无线鼠标论文.docx

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无线鼠标论文

摘要

鼠标是人们日常使用的电脑外设，其技术发展备受瞩目。

传统的鼠标有机械鼠标和光电鼠标两种，他们都依赖与在平面上的工作来感知位移的变化。

二随着工作场合和客户需求的不断变化，人们越来越需要一种几倍无线功能和悬空遥控功能的鼠标，它不依赖与平面，没有连线的距离限制。

同时，在鼠标的发展中，如何缩小鼠标的体积，降低鼠标的功耗也越来越被人们所关注。

无线鼠标则是电脑周边器件与无线通信技术的完美结合物。

无线鼠标接收器作为无线鼠标的一个重要组成部分是完成无线鼠标与计算机之间的通信的媒介，对于他的设计和创新能为无线鼠标的更快的普及和发展提供有力的支持。

本文在简单介绍的鼠标的发展后，将无线鼠标的设计主要分为两部分，第一部分先介绍了无线鼠标的构成，然后详细分析了无线鼠标系统的设计。

然后经过设计制作与调制验证了系统的稳定，通信可靠。

最后做出设计的总结，并且提出几点可以改进的方向。

关键词：

无线鼠标；无线编码解码；无线射频；

Abstract

ThemouseisacomputerperipheralsuseDailybyPeople,withishigh-profiletechnicaldevelopment.Traditionalmouseincludeamechanicalmouseandphotoelectricmouse,theyallperceivedisplacementchangebyworkontheplane.Withthechangesofworkplaceandcustomer’sdemand,peopleareneedabetterwirelessfunctionandimpendingremotefunction,anditdoesnotdependonthewayofworkingoftraditionalmouse.Meanwhile,inratmarkdeveloping,peopletakemoreattentiontotnarrowthemousevolume,reducethepowerconsumption.

Wirelessmouseistheperfectcombinationofwirelesscommunicationtechnologythingsascomputerperipheraldevices.Wirelessmousereceiveraswirelessmouseisanimportantcomponentofmediaamongthecompletewirelessmouseandcomputercommunication,andforhisdesignandinnovationforwirelessmousefast,thepopularityanddevelopmentprovidestrongsupport.Afterthebriefintroductionofthedevelopmentofthemouseafterthedesignofwirelessmouse,willmainlydividedintotwoparts,thefirstpartofthefirstintroduceswirelessmouse,thenconstituteadetailedanalysisonthewirelessmousesystem.Thenafterdesignandmodulationsystemstability,verifiedcommunicationandreliable.Finallymakeadesignsummary,andputsforwardthedirectionofseveralcanimprove.

Key:

WirelessMouse,Wirelesscodinganddecoding,WirelessRF

目录

1绪论1

1.1设计的内容1

1.2课题研究目的与意义1

2鼠标发展介绍3

2.1鼠标的发展历史3

2.2鼠标发展现状5

3设计方案6

3.1方案论证6

3.1.1利用红外线技术6

3.1.2利用蓝牙技术6

3.1.3利用射频技术7

3.2方案选择8

4系统设计9

4.1无线鼠标整体设计9

4.2光电鼠标的控制9

4.2.1控制的实现9

4.2.2鼠标控制的元器件11

4.3编解码电路16

4.3.1编解码芯片介绍16

4.3.2地址的设定与修改19

4.3.3抗干扰处理19

4.4无线发射接受模块20

4.4.1发射模块20

4.4.2接收模块22

5实物制作与调试26

5.1实物制作26

5.1.1鼠标控制模块26

5.1.2无线发射模块26

5.1.3无线接收模块27

5.2实物调试28

5.2.1调试过程28

5.2.2调试结果29

6总结30

7致谢32

8参考文献33

1绪论

1.1设计的内容

本课题要求设计了一套无线遥控鼠标硬件电路，通过设计将光电鼠标的左右移动动作和对左键或右键选中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。

此设计的基本指标有如下两点：

1、遥控距离为0～10米；

2、具有106地址编码。

1.2课题研究目的与意义

“鼠标”因形似老鼠而得名“鼠标”（中国大陆用语，港台作滑鼠）。

“鼠标”的标准称呼应该是“鼠标器”，英文名“Mouse”，全称：

“橡胶球传动之光栅轮带发光二极管及光敏三极管之晶元脉冲信号转换器”或“红外线散射之光斑照射粒子带发光半导体及光电感应器之光源脉冲信号传感器”。

它从出现到现在已经有40年的历史了。

鼠标的使用是为了使计算机的操作更加简便，来代替键盘那繁琐的指令。

鼠标是一种移动光标和实现选择操作的计算机输入设备。

随着“所见即所得”的环境越来普及，使用鼠标的场合越来越多。

首先从机械鼠标的出现，到光电鼠标主导市场，继而是无线鼠标的普及。

随着技术的快速革新，鼠标也同其它电子产品一样更新换代越来越快。

其次从鼠标最初设计的初衷来看，光电鼠标的更新换代，到以微软的IE4和罗技的MX系列为代表的“上一代”光电鼠标上市，鼠标的设计已经基本具备一款完美鼠标所应该具备的绝大部分特征。

新一代鼠标的研发进入一个“休整期”。

然而人类无休止的追求是科技发展的原动力。

业界对精品的追求引导包括罗技在内的厂商在提高产品质量和性价比上投入研究的人力和物力，无线光电鼠标的研究自然成为题中应有之意。

2鼠标发展介绍

2.1鼠标的发展历史

鼠标自从诞生到今天，已经有42个年头了，这42年来，鼠标无论在性能还是工作原理上都有了许多变化。

“mouse”换代发展反映了计算机技术的普及和应用电子技术的突飞猛进。

1968年12月9日，世界上的第一个鼠标诞生于美国斯坦福大学。

它的发明者是Douglas Englebart博士。

这只鼠标的设计目的，是为了用鼠标来代替键盘那繁琐的指令,从而使计算机的操作更加简便。

这只鼠标的外形是一只小木头盒子，其工作原理是由它底部的小球带动枢轴转动，继而带动变阻器改变阻值来产生位移信号，并将信号传至主机。

1980年代初，出现了第一代的光电鼠标，这类光电鼠标具有比机械鼠标更高的精确度。

但是它必须工作在特殊的印有细微格栅的光电鼠标垫上。

这种鼠标过高的成本限制了其使用范围。

1981年，第一只商业化鼠标诞生。

（最早于Mac广泛应用）

1983年苹果公司受到仙童公司著名STAR计算机的启发，在当年推出的Iisa电脑上第一次使用了鼠标作为GUI（Graphicaluserinterface）界面操作工具。

这款电脑虽然不成功，但它为转年推出的Macintosh以及MACOS操作系统提供了经验，鼠标的黄金年代来临了。

这个时候的鼠标还是老式的机械式鼠标，但是对于最初的产品已经有了新的改良,鼠标球取代了不灵活的单滚球，单键设计被更加灵活的双键/三键所取代，可供电的标准RS232串行口设计取代了早期的独立接口，现代鼠标的基本结构已经成型。

1982年罗技公司发明的世界第一款光机鼠标，光机结构是鼠标发展史上最大的发明。

也就是这个时候现在鼠标的结构设计基本成熟，光机鼠标统治了鼠标市场达18年之久。

1984年，罗技的第一款无线鼠标就研制成功。

不过那时候的无线鼠标还依靠红外线作为信号的载体，虽然说这款产品由于性能方面的诸多问题而告失败，但是罗技在无线方面的创新也给后来的产品带来了很多思路的指引。

1994年，罗技技术研制成功RF27MHz无线鼠标，此后无线鼠标迅速发展起来。

27MHz技术也成为了主流的无线键盘、鼠标通迅技术。

1998年，SIG成立，开始研发蓝牙技术。

不过2.4G非联网方案与蓝牙技术都是近年来才应用到无线鼠标上。

1999年，安捷伦公司（Aeilent, 后改组为安华高, Avago）发布了IntelliEye光学引擎，继而市场上出现了不需要专用鼠标垫的光电鼠标，光电鼠标的普及由此开始。

2000年，罗技公司也推出了同类的光电鼠标产品，使用安捷伦H2000光学成像引擎，性能上和IntellimouseExplorer鼠标一样。

这一代产品是光学成像引擎的第一代产品，这一代的光电鼠标拥有一些现在已经众所周知的缺点，比如仅为1500次/秒的刷新率和400CPI的分辨率。

对采样表面的适应性差，尤其对镜面以及花纹表面。

2001年安捷伦推出了自己第二代光学成像引擎（A2030、A2051），它在CMOS和DSP引擎都没有重大变化的背景下，通过对光学引擎的重新设计将引擎的分辨率提升到800DPI，同时将刷新率提升到2000—2500次/秒。

但是由于这一次的技术改良并没有增大CMOS的尺寸，所以较第一代光学引擎性能提升并不明显。

2001年微软推出的应用第二代Intellieye引擎的光学鼠标

2001年底微软结束了与安捷伦的合作以后，独立推出了第二代Intellieye擎，与前一代相比它的改变极为重大—微软重新设计了CMOS和DSP算法，将新率提升到前所未有的6000次/秒，同时将CMOS尺寸提升到22X22，同时一解决了光电鼠标的丢帧和表面适应性问题，同时把全部控制电路整合到同一块片上，大大提高了系统的整合度。

不过第二代Intellieye引擎光学部分并没重新设计，所以其分辨率仍为400DPI。

2002年初罗技推出了光电鼠标历史上独一无二的双光头极光飞貂鼠标来与IE3.0竞争，它使用了和安捷伦引擎所不同的IAS芯片和两个第二代的安捷伦DSP处理器，通过将两个SPI芯片交替运行来获得更高的处理速度，尽管CMOS的面积没有变化，但由于两个光头在不同的位置上采样，所以表面的适应性要比同期罗技单光头的鼠标来得好些。

2003年，罗技与微软分别推出以蓝牙为通讯协定的蓝牙鼠标。

2005年，罗技与安华高合作推出第一款激光鼠标（无线, 可充电, Logitech MX1000）。

2006年，第一只克服玻璃障碍的有线激光鼠标问世（DEXIN, ML45）。

2006年，蓝牙激光鼠标问世（Acrox）。

2008年，微软推出采用Blue Track技术的蓝光鼠标，几乎兼容所有表面（Microsoft SideWinder X8）。

2009年，罗技推出DarkField激光追踪技术。

此技术基本上仍是采用激光辨识，结合运用在实验室的“暗视野（Darkfield）”显微镜技术，让鼠标也能看到透明材质中的小瑕疵、灰尘、微粒等微小物质，并借此提供辨识定位资讯。

（Logitech M905、M950） [1]

2009年，Apple推出新鼠标Magic Mouse，采用承袭自iPhone、iPod Touch、MacBook的多点触控技术，把所有鼠标按键、滚轮都拿掉，只以一整片多点触控板，就能提供等同一般鼠标的左、右键，以及360度滚轮功能，并能以两指操作更多手势功能。

2.2鼠标发展现状

目前中国鼠标市场呈现出四方面特征：

无线化：

在键盘鼠标进行无线化的升级之时，鼠标扮演了先行军的角色，无线鼠标不论是推出频率还是推出的数量都比有线鼠标有明显的优势，可以说目前无线已是鼠标的重点和热点。

低价化：

在无线鼠标越来越热门的今天，有很多新品牌加入进来，为了生存及迅速占据一席之地，价格成了最简单有效的武器，这也导致整个鼠标产品线售价越来越低。

模仿化：

由于鼠标产品技术门槛低，进入此行业做产品相对容易，很多新品牌模仿经典鼠标外观直接推出产品，这与低价手段十分相似，造成不同品牌但外观相似的产品。

游戏化：

目前游戏领域鼠标产品的售价，相对较高，所以很多想卖个好价格的产品都往游戏鼠标上靠拢。

3设计方案

3.1方案论证

为保证无线鼠标的实现，首先需要解决的是无线鼠标与电脑的无线通信。

现有的无线鼠标的实现一般是采用红外，蓝牙或射频技术，在无线鼠标的设计过程中，我们可以采用其中一种作为设计的方案，其各种方案采用的无线通信技术如下：

3.1.1利用红外线技术

利用红外线技术来实现无线鼠标的无线通信。

红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。

发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。

接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。

常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。

点对点直线数据传输，保密性强，传输速率较高，目前4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布。

红外传输是一种点对点的传输方式，无线，不能离的太远，要对准方向，且中间不能有障碍物也就是不能穿墙而过，几乎无法控制信息传输的进度；

3.1.2利用蓝牙技术

利用蓝牙技术来实现无线鼠标的无线通信。

蓝牙，是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。

能在包括鼠标、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。

利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高

效，为无线通信拓宽道路。

蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHzISM（即工业、科学、医学）频段。

其数据速率为1Mbps，采用时分双工传输方案实现全双工传输。

利用蓝牙技术的的鼠标具有高频渗透性，低干涉性与全向型信号传输的特性可以提供您一个最方便灵活的工作环境。

蓝牙工作在全球开放的2.4GHzISM（即工业、科学、医学）频段；使用跳频频谱扩展技术，把频带分成若干个跳频信道（hopchannel），在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列不断地从一个信道“跳”到另一个信道；一台蓝牙设备可同时与其它七台蓝牙设备建立连接；数据传输速率可达1Mbit/s；低功耗、通讯安全性好；在有效范围内可越过障碍物进行连接，没有特别的通讯视角和方向要求,支持语音传输,组网简单方便。

但是蓝牙是一种还没有完全成熟的技术，尽管被描述得前景诱人，但还有待于实际使用的严格检验。

蓝牙的通讯速率也不是很高，在当今这个数据爆炸的时代，可能也会对它的发展有所影响。

目前主流的软件和硬件平台均不提供对蓝牙的支持，这使得蓝牙的应用成本升高，普及难度增大。

ISM频段是一个开放频段，可能会受到诸如微波炉、无绳电话、科研仪器、工业或医疗设备的干扰。

3.1.3利用射频技术

利用射频电路来实现无线鼠标的无线通信，例如典型的射频电路F05，J05。

利用发射模块F05和接受模块J05C来实现鼠标的无线通信。

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。

一般来说，射频系统具有非常强大的传输调制信号的功能，即使在有干扰信号和阻断信号的情况下，该系统也可以做到以最高的质量发送并且以最好的灵敏度接收调制信号。

并且采用该方案价格便宜、小型化、低功耗。

3.2方案选择

但在具体设计中，我们需要考虑到从设计到产品进入市场的时间、成本、外形、功能指标、灵活性、能否支持多种不同的应用模式等等，经过对上面三种方案的比较，我们综合考虑后选择方案3，利用射频技术实现无线鼠标的无线通信。

因为方案3最主要的优点是收发模块价格便宜、传输距离较远，可靠性高，特别适用低成本的无线通信设备。

4系统设计

4.1无线鼠标整体设计

无线鼠标的整体设计框图如图所示：

在实际制作时整体电路连接只需要对照框图连接方式即可.

整体设计电路图见附录1与附录2。

4.2光电鼠标的控制

4.2.1控制的实现

光电鼠标是由成像系统IAS、信号处理系统DSP、接口系统SPI三大系统组成。

其中IAS系统由光源、光学透镜和光感应器件CMOS三部分组成。

鼠标工作时通过内部的光源（一个发光二极管），照亮鼠标底部，底部表面反射一部分光线经光学透镜传到CMOS感光芯片上，CMOS感光芯片是由数百个光电器件组成的矩阵，映像就在CMOS上转换为矩阵电信号，传输到信号处理系统DSP，DSP将此影像信号与存储的上一采样周期的影像进行比较，如果某一采样点在先后两个影像中的位置有移动，就发出纵、横两方向位移信号到接口系统SPI，否则继续进行下一周期采样。

接口系统SPI对DSP发来的信号进行处理输出。

光电鼠标内部有一个发光二极管，通过它发出的光线，可以照亮光电鼠标底部表面（这是鼠标底部总会发光的原因）。

此后，光电鼠标经底部表面反射回的一部分光线，通过一组光学透镜后，传输到一个光感应器件（微成像器）内成像。

这样，当光电鼠标移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像，被光电鼠标内部的一块专用图像分析芯片（DSP，即数字微处理器）分析处理。

该芯片通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成光标的定位。

4.2.2鼠标控制的元器件

光电鼠标通常由以下部分组成：

光学感应器、光学透镜、发光二极管、接口微处理器、轻触式按键、滚轮、连线、PS/2或USB接口、外壳等。

下面分别进行介绍：

光电鼠标内部构造

4.2.2.1光学感应器

光学传感器是光学鼠标的核心部件，它的作用就好比是人的眼睛，不断地摄取所见到的图像并进行分析。

光学引擎由CMOS图像感应器和光学定位DSP（数字信号处理器）所组成，前者负责图像的收集并将其同步为二进制的数字图像矩阵，而DSP则负责相邻图像矩阵的分析比较，并据此计算出鼠标的位置偏移。

光学鼠标主要有分辨率和刷新频率两项指标，二者均是由CMOS感应器所决定，不过若分辨率、采样频率较高，所生成的数字矩阵信息量也成倍增加，对应的DSP必须具备与之相称的硬件计算能力才行。

虽然光学引擎看起来结构不复杂，但世界上只有微软和安捷伦两家厂商才具有设计和制造能力。

微软的光学引擎只是用在自家的光学鼠标产品身上，不对外出售，以此保证自己的技术优势。

而安捷伦走的是供应商路线，向鼠标制造商提供感应器产品。

罗技公司虽然在光学鼠标领域举足轻重，但它并没有自行研制光学引擎，而是使用安捷伦的产品，只不过因拥有规模上的优势可以垄断安捷伦感应器的高阶产品线而已，罗技现有的MX510系列高阶鼠标便是使用安捷伦科技出品的“新型MX光学引擎（罗技公司的命名）”。

光学引擎

4.2.2.2光电鼠标的控制芯片

控制芯片可以说是光学鼠标的神经中枢，但由于主要的计算工作由光学引擎中的定位DSP芯片所承担，控制芯片就不需要负责这部分工作。

这样，它的任务就集中在负责指挥、协调光学鼠标中各部件的协调工作，同时也承担与主机连接的I/O职能，光学鼠标若要采用USB接口或者是蓝牙技术，关键就在于控制芯片。

这里有一个非常重要的概念大家应该知道，就是dpi对鼠标定位的影响。

dpi是它用来衡量鼠标每移动一英寸所能检测出的点数，dpi越小，用来定位的点数就越少，定位精度就低；dpi越大，用来定位点数就多，定位精度就高。

通常情况下，传统机械式鼠标的扫描精度都在200dpi以下，而光电鼠标则能达到400甚至800dpi，这就是为什么光电鼠标在定位精度上能够轻松超过机械式鼠标的主要原因。

控制芯片

4.2.2.3光学透镜组件

与发光二极管一样，光学鼠标的透镜组件也属于常规部件之列，但它却是成像的必不可缺的关键部件。

透镜组件位于鼠标的底部位置，它由连接在一起的一个棱光镜和一个圆形透镜共同组成。

棱光镜负责将发光二极管发射的光线折射至鼠标底部并将它照亮，为“光线输出”的必要辅助。

而圆形透镜则相当于摄像机的镜头，它负责将反射图像的光线聚焦到光学引擎底部的接收孔中，相当于“光线输入”的辅助。

不难看出，棱光镜与圆形透镜具有同等的重要性，倘若我们将其中任何一个部件拿掉，光学鼠标便根本无法工作。

透镜组件不会直接决定光学鼠标的性能指标，不过与发光二极管一样，它们的品质会影响鼠标的操作灵敏度。

如果透镜组件品质不佳，光线传输时损耗较大，感应器就无法得到清晰的图像，定位芯片在判断光标位置很容易出现偏差，而品质好的透镜组件就没有这个问题。

一般来说，光学鼠标的透镜可使用玻璃和有机玻璃两种材料，但前者加工难度很大，成本高昂，后者虽然透明度和玻璃有一定差距，但具有可塑性好、容易加工、成本低廉的优点，因此有机玻璃便成为制造光学鼠标透镜组件的主要材料。

光学透镜组件

4.2.2.4发光二极管

光学感应器要对缺少光线的鼠标底部进行连续的“摄像”，自然少不了“摄影灯”的支援。

否则，从鼠标底部摄到的图像将是一片黑暗，黑暗的图像无法进行比较，当然更无法进行光学定位了。

通常，光电鼠标采用的发光二极管（如图7）是红色的（也有部分是蓝色的），且是高亮的（为了获得足够的光照度）。

发光二极管发出的红色光线，一部分通过鼠标底部的光学透镜（即其中的棱镜）来照亮鼠标底部；另一部分则直接传到了光学感应器的正面。

用一句话概括来说，发光二极管的作用就是产生光电鼠标工作时所需要的光源。

发光二极管

4.2.2.5轻触式按键

没有按键的鼠标是不敢想象的，因而再普通的光电鼠标上至少也会有两个轻触式按键。

方正光电鼠标的PCB上共焊有三个轻触式按键。

除了左键、右键之外，中键被赋给了翻页滚轮。

高级的鼠标通常带有X、Y两个翻页滚轮，而大多数光电鼠标还是像这个方正光电鼠标一样，仅带了一个翻页滚轮。

翻页滚轮上、下滚动时，会使正在观看的“文档”或“网页”上下滚动。

而当滚轮按下时，则会使PCB上的“中键”产生作用。

注意：

“中键”产生的动作，可由用户根据自己的需要进行定义。

当我们卸下翻页滚轮之后，可以看到滚轮位置上，“藏”有一对光电“发射/接收”装置。

“滚轮”上带有栅格，由于栅格能够间