基于USB的無(wú)線(xiàn)觸摸鼠標板的設計

隨著(zhù)IT技術(shù)的發(fā)展，多媒體教學(xué)已經(jīng)在學(xué)校得到廣泛的應用。但傳統的多媒體教學(xué)存在互動(dòng)性不強等缺點(diǎn)，不利于師生的交流和溝通，基于這種情況，我們設計和實(shí)現了一種基于USB的無(wú)線(xiàn)觸摸鼠標板，使得教師在學(xué)生座位旁依然可以像站在講臺那樣自由控制電腦。

1系統組成

本系統可以大致分為兩個(gè)部分，其中一端是手持設備終端，提供PS/2接口供鼠標觸摸板接入使用；另一端是PC接入端，通過(guò)USB接口與主機相連，二者之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸協(xié)議聯(lián)系在一起。整體構架圖如圖1所示。

圖1整體構架圖

因為設計所選用的CC2420集成了發(fā)送和接收功能在同一芯片中，故在手持終端和接入設備部分的無(wú)線(xiàn)收發(fā)器可復用同一模塊，無(wú)需重新設計。而在PC端，為了實(shí)現設計的普遍適用性以及即插即用的特性，對接人設備采用了HID類(lèi)設計從而使PC端無(wú)需增加任何軟件，即可使用操作系統提供的設備驅動(dòng)程序。

本設計的實(shí)驗開(kāi)發(fā)板由筆者自行設計實(shí)現，不僅包括了本設計所需要的功能，還有調試功能以及擴展功能，供日后有需要時(shí)使用。

2 硬件設計與實(shí)現

2.1手持端硬件設計與實(shí)現

在手持端，主要包括的模塊有MCU控制模塊，無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊，PS/2接口模塊和調試模塊等。各模塊的功能示意圖如圖2所示：

圖2手持端模塊圖

2.1.1 MCU PIC整體控制模塊

MCU控制著(zhù)整個(gè)系統的運行，包括軟件的觸發(fā)、運行，以及各個(gè)部分的協(xié)調工作。整個(gè)系統的軟件都是存儲并運行在MCU當中，在觸摸板事件響應方面采用的是中斷觸發(fā)。而PS/2接口實(shí)際上只需兩條IO線(xiàn)，也就是說(shuō)其只占用了MCU兩個(gè)管腳資源，其中一個(gè)為普通IO口，另一個(gè)則是中斷口，考慮到中斷12的可能沖突，可以通過(guò)跳線(xiàn)方式自行選擇。在CC2420方面，亦采用電平跳變中斷檢測其SFD及FIFOP的中斷請求，而其數據通信則是使用芯片集成的SPI接口中的RCA（SO）、RC5（si）、rico（CS-N）、RC3（SCK）等4條線(xiàn)來(lái)實(shí)現。

2.1.2串口模塊

由于USB的數據信息在其未被主機正確識別之前無(wú)法得到，并且在無(wú)線(xiàn)傳輸方面也需將數據及控制信息等傳回主機以供調試，所以在開(kāi)發(fā)板上另外設計一個(gè)串口調試模塊，方便設計過(guò)程中的調試需要。

RS232規范使用12V供電，而開(kāi)發(fā)板上使用的電壓為3.3V，這樣如果直接將數據線(xiàn)直接連到RS232接口上會(huì )將實(shí)驗板上的元件燒毀。為了實(shí)現不同電壓之間的連接，采用了RS232電平轉換芯片MAX3232.利用這個(gè)芯片我們可將12V電壓的數據傳輸轉換為3V，這樣就可以達到將數據與主機進(jìn)行交互的目的。在數據傳輸線(xiàn)路上，由于PICl6F877A內置了串口接口，所以只需使用RC6、RC7這兩根線(xiàn)就可以實(shí)現數據的傳輸，經(jīng)過(guò)MAX3232的電平變換到達主機。

2.1.3無(wú)線(xiàn)傳輸模塊

考慮到工藝問(wèn)題，靠手工無(wú)法完成，所以采用模塊購買(mǎi)的方式來(lái)獲得CC2420的使用，購買(mǎi)的模塊僅有非常簡(jiǎn)單的外圍器件，以及12根控制引腳外引（包括電源和地），這樣我們就可以通過(guò)MCU利用這12根引腳控制CC2420的工作了。根據該模塊的外接引腳，在實(shí)際的電路設計中設計了一個(gè)兩排12根線(xiàn)的接口，可以直接接到MCU控制接口，因為MCU和CC2420都是采用3.3V的電壓，所以不會(huì )有電壓過(guò)高的問(wèn)題。

在CC2420的電路設計過(guò)程中發(fā)現，對于控制引腳SFD、FIFOP這兩個(gè)用于檢測中斷接受數據的接口尤其重要，如果在這兩條線(xiàn)路出現了干擾的話(huà)，在軟件的實(shí)現方面將產(chǎn)生很多不必要的軟件開(kāi)銷(xiāo)，例如去除干擾等。所以在PCB設計的時(shí)候要對這兩條線(xiàn)加寬，不要橫跨電源和地，這樣會(huì )產(chǎn)生很大的干擾。

2.2 PC接入端硬件設計與實(shí)現

此部分將介紹接人設備的硬件設計與實(shí)現，在串口調試部分采用和手持端同樣的硬件設計，而在無(wú)線(xiàn)接受模塊，因為CC2420集合接收發(fā)送功能在同一芯片中，而應用電路也采用同樣電路，故在接入設備部分可以使用相同模塊。所以在這里將主要介紹USB模塊的設計與實(shí)現。

在USB接IZl方面，為了使用上的方便，將設備設計成標準的HID類(lèi)鼠標，這樣可以直接使用操作系統自帶的驅動(dòng)程序而無(wú)需安裝任何的驅動(dòng)軟件。在供電方面使用標準USB接口提供的5V電源為USB芯片供電，接人端的主要硬件架構可用圖3所示：

圖3接入端硬件構架圖

在USB接口芯片的連接上，采用了與MCU控制器的INT0外部中斷的方式連接，這樣可以保證USB數據傳輸的實(shí)時(shí)性，而其他的控制接El使用一般的數據IO口，其8位數據傳輸口使用PICl6F877A的RD口連接。

3 系統軟件設計與實(shí)現

在本部分，主要將介紹本設計的軟件實(shí)現，其中包括接入端和手持端兩大部分。

3.1整體設計方案的設計與實(shí)現環(huán)境

本次設計采用的控制芯片為PIC16F877A。

由于程序是在PC上設計，需要將程序下載到單片機上運行和測試，所以需要一個(gè)程序下載工具，本次設計所采用的程序燒錄器為T(mén)OP WIN2004，該燒錄器自身提供有一個(gè)下載軟件，使用也非常方便，安裝按照軟件目錄下的README一步步操作即可。

本設計中的軟件均是在單片機內實(shí)現，運行在MCU內的軟件控制著(zhù)整個(gè)設計所要實(shí)現的模塊。

但是由于MCU與傳統Pc有著(zhù)巨大的差別，必須考慮存儲空間、運行速度、外界干擾等因素。在實(shí)現此次設計的過(guò)程中，除了首先要保證硬件環(huán)境的設計正確和優(yōu)質(zhì)之外，軟件方面的嚴謹設計也是必不可少的一個(gè)重要部分。

本設計的軟件總體框架圖可如圖4所示，為了使兩端達到速度及任務(wù)的均衡，一些軟件處理將在手持端完成，然后以接收端可以識別的格式打包發(fā)送過(guò)去，由圖4也可以看出兩端的任務(wù)處理基本處于均衡狀態(tài)。