無線鼠標設(shè)計論文資料,無線,鼠標,設(shè)計,論文,資料 無線鼠標的設(shè)計與實現(xiàn) 摘要：將機械鼠標的滾動動作和左右鍵的操作轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號，用方波電路產(chǎn)生的方波信號代替原鼠標內(nèi)光敏傳感器的脈沖信號，用相應(yīng)的開關(guān)動作可以實現(xiàn)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，可以實現(xiàn)鼠標的遙控。 設(shè)計任務(wù)和要求：實現(xiàn)鼠標的長距離（1—50米）遙控。其中的電路設(shè)計包括發(fā)射模塊（含編碼電路）、接收模塊（含解碼電路）、方波發(fā)生電路和開關(guān)電路等等電路的設(shè)計及它們之間的連接、匹配。 一．無線鼠標電路的設(shè)計和實現(xiàn) 1．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。 2．發(fā)射模塊和接收模塊的電路的實現(xiàn)方案: 方案一：發(fā)射模塊F05和接受模塊J05C的應(yīng)用。F05采用聲表諧振器穩(wěn)頻，工作頻率為315MHZ，以AM方式調(diào)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(jié)構(gòu)IC芯片和溫度補償電路構(gòu)成， 具有較高的接收靈敏度及穩(wěn)定性。芯片內(nèi)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(shù)據(jù)電平信號， 直接接至PT2272解碼器進行解碼，接收天線約22cm。 方案二：利用紅外線技術(shù)實現(xiàn)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(jīng)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(diào)，并輸出TTL電平；TTL電平的數(shù)據(jù)流送給單片機進行處理，單片機把該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為符合PS/2鼠標規(guī)范的數(shù)據(jù)報告，發(fā)送給計算機。如圖： 方案三：利用無線遙控方式實現(xiàn)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(diào)頻解調(diào)電路，解調(diào)后的信號經(jīng)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(shù)，但是不涉及到單片機的應(yīng)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(yīng)用。nRF24E1是最新開發(fā)的工作在2.4GHZ上的射頻芯片，其內(nèi)嵌有：一8051兼容單片機，一個9個通道的A/D轉(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)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： 方案比較：方案一的收發(fā)模塊價格便宜、傳輸距離較遠，可靠性高，特別適用低成本的無線通信設(shè)備。但是調(diào)試較難，而且電路受外界溫度環(huán)境影響較大，并且障礙物也會影響信號的接收，且目前在武漢市我們還沒有找到該模塊的出售處。 方案二紅外遙控電路技術(shù)的理論比較成熟，但是，紅外線遙控技術(shù)無法突破障礙物這一關(guān)，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(shè)計我們放棄了方案二和方案四。 方案二、方案三還存在軟件設(shè)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(shè)定等等，因為我們小組三人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(shù)，我們很想嘗試著做一下，但是目前市場還沒有此芯片的出售，所以我們只好放棄。 最后，我們綜合上述各種方案，確定了我們的發(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： 工作原理： （1） 遙控發(fā)射電路。A3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(shù)據(jù)端D0~D3。17腳為編碼信號輸出端，其輸出信號為調(diào)制振蕩器提供開關(guān)信號。信號經(jīng)9018使LC振蕩電路起振。振蕩器中心的頻率的調(diào)整，主要靠調(diào)整微調(diào)電容V2的值來實現(xiàn)，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(diào)制振蕩器是靠編碼器提供開關(guān)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(shù)據(jù)端D0~D3的電平?jīng)Q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(xiàn)，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(chǎn)生的。數(shù)字編碼信號經(jīng)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(shù)據(jù)從相應(yīng)的數(shù)據(jù)端口D0—D3輸出，去控制鼠標，從而完成全部遙控過程。 3．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 D0 D1 D2 D3 工作狀態(tài) A 1 0 0 0 X軸正方向移動 D 0 1 0 0 X軸負方向移動 C 0 0 1 0 Y軸正方向移動 B 0 0 0 1 Y軸負方向移動 AD 1 1 0 0 鼠標器左鍵 BC 0 0 1 1 鼠標器右鍵 4．方波電路的設(shè)計： 經(jīng)編碼電路編碼后，操作鼠標的動作變成了開關(guān)信號，我們采用方波電路產(chǎn)生的移位信號作為驅(qū)動鼠標光標移動的信號源，相應(yīng)的開關(guān)閉合就實現(xiàn)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(yīng)當選擇適當?shù)念l率。據(jù)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(yīng)該在1—100HZ的范圍內(nèi)。 我們的方波電路采用的是六反向器CD4096，由它構(gòu)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(chǎn)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。 5．控制門電路： 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(diào)整時，R6、C5的值也應(yīng)作相應(yīng)的調(diào)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(chǎn)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(chǎn)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。 二．安裝與調(diào)試： 1．所用的儀器、儀表： 直流穩(wěn)壓電源 YB1732A3A 江蘇楊中市綠揚電子廠 示波器 TDS1002 泰克科技（中國）有限公司 數(shù)字式萬用表 UT2000系列 優(yōu)德力科技（深圳）有限公司 2．調(diào)試方法和步驟： 安裝和調(diào)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(jù)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(guān)，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(diào)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(diào)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(diào)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。 3．調(diào)試中出現(xiàn)的故障和解決方法： （1）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(jīng)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(qū)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)生電路，調(diào)節(jié)可變電阻的值，發(fā)現(xiàn)當可變電阻值為零時，鼠標移動速度是最快的。這個最快的移動速度是我們可以接受的，于是我們就將可變電阻短路，使鼠標的移動保持那個最快的速度。 （2）遙控器的上下左右鍵單擊時，鼠標會跳動，跳動的距離是一定的，所以要選擇某一圖標時，會很難正對準那個圖標，從而選中。我們分析，這可能與遙控器的按鍵有一定的延時和方波脈沖的間隔有關(guān)，我們目前還沒有找到有效的解決方法。 （3）用遙控器控制鼠標的運動，所以用起來沒有普通鼠標順手，而且只能單純的上下左右的移動。如果加上左上、左下、右上、右下控制鍵，或許會簡單一些，但是那樣的話編碼方案會比較麻煩。因為時間問題，我們沒有做出來！ 三．Protel繪圖： （上為發(fā)射編碼電路） （上為接收譯碼電路） 四．所用元器件列表： 反相器CD4069（一片）、4LS08 （兩片）、74LS04（一片）、與非門4011（一片）、發(fā)射模塊（編碼器PT2262）（一片）、接收芯片PT2272（一片）、LM358（一片）； 電阻、電容、 三極管 、 發(fā)光二極管 、開關(guān)等若干。 五．改進建議： 1．可以考慮在鼠標輸出端口接發(fā)射電路，然后在PS/2口或USB口接接收電路。這樣就需要了解PS/2或USB口的協(xié)議，也要考慮寫驅(qū)動程序！ 2．用單片機控制電路消除鼠標的按鍵抖動，鼠標移動就相對易于控制。 3．鼠標的按鍵改進方案，可設(shè)為： 鼠標的移動方向和左右鍵的工作狀態(tài)，其電平受S1~ S6的控制，其中S1、 S2控制X軸方向的正向和反向移動， S3、 S4控制Y軸方向的正向和反向移動， S5控制鼠標的左鍵， S6控制鼠標的右鍵。這種方案通過按鍵即可對鼠標進行各種操作。如要使鼠標向左張上方移動，可先按S2向左移，再按S3向上移動，也可以同時按S2、S3直接向左上方移動。如下表： 按鍵 D0 D1 D2 D3 工作狀態(tài) S1 1 0 0 0 X軸正方向移動 S2 0 1 0 0 X軸負方向移動 S3 0 0 1 0 Y軸正方向移動 S4 0 0 0 1 Y軸負方向移動 S1、S3 1 0 1 0 X軸正方向移動、Y軸正方向移動 S1、S4 1 0 0 1 X軸正方向移動、Y軸負方向移動 S2、S3 0 1 1 0 X軸負方向移動、Y軸正方向移動 S2、S4 0 1 0 1 X軸負方向移動、Y軸負方向移動 S5 1 1 0 0 鼠標器左鍵 S6 0 0 1 1 鼠標器右鍵 六．參考文獻： 1．鄭金存 邵平 周善東 《多媒體教室的長距離無線鼠標的設(shè)計與實現(xiàn)》 《廣西物理》第25卷 第3期 2．王視聽 尹志宏 《一種無線射頻收發(fā)模塊的應(yīng)用》 《電子技術(shù)應(yīng)用》2005年第8期 3．《四路無線電遙控電路的安裝與調(diào)試》 《高頻電路實驗與仿真》 4．白智濤 趙莉 姜紅梅 《基于PS/2接口的無線鼠標》2000年無線電工程 第30卷第6期 5．邵 平 楊路明 周善東《一種無線遙控鼠標編譯碼電路的設(shè)計》云南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2005,27(5A) 6．林文峰 劉書明 《新型射頻芯片的功能及其應(yīng)用實例》　世界電子元器件　2003．12 9