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轴方向移动的控制电路,IC5A为左键控制电路,IC5B为右键控制电路。
P1的①、②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,③、④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,⑤、⑥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③、④脚输出给鼠标器的脉冲信号为④脚相位超前,光标向X轴正方向移动;同理,如果按下发射器D键,则接收器P1的③、④脚输出给鼠标器的脉冲信号为④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④脚没有脉冲信号输出,虽然这时P1的③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③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:1.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P1⑦、⑧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③脚和④脚,Y轴方向的连线与此类似。