無線光機(jī)鼠標(biāo)設(shè)計(51兼容射頻Soc nRF9E5)

2.5 AD轉(zhuǎn)換器

nRF9E5片內(nèi)有10位ADC，AD轉(zhuǎn)換參考電壓可以通過軟件設(shè)置在AREF和1.22V之間(內(nèi)部參考電壓)。AD轉(zhuǎn)換器的4個輸入可通過軟件進(jìn)行選擇，通道0到3可以把對應(yīng)引腳AIN0到AIN3上的電壓值分別轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，通道4用于對nRF9E5工作電壓的監(jiān)控。AD轉(zhuǎn)換器默認(rèn)工作于 10位方式，可通過軟件使其工作于6位、8位或12位方式。

2.6 射頻收發(fā)器

nRF9E5收發(fā)器通過內(nèi)部并行口或內(nèi)部SPI口與其它模塊進(jìn)行通信，具有同單片射頻收發(fā)器nRF905相同的功能。DuoCeiver接收器輸出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備信號，可通過程序使其為微處理器的中斷或通過GPIO口的傳給CPU。

nRF9E5工作于433/868/915 ISM頻段。收發(fā)器由一個完整的頻率合成器、一個功率放大器、一個調(diào)節(jié)器和兩個接收器組成。輸出功率、頻道和其它射頻參數(shù)可通過對特殊功能寄存器 RADIO（0xA0）編程進(jìn)行控制。發(fā)射模式下，射頻電流消耗僅為11mA，接收模式下為12.5mA。為了節(jié)能，可通過程序控制收發(fā)器的開/關(guān)。

3. 無線鼠標(biāo)的基本知識[2]

　　無線鼠標(biāo)的基本功能和普通鼠標(biāo)相同，唯一的區(qū)別是無線鼠標(biāo)通過無線方式傳送鼠標(biāo)信息給PC機(jī)，而普通鼠標(biāo)是通過電線。這意味著無線鼠標(biāo)檢測鼠標(biāo)移動和按鍵信息的方法和普通有線鼠標(biāo)一樣，也是用開關(guān)來檢測按鍵，用球和滾軸來檢測鼠標(biāo)的移動。無線鼠標(biāo)使用電池供電，所以應(yīng)該盡量考慮節(jié)能問題，盡量用最少的次數(shù)就能把檢測到的鼠標(biāo)信息發(fā)送到PC機(jī)。無線鼠標(biāo)在PC機(jī)處還應(yīng)有一個接收器，一般該接收器是通過USB接口或串口與PC機(jī)相連，目前發(fā)展的趨勢是采用USB接口。

4. 無線光機(jī)鼠標(biāo)方案

　　無線光機(jī)鼠標(biāo)器，即將滾輪的機(jī)械轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成光信號，然后變?yōu)閿?shù)字電信號再通過無線的方式發(fā)送給和PC機(jī)相連的接收器。無線光機(jī)鼠標(biāo)器底部有一個露出一部分的塑膠小球,當(dāng)鼠標(biāo)器在操作桌面上移動時，小球隨之轉(zhuǎn)動，在鼠標(biāo)器內(nèi)部裝有三個滾軸與小球接觸，其中有兩個分別是X軸方向和Y軸方向滾軸，用來分別測量X軸方向和Y軸方向的移動量，另一個是空軸，僅起支撐作用。拖動鼠標(biāo)器時，由于小球帶動三個滾軸轉(zhuǎn)動，X軸方向和Y軸方向滾軸又各帶動一個轉(zhuǎn)軸（稱為譯碼輪）轉(zhuǎn)動。譯碼輪(見圖2)[3]的兩側(cè)分別裝有紅外

圖2　譯碼輪和光敏傳感器工作原理

發(fā)光二極管和光敏傳感器，組成光電耦合器。光敏傳感器內(nèi)部沿垂直方向排列有兩個光敏晶體管A和B。由于譯碼輪有間隙，故當(dāng)譯碼輪轉(zhuǎn)動時，紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線時而照在光敏傳感器上，時而被阻斷，從而使光敏傳感器輸出脈沖信號。光敏晶體管A和B被安放的位置使得其光照和阻斷的時間有差異，從而產(chǎn)生的脈沖A和脈沖B有一定的相位差，利用這種方法，就能測出鼠標(biāo)器的拖動方向。塑膠小球的移動帶動滾軸轉(zhuǎn)動，滾軸每轉(zhuǎn)動一個小角度，鼠標(biāo)位置計數(shù)器加1，每隔一定時間，nRF9E5就把鼠標(biāo)位置計數(shù)器的值讀出，通過計算得出鼠標(biāo)移動的位移，再把位移信息發(fā)送給PC機(jī)。

鼠標(biāo)的按鍵是典型的開關(guān)，每個開關(guān)和nRF9E5的一個GPIO口相連。與開關(guān)相連的GPIO口配置為輸入狀態(tài)，并通過外部上拉電阻把其置高。按鍵在被按下的時候可能會出現(xiàn)抖動，所以在軟件設(shè)計的時候一般要考慮到去抖動，一般的方法是延時15-25ms再去檢測按鍵。一般的鼠標(biāo)按鍵有：左鍵、中鍵和右鍵。系統(tǒng)原理圖如圖3所示。

射頻部分基于nRF9E5設(shè)計，系統(tǒng)晶振為16MHz，EEPROM存儲程序，使用nRF9E5的ShockBurstTM工作方式發(fā)送鼠標(biāo)信息包。ShockBurstTM工作方式在芯片硬件設(shè)計時就已經(jīng)考慮到節(jié)能，因此使用該工作方式可以延長電池壽命。

5. 無線光機(jī)鼠標(biāo)電池壽命算法[2]

5.1工作狀態(tài)分析

　　無線光機(jī)鼠標(biāo)中，最耗電是紅外發(fā)光二極管，而不是射頻收發(fā)部分，因此，要使發(fā)光二極管盡量少耗電并且鼠標(biāo)又能正常工作。下文給出一個節(jié)電的方法，首先把發(fā)光二極管的工作狀態(tài)分為以下三種：

　　狀態(tài)1：鼠標(biāo)在移動并且要求以最大的精確度測出移動信息。此狀態(tài)下，tledon=10us，tkedoff=200us，每隔10ms，鼠標(biāo)信息被精確算出并發(fā)送給PC機(jī)。

　　狀態(tài)2：鼠標(biāo)剛剛被用過但現(xiàn)在不用。此狀態(tài)下tledon=10us，tledoff=25000us。當(dāng)用戶再次拖動鼠標(biāo)時，也不會感覺得出25000us的短延時。鼠標(biāo)從狀態(tài)1進(jìn)入狀態(tài)2一般應(yīng)在5ms左右，當(dāng)鼠標(biāo)檢測到移動時，應(yīng)立刻從狀態(tài)2進(jìn)入狀態(tài)1。

　　狀態(tài)3：當(dāng)鼠標(biāo)很長時間沒用時，進(jìn)入狀態(tài)3。此狀態(tài)下tledon=10us，tledoff=100000us。同樣，很久沒有使用之后再次拖動鼠標(biāo)時，用戶感覺不出來100000us的延時。一旦檢測出鼠標(biāo)被移動時，鼠標(biāo)應(yīng)該馬上進(jìn)入狀態(tài)1，從狀態(tài)2進(jìn)入狀態(tài)3一般要1到2分鐘。