似。调试时，按下遥控器的 A，如光标向相反的方向即 X 轴负方向移动，只要调换一下和鼠标器电路板相连接的 P1 的、脚的线即可；按下 D，如光标向相反的方向 Y 轴负方向移动，只要调换与鼠标器电路板相连的 P1 的、脚即可。X 轴、Y 轴正方向正

17、确了，负方向也就自然正确了。3调试中出现的故障和解决方法：（1）方波发生电路的输出的方波波形一直是与理论值一致的，但是经过移相电路后，两者波形的相位差不是足够的大；虽然那个相位差也能够驱动鼠标的移动，但是鼠标移动速度比较慢。于是我们检查方波发生电路，调节可变电阻的值，发现当可变电阻值为零时，鼠标移动速度是最快的。这个最快的移动速度是我们可以接受的，于是我们就将可变电阻短路，使鼠标的移动保持那个最快的速度。（2）遥控器的上下左右键单击时，鼠标会跳动，跳动的距离是一定的，所以要选择某一图标时，会很难正对准那个图标，从而选中。我们分析，这可能与遥控器的按键有一定的延时和方波脉冲的间隔有关，我们目前还

18、没有找到有效的解决方法。（3）用遥控器控制鼠标的运动，所以用起来没有普通鼠标顺手，而且只能单纯的上下左右的移动。如果加上左上、左下、右上、右下控制键，或许会简单一些，但是那样的话编码方案会比较麻烦。因为时间问题，我们没有做出来！三Protel 绘图：8（上为发射编码电路）（上为接收译码电路）四所用元器件列表：反相器 CD4069（一片） 、4LS08 （两片） 、74LS04 （一片） 、与非门 4011（一片） 、发9射模块（编码器 PT2262） （一片） 、接收芯片 PT2272（一片） 、LM358（一片） ；电阻、电容、 三极管 、 发光二极管 、开关等若干。五改进建议：1可以考虑在

19、鼠标输出端口接发射电路，然后在 PS/2 口或 USB 口接接收电路。这样就需要了解 PS/2 或 USB 口的协议，也要考虑写驱动程序！2用单片机控制电路消除鼠标的按键抖动，鼠标移动就相对易于控制。3鼠标的按键改进方案，可设为： 鼠标的移动方向和左右键的工作状态，其电平受 S1 S6 的控制，其中 S1、 S2 控制 X 轴方向的正向和反向移动， S3、 S4 控制 Y 轴方向的正向和反向移动， S5 控制鼠标的左键， S6 控制鼠标的右键。这种方案通过按键即可对鼠标进行各种操作。如要使鼠标向左张上方移动，可先按 S2 向左移，再按 S3 向上移动，也可以同时按 S2、S3 直接向左上方移动

20、。如下表：按键 D0 D1 D2 D3 工作状态S1 1 0 0 0 X 轴正方向移动S2 0 1 0 0 X 轴负方向移动S3 0 0 1 0 Y 轴正方向移动S4 0 0 0 1 Y 轴负方向移动S1、S3 1 0 1 0 X 轴正方向移动、Y 轴正方向移动S1、S4 1 0 0 1 X 轴正方向移动、Y 轴负方向移动S2、S3 0 1 1 0 X 轴负方向移动、Y 轴正方向移动S2、S4 0 1 0 1 X 轴负方向移动、Y 轴负方向移动S5 1 1 0 0 鼠标器左键S6 0 0 1 1 鼠标器右键六参考文献：1郑金存 邵平 周善东 多媒体教室的长距离无线鼠标的设计与实现 广西物理第 25 卷 第 3 期2王视听 尹志宏 一种无线射频收发模块的应用 电子技术应用2005 年第 8期3 四路无线电遥控电路的安装与调试 高频电路实验与仿真4白智涛 赵莉 姜红梅 基于 PS/2 接口的无线鼠标2000 年无线电工程 第 30 卷第 6期5邵 平 杨路明 周善东一种无线遥控鼠标编译码电路的设计云南大学学报(自然科学版),2005,27(5A)6林文峰 刘书明 新型射频芯片的功能及其应用实例 世界电子元器件 200312