無(wú)線(xiàn)光機鼠標設計(51兼容射頻Soc nRF9E5)

2.5 AD轉換器

nRF9E5片內有10位ADC，AD轉換參考電壓可以通過(guò)軟件設置在A(yíng)REF和1.22V之間(內部參考電壓)。AD轉換器的4個(gè)輸入可通過(guò)軟件進(jìn)行選擇，通道0到3可以把對應引腳AIN0到AIN3上的電壓值分別轉換為數字值，通道4用于對nRF9E5工作電壓的監控。AD轉換器默認工作于 10位方式，可通過(guò)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(guò)內部并行口或內部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接收器輸出的數據準備信號，可通過(guò)程序使其為微處理器的中斷或通過(guò)GPIO口的傳給CPU。

nRF9E5工作于433/868/915 ISM頻段。收發(fā)器由一個(gè)完整的頻率合成器、一個(gè)功率放大器、一個(gè)調節器和兩個(gè)接收器組成。輸出功率、頻道和其它射頻參數可通過(guò)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。為了節能，可通過(guò)程序控制收發(fā)器的開(kāi)/關(guān)。

3. 無(wú)線(xiàn)鼠標的基本知識[2]

　　無(wú)線(xiàn)鼠標的基本功能和普通鼠標相同，唯一的區別是無(wú)線(xiàn)鼠標通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳送鼠標信息給PC機，而普通鼠標是通過(guò)電線(xiàn)。這意味著(zhù)無(wú)線(xiàn)鼠標檢測鼠標移動(dòng)和按鍵信息的方法和普通有線(xiàn)鼠標一樣，也是用開(kāi)關(guān)來(lái)檢測按鍵，用球和滾軸來(lái)檢測鼠標的移動(dòng)。無(wú)線(xiàn)鼠標使用電池供電，所以應該盡量考慮節能問(wèn)題，盡量用最少的次數就能把檢測到的鼠標信息發(fā)送到PC機。無(wú)線(xiàn)鼠標在PC機處還應有一個(gè)接收器，一般該接收器是通過(guò)USB接口或串口與PC機相連，目前發(fā)展的趨勢是采用USB接口。

4. 無(wú)線(xiàn)光機鼠標方案

　　無(wú)線(xiàn)光機鼠標器，即將滾輪的機械轉動(dòng)轉換成光信號，然后變?yōu)閿底蛛娦盘栐偻ㄟ^(guò)無(wú)線(xiàn)的方式發(fā)送給和PC機相連的接收器。無(wú)線(xiàn)光機鼠標器底部有一個(gè)露出一部分的塑膠小球,當鼠標器在操作桌面上移動(dòng)時(shí)，小球隨之轉動(dòng)，在鼠標器內部裝有三個(gè)滾軸與小球接觸，其中有兩個(gè)分別是X軸方向和Y軸方向滾軸，用來(lái)分別測量X軸方向和Y軸方向的移動(dòng)量，另一個(gè)是空軸，僅起支撐作用。拖動(dòng)鼠標器時(shí)，由于小球帶動(dòng)三個(gè)滾軸轉動(dòng)，X軸方向和Y軸方向滾軸又各帶動(dòng)一個(gè)轉軸（稱(chēng)為譯碼輪）轉動(dòng)。譯碼輪(見(jiàn)圖2)[3]的兩側分別裝有紅外

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。光敏傳感器內部沿垂直方向排列有兩個(gè)光敏晶體管A和B。由于譯碼輪有間隙，故當譯碼輪轉動(dòng)時(shí)，紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線(xiàn)時(shí)而照在光敏傳感器上，時(shí)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(shí)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，就能測出鼠標器的拖動(dòng)方向。塑膠小球的移動(dòng)帶動(dòng)滾軸轉動(dòng)，滾軸每轉動(dòng)一個(gè)小角度，鼠標位置計數器加1，每隔一定時(shí)間，nRF9E5就把鼠標位置計數器的值讀出，通過(guò)計算得出鼠標移動(dòng)的位移，再把位移信息發(fā)送給PC機。

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

射頻部分基于nRF9E5設計，系統晶振為16MHz，EEPROM存儲程序，使用nRF9E5的ShockBurstTM工作方式發(fā)送鼠標信息包。ShockBurstTM工作方式在芯片硬件設計時(shí)就已經(jīng)考慮到節能，因此使用該工作方式可以延長(cháng)電池壽命。

5. 無(wú)線(xiàn)光機鼠標電池壽命算法[2]

5.1工作狀態(tài)分析

　　無(wú)線(xiàn)光機鼠標中，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又能正常工作。下文給出一個(gè)節電的方法，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：鼠標在移動(dòng)并且要求以最大的精確度測出移動(dòng)信息。此狀態(tài)下，tledon=10us，tkedoff=200us，每隔10ms，鼠標信息被精確算出并發(fā)送給PC機。

　　狀態(tài)2：鼠標剛剛被用過(guò)但現在不用。此狀態(tài)下tledon=10us，tledoff=25000us。當用戶(hù)再次拖動(dòng)鼠標時(shí)，也不會(huì )感覺(jué)得出25000us的短延時(shí)。鼠標從狀態(tài)1進(jìn)入狀態(tài)2一般應在5ms左右，當鼠標檢測到移動(dòng)時(shí)，應立刻從狀態(tài)2進(jìn)入狀態(tài)1。

　　狀態(tài)3：當鼠標很長(cháng)時(shí)間沒(méi)用時(shí)，進(jìn)入狀態(tài)3。此狀態(tài)下tledon=10us，tledoff=100000us。同樣，很久沒(méi)有使用之后再次拖動(dòng)鼠標時(shí)，用戶(hù)感覺(jué)不出來(lái)100000us的延時(shí)。一旦檢測出鼠標被移動(dòng)時(shí)，鼠標應該馬上進(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。