1、苏州大学本科生毕业设计（论文）1本科毕业论文（20 届）基于蓝牙的多功能无线鼠标设计所在学院专业班级 电子信息工程学生姓名指导教师完成日期苏州大学本科生毕业设计（论文）2目录摘要 .2Abstract .3第一章 引言 .41.1 无线技术背景 .41.2 蓝牙技术优势 .5第二章 蓝牙无线通信技术 .62.1 蓝牙技术概述 .62.2 蓝牙系统功能单元概述 .72.3 蓝牙协议体系 .82.4 蓝牙低层传输协议 .82.4.1 基带和链路控制器 .92.4.2 无线射频 .92.5 蓝牙 HCI 主机控制器接口 .102.5.1 蓝牙主机控制器接口描述 .102.5.2 HCI 分组描述 .
2、11第三章 原理及电路设计 .123.1 接收端模块 .123.2 发射端模块 .133.2.1 主控制器 .133.2.2 按键控制 .143.3 蓝牙模块 .153.4 电源系统 .16第四章 实物制作与调试 .174.1 实物制作 .174.1.2 发射端模块 .184.2 程序及调试 .184.2.1 程序 .184.2.2 调试 .234.2.3 调试结果 .25总结 .26参考文献 .27致谢 .28附件： .29附录 1：实物照片说明 .29附录 2：部分源程序 .29苏州大学本科生毕业设计（论文）3摘要随着科学技术的发展，无线通信技术越发成熟，无线鼠标则是无线技术的产物，在生活
3、中被人们广泛使用。其中蓝牙鼠标是先进技术的集中体现。本文阐述了以低成本为目标的蓝牙鼠标产品解决方案。蓝牙的创始人是爱立信公司，爱立信早在 1994 年就已进行研发。1997 年，爱立信与其他设备生产商联系，并激发了他们对该项技术的浓厚兴趣。1998 年 2 月，跨国大公司，包括诺基亚、苹果、三星组成的一个特殊兴趣小组（SIG） ，他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技术，即蓝牙。本设计采用了 51 单片机作为鼠标的微控制器，Atmel32u4 单片机作为电脑端的接收模块，充分发挥了 51 单片机和 Atmel32u4 单片机的性能，完成了低成本设计，具备一定实用性:PC 机端软件则设
4、计为运行在后台的应用程序，接收 USB 接口数据并进行处理，以模拟鼠标功能。关键字:蓝牙技术、无线鼠标、USB 接口苏州大学本科生毕业设计（论文）4AbstractWith the development of science and technology, wireless communication technology becomes more mature, wireless mouse is the product of wireless technology, is widely used in life. The Bluetooth mouse is the embodiment
5、 of the advanced technology. This paper expounds the Bluetooth mouse products with low cost as the target solution.Bluetooth is the founder of the Ericsson, Ericsson has been back in 1994 for research. In 1997, Ericsson and other equipment manufacturers, and their interest in the technology. In 1998
6、 February, large multinational companies,Including a special interest group Nokia, apple, Samsung is composed of (SIG),their common goal is to establish a global small range wireless communication technology, the bluetooth.This design adopts 51 single chip computer as the micro controller of the mou
7、se,Atmel32u4 microcontroller is used as the receiving module computer terminal,give full play to the performance of the 51 single chip microcomputer and Atmel32u4 chip, the low cost design, has a certain practicality: the PC software isdesigned to run applications in the background, receive the USB
8、interface data and processing in the simulation, the function of the mouse.Keywords:blue tooth、wire less and Mouse、USB苏州大学本科生毕业设计（论文）5第一章 引言1.1 无线技术背景现代人的生活中，越来越多的电子设备进入生活的每一个角落。现代化电子设备给人们带来无与伦比的效率方便的同时，也给许多人带来了麻烦:每台电脑的背面，都是一大堆各种各样的接口和电线，一个系统中经常排布着各种外部设备的连接电线，正确地连接它们非常让人头疼。 近几年，微电子技术的不断进步推动了计算机和通信设备
9、的和发展，一些电子消费产品，如 PC 电脑、掌上电脑、手机通讯、等进入了人们的学习、生活和工作中，成为人们不可缺少的一部分。然而这些设备之间的数据传送往往通过电缆进行，限制了使用的灵活性。因此，人们希望有一种能够取代电缆的短距离无线连接技术，以解决这个问题。在这种需求推动下， “蓝牙(Bluetooth)”应运而生了。蓝牙技术的出现和发展推动和扩大了无线通信的应用范围，使网络中各种数据和通信设备可以通过极其便捷的方式进行相互通信。蓝牙技术在促进和扩大了无线通信的应用范围的出现和发展，使其在网络和通信设备的数据可以通过极其方便的方式互相沟通。蓝牙理论数据传输速率 1Mbps(实际传输速率为 72
10、1Kbps)，最大传输距离为 10 米，通过增加发射功率可达到 100 米。蓝牙技术的功耗很低，多用在消费类电子产品上，如 PDA、笔记本电脑、手机通讯、无线鼠标等等。鼠标无疑是我们操作电脑时使用最常用的部件，是我们与电脑之间的接口，而无线鼠标则使我们的工作快捷，不受电缆限制。目前市场上无线鼠标产品所用技术以使用IRDA 为最多，其次是蓝牙等无线射频技术。本课题是将蓝牙技术应用在无线和鼠标的尝试，是对传统无线鼠标的技术改进。苏州大学本科生毕业设计（论文）61.2 蓝牙技术优势目前短距离无线通信技术主要有同样工作在 2.4GHz 频段上的 IEEE802.11B,Home RF，另外还有红外技术
11、。下面分别它们的特点分别进行比较。IEEE802.11b 是第一个支持在工作区域实现无线漫游的发展的目的。它支持 10 个到100 个接入点。最重要的应用是实现高品质的数据网络，例如文件或网络共享。IEEE802.11B 的速度为 2.4GHz 直接序列扩频，最大数据传输速率为 11Mb/s，无须直线传播。也因为 IEEE802.11 的高可靠性，使它的成本比其它技术要高。此外，语音支持802.11b 是有限的，目前质量差。因此，对于那些只想用一个单一的无线网络技术来满足用户的要求，也不符合 IEEE802.11。Home RF 系统在 2.45GHz 频带扩展频谱上以 50 跳砂速率跳频。从
12、设计之初是为了满足家庭网络消费者的需求。除了提供良好的服务品质外，简单、保密、易操作是很显著的特点。在家庭网络上，Home RF 是消费者合适的选择。随着射频技术相比，红外线系统的工作原理是非常简单的，它具有结构简单，成本低，良好的方向发展，所以红外系统中的应用是非常广泛的，但也有很多缺点，比如距离有限、角度限制等。蓝牙和 IEEE802.11b，家庭射频技术不同的是，它有一整套新的协议，可以应用于更多的场合。蓝牙技术中的跳频更快，因而更加稳定，同时它还具有低功耗、低成本和比较灵活等优点。蓝牙技术是没有极限的方向，以其良好的智能和全方位的击败了红外技术，对 IEEE802.11b 技术以其低廉
13、的价格占优。苏州大学本科生毕业设计（论文）7第二章 蓝牙无线通信技术2.1 蓝牙技术概述随着计算机网络的快速发展和移动电话技术，越来越多的人急需开发无线数据在一定范围内的传输和语音通信。大范围全球范围的无线通讯有 GSM.CDMAIX.36 网络，IEEE802.11，短距离 RF，和蓝牙（Bluetooth） 。以爱立信为首，由五家 IT 界巨头 Ericsson,TOSHIBA,IBM,INTEI 和 NOKIA 于 1998 年5 月共同提出了一种近距离无线数字通信的技术指标，旨在创立一项软硬件结合的公开规范，为所有不同设备提供具备相互操作性、可交又开发的工具、这个工具便是蓝牙Bluet
14、ooth)。目前，加盟的公司己超过 2000 多个，其中包括许多世界著名的计算机、通信、家电业厂商以及汽车、照相机制造商。蓝牙是一种开放性的技术，它具有如下技术特性:1)蓝牙技术的开放性蓝牙技术是由不同的厂商共同发起的技术协议，它可以被任何加入蓝牙 SIG 的厂商无偿使用。为了保证不同厂商生产的蓝牙设备之间的互操作性，蓝牙 SIG 制订了一整套严格的检测程序，只要蓝牙产品制造商通过蓝牙 SIG 和符合蓝牙标准，即可投入市场。2)短距离蓝牙无线通信技术，短距离（通常是 10 米） ，能耗低，因此更适合小型，便携式和电池供电的设备由一个人。3)无线通信方式蓝牙技术主要面向网络中的各种数据及语音设备
15、，如 PC 机，拨号网络，笔记本电脑，PDA，打印机，传真机，数码相机，移动电话，高品质耳机等。蓝牙无线意味着他们将成为一个围绕个人的网络，不需要用户连接困难，实现便携式设备的各种资源之间的共享。4)蓝牙产品的互操作性和兼容性苏州大学本科生毕业设计（论文）8蓝牙产品以满足蓝牙规范，也必须通过 SIG 认证计划（资格程序） ，只有通过认证程序，才能走向市场。这样就保证了即使是不同公司的蓝牙产品，也可实现互操作和数据共享，达到完全兼容的目的。2.2 蓝牙系统功能单元概述蓝牙系统由无线射频单元、链路控制单元(基带)、链路管理、软件功能等功能单元组成。1.基带基带中描述数字信号处理的硬件是链路控制器，
16、基带链路控制器负责处理基带协议和其他一些低层连接规范。包括:(1)建立网络连接蓝牙基带技术支持两种连接类型:同步面向连接 SCO(主要用于传送语音)，异步无连接 ACL(主要用于传送数据包)。(2)差错控制蓝压基带控制器有三种纠错方案:1/3 比例前向纠错码、2/3 比例前向纠错码和数据的自动请求重发方案。2.无线射频单元蓝牙工作的频段上存在着来自微波炉、无线局域网等各种无线设备的干扰。蓝牙采用了跳频扩谱技术主动地去避免干扰，我国的蓝牙射频频段最低频率 2.402GHz，最高频率为 2.48GHzo 频率中心频点的间隔为 1MHz，跳频频点数 79 个，上、下保护频带分别为3.5MHz 和 2
17、MHze 蓝牙设备根据发射器的功率大小分为 3 个功率级别。级别 1 的蓝牙设备发射功率为 l00mW(20dBm)0;级别 2 的蓝牙设备为 2.5mW(约 4dBm):级别 3 的蓝牙设备为1mW(OdBm)，典型蓝牙设备都属于这一级别。系统的设计通信范围为 10cm 到 lom，但是通过增大发射功率可以将范围扩大至 100m.3.软件结构蓝牙设备需要支持一些基本互操作特性要求。蓝牙设备必须能够相互识别并装载相应的软件以支持设备更高层次的性能。苏州大学本科生毕业设计（论文）92.3 蓝牙协议体系SIG 所颁布的蓝牙规范(Specification of the Bluetooth Syst
18、em)公布了蓝牙无线通信协议标准.到目前为止，SIG 颁布了蓝牙规范 1.0,1.0b 和 1.1 三个版本，蓝牙规范给出了实际应用所应遵循的标准和需要达标的要求，对于具体的实现方法交给开发人员来决定，这样就可以增加产品的市场竞争力。蓝牙规范的核心部分就是协议栈。这个协议栈允许设备定位、互相连接且彼此交换数据，从而在蓝牙设备间实现互操作性的交互式应用。下面简述蓝牙协议栈的主要组成部分，不同的层之间的接触分析协议栈。在蓝牙的协议规范之中，遵循开放系统互连参考模型(Open System Interconnection Referenced Model,OSI(RM)从低到高地定义了蓝牙协议堆栈的
19、各个层次。SIG 在制定蓝牙的协议堆栈时，一个重要的原则就是，高层尽量地利用己有的协议，而不是对于不同的应用去定义新的协议。所以蓝牙协议堆栈中的许多协议并不是蓝牙规范所特有的，而是己经应用成熟的协议。还有一些协议是 SIG 基于其它协议修改而成的，如串口仿真(RFCOMM)和电话控制协议(Telephone Control protocol Specification,TCS).蓝牙协议的体系结构可以分为四层，包括核心层，协议层，取代有线电话控制协议层和协议层，每层包括一些特定的协议：.核心协议:基带、链路管理协议(LMP)、服务发现协议(SDP)、逻辑链路控制和适配协议(L2CXP);.替代
20、电缆协议:串行电路仿真协议(RFCOMM);.电话控制协议;.选用协议:点到点协议、用户数据报/传输控制协议/互联网协议、目标交换协议、无线应用协议、无线应用环境等。蓝牙协议栈中，不是所有的应用都必须使用全部协议，可以只采用部分纵向协议，利用特殊的服务来支持主要应用。蓝牙核心协议中的低层传输协议是蓝牙无线技术的专有协议，是由蓝牙 SIG 开发出来的。低层传输协议是最需要协议的蓝牙设备。2.4 蓝牙低层传输协议蓝牙低层传输协议由基带、射频、链路管理(LMP)等三部分组成。从应用的角度来看，射频，基带和 LMP 属于蓝牙低层协议，其功能包括空气协议和信号处理，对应用程序是透明的。苏州大学本科生毕业
21、设计（论文）102.4.1 基带和链路控制器蓝牙基带主要功能包括微微网和设备控制功能，如链路连接建立（查询和呼叫） 、跳帧序列选择、媒体接入控制和功率模式和安全法则等。蓝牙系统包括两种连接方式，即点对点连接方式和点到多点连接方式，共享通信信道的蓝牙单元构成微微网。蓝牙设备发送数据时，基带部分将来自高层协议的数据进行信道编码，向下传给射频进行发送；接收数据时，通过空气接收数据，无线电频率数据解调恢复到基带，基带信道传输数据的解码，向高层传输。蓝牙链路控制器有两个主要状态：待机（STANDBY）和连接（CONNECTION）状态，另外还有 7 个子状态：寻呼、寻呼扫描、查询、查询扫描、主设备响应、
22、从设备响应和查询响应，中间的临时过渡状态。为了从一个状态转移到另一个状态，可以执行蓝牙链路控制器命令，也可以使用链路控制器的内部信号。连接状态是指连接已经建立，数据包可以双向传输的状态。这种状态下，通信的主从双方都使用主设备接入码和时钟，跳帧序列选择为信道跳频序列 。可以使用断开（Detach）和复位(Reset)命令从连接状态下离开。Detach 命令是正常连接断开，但链路控制器的所有配置信息仍然有效。Reset 命令是硬启动命令，链路控制器的所有配置信息都要刷新，必须重新配置才能使用。设备的连接状态可以在主动模式、呼吸模式、保持模式和睡眠模式的中的一个激活。待机状态是蓝牙设备的低功耗状态，此状态下只有本地时钟在低功率振荡器下精度运行。蓝牙设备可以离开待机状态到寻呼扫描状态，完成一个成功的寻呼，进入连接状态成为主设备。蓝牙源设备在不知道目的设备地址的情况下使用查询过程，该过程也可以用来发现辐射范围内的其他蓝牙设备。发起设备广播发送的查询信息不包括源设备的任何信息但可以制定什么级别的设备进行响应。2.4.2 无线射频蓝牙收发机是调频扩展频谱(FHSS)的无线系统，在 m 个 1Mhz 带宽的信道上运行，大部分国家 m=79,一些国家 m=23，信道由在 79 或 23 个射频信道上跳变的伪随机跳变序列来表现。跳变序列对同一个微微网来说是唯一的。
