蓝牙无线鼠标的设计与实现Word下载.docx

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USB

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摘要……Ι

AbstractΙΙ

第1章绪论1

1.1课题背景1

1.2蓝牙技术的发展现状2

1.3论文研究内容4

第2章蓝牙无线通信技术5

2.1蓝牙技术概述5

2.2蓝牙系统功能单元概述6

2.3蓝牙HCI主机控制器接口6

2.3.1蓝牙主机控制器接口概述6

2.3.2HCI分组概述7

2.3.3HCI指令分组8

2.3.4HCI传输层及HCI通信流程9

2.4蓝牙体系协议10

2.5本章小结11

第3章蓝牙无线鼠标系统方案及硬件设计12

3.1蓝牙硬件解决方案12

3.2光电鼠标的工作原理12

3.3本课题方案13

3.4光电鼠标常用芯片13

3.5无线蓝牙收发芯片ROK101007/814

3.6芯片接口15

3.6.1USB接口15

3.6.2UART接口16

3.7单片机AT89LV5216

3.8电源管理芯片18

3.8.1发送端电源管理芯片18

3.8.2接收端电源管理芯片19

3.9发送端各芯片引脚连接图20

3.10接收端芯片引脚连接图21

3.11本章小结21

第4章蓝牙无线鼠标系统的软件设计22

4.1本课题蓝牙模块数据通信指令22

4.1.1初始化22

4.1.2流控控制24

4.1.3查询（Inquiry）25

4.1.4创建连接26

4.1.5数据传输27

4.1.6断开连接Disconnect27

4.2鼠标微控制器软件设计27

4.2.1程序流程27

4.2.2蓝牙初始化指令设计27

4.2.3鼠标移动的判断28

4.3PC机软件设计30

4.3.1蓝牙设备初始化30

4.3.2PC极端蓝牙设备数据传输33

4.4本章小结34

结论35

致谢36

参考文献37

附录A39

附录B43

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第1章绪论

1.1课题背景

现代人的生活中，越来越多的电子设备进入生活的每一个角落。

现代化电子设备给人们带来无与伦比的效率与方便的同时，也给许多人带来了麻烦：

每台电脑的背面，都是一大堆各种各样的接口，各种各样的电缆将许多设备连成一个系统，正确地连接它们非常繁琐。

随着计算机网络和移动电话技术的迅猛发展，人们越来越迫切需要发展一定范围内的无线数据与语音通信。

大范围全球范围的无线通讯有GSM、CDMA1X、3G网络，中短距离有IEEE802.11，HomeRF，及蓝牙（Bluetooth）。

以爱立信为首，由五家IT界巨人Ericsson,TOSHIBA,IBM,INTEL和NOKIA于1998年5月共同提出了一种近距离无线数字通信的技术标准，旨在创立一项软硬件结合的公开规范，为所有不同设备提供具备互操作性、可交叉开发的工具、这个工具便是蓝牙技术（Bluetooth）。

此后，微软、3Com，朗讯和摩托罗拉加入进来，成为“蓝牙特殊利益集团”（SIG：

SpecialInterestGroup）的9个领导成员。

目前，加盟的公司己超过2000个，其中包括许多世界著名的计算机、通信、家电业厂商以及汽车、照相机制造商。

“蓝牙”名称的由来众说纷纭，有一种说法是：

这个称呼来自公元10世纪丹麦的一位国王Viking的绰号-Bluetooh。

这位国王将当时的瑞典、芬兰与丹麦成功地统一了起来。

今天用他的名字来命名这一新的技术标准，显然含有将计算机行业、通信行业、家电行业等各自为战的局面统一起来的希冀。

近几年，微电子技术的不断进步推动了计算机和通信设备的普及和发展，一些电子消费产品，如PC电脑、掌上电脑、手机通讯、无绳电话等进入了人们的学习、生活和工作中，成为人们生活中不可缺少的一部分。

然而这些设备之间的数据传送往往通过电缆进行，限制了使用的灵活性。

因此，人们希望有一种能够取代电缆的短距离无线连接技术，以解决这个问题。

在这种需求推动下，“蓝牙（Bluetooth）”应运而生了。

蓝牙技术的出现和发展推动和扩大了无线通信的应用范围，使网络中各种数据和语言设备可以通过极其便捷的方式进行相互通信。

蓝牙是一种全新的无线数据交换技术，使各种电子设备与家用电器融为一体，将给人们的生活与工作带来全新的感受。

蓝牙理论数据传输速率1Mbps（实际传输速率为721Kbps）,最大传输距离为10米，通过增加发射功率可达到100米。

蓝牙技术的功耗很低，多用在消费类电子产品上，如PDA、笔记本电脑、手机通讯、无线键盘、无线鼠标等等。

鼠标无疑是我们操作电脑时使用最频繁的部件，是我们与电脑之间的接口，而无线鼠标则使我们的工作快捷，不受电缆限制。

目前市场上无线鼠标产品所采用技术以使用IrDA为最多，其次是蓝牙等无线射频技术。

本课题是将蓝牙技术应用在无线鼠标的有益尝试，传统无线鼠标一般采用射频及红外传输技术，都存在一些缺陷。

例如，某些家电、无绳电话、微波炉等，都可能会干扰无线设备的工作。

而蓝牙技术为了保证在嘈杂的无线环境中安全可靠地工作，特别设计了“跳频”方案能确保链路的稳定。

目前，市场上己经有以罗技和微软为代表的公司生产的蓝牙无线鼠标

产品，这些产品大都采用PC机的USB接口接一个蓝牙无线接入点，鼠标设备内嵌一个具蓝牙核的ASIC芯片的方案，有效使用范围为10米，没有方向性限制，穿透性好，使用起来很方便，但价格较为昂贵，普及蓝牙产品的关键是降低蓝牙设备成本，因此，本课题的目标是设计一种低成本的、实用的蓝牙无线鼠标设备，并通过蓝牙键盘鼠标系统的研究，为蓝牙技术应用于更多领域作好理沦和实践的准备。

1.2蓝牙技术的发展现状

目前短距离无线通信技术主要有同样工作在2.4GHz频段上的蓝牙、IEEE802.l1B，HomeRF，另外还有红外技术。

下面针对它们的特点分别进行比较。

IEEE802.11B最初是以支持在大工作区内实现无线漫游为目的开发的，它支持10个到100个接入点。

最重要的应用是实现高质量的数据网络，例如文件或Internet共享。

也因为IEEE802.11的高可靠性，使它的成本比其它技术要高。

另外，802.11B对语音支持十分有限，目前质量很差。

因此，对那些只想使用单一无线网络技术来满足他们需求的用户来说，IEEE802.11还不能满足。

HomeRF系统在2.45GHz频带扩展频谱上以50跳/秒速率跳频。

从一开始设计上就是为了满足消费者在家庭网络上的需求。

除了提供良好的服务质量外，简单、保密、易用是很显著的特点。

在家庭网络上，HomeRF是消费者合适的选择。

与无线电射频技术相比，红外线系统的工作原理要简单得多，它的特点是结构简单、成本低、方向性好，所以目前红外系统的应用也很广泛，但也有很多缺点，比如距离有限、方向限制等。

蓝牙技术与IEEE802.11B，HomeRF两种技术不同，它具有一整套全新的协议，蓝牙技术与IEEE802.11B,HomeRF两种技术不同，它具有一整套全新的协议，可以应用于更多的场合。

蓝牙技术中的跳频更快，因而更加稳定，同时它还具有低功耗、低成本和比较灵活等优点。

蓝牙没有方向的限制，它以其良好的智能性和全方位性战胜了红外技术，并以其低廉的产品价格战胜了IEEE802.11B技术。

自从1998年提出蓝牙技术以来，蓝牙技术的发展异常迅速。

蓝牙Bluetooth作为一种新的短距离无线通信技术标准，受到全世界越来越多工业界生产厂家和研究机构的广泛关注。

成立了世界蓝牙组织BluetoothSIG，采用技术标准公开的策略来推广蓝牙技术，现已发展成为一个相当大的工业界高新技术标准化组织，全球支持蓝牙技术的2000多家设备制造商都已经成为它的会员，一项公开的、全球统一的技术规范得到了工业界如此广泛的关注和支持在以往是罕见的。

近年来，世界上一些权威的标准化组织，也都在关注蓝牙技术标准的制定和发展。

例如，IEEE的标准化机构，也已经成立了802.15工作组，专门关注有关蓝牙技术标准的兼容和未来的发展等问题。

IEEE802.15.1TG1就是讨论建立与蓝牙技术1.0版本相一致的标准；

IEEE802.15.2TG2是探讨蓝牙如何与IEEE802.11b无线局域网技术共存的问题；

而IEEE802.15.3TG3则是研究未来蓝牙技术向更高速率（如10-20Mbits/s）发展的问题。

国内的一些生产厂家与研究部门也准备开始组织蓝牙技术产品的开发。

由来自国家主管部门、企业界、学术界以及研究生产机构的领导、专家、教授等权威人士发起成立的中国蓝牙技术发展与应用论坛，吸引了众多关注蓝牙技术的各界人士，还组织国内各界与世界蓝牙组织SIG的代表，就双方所关注的问题进行了认真的讨论。

并就双方今后进一步加强联系、共享蓝牙技术信息资源、共同促进蓝牙技术在中国的推广与应用等问题达成共识。

蓝牙是取代数据电缆的短距离无线通信技术，可以支持物体与物体之间的通信，工作频段是全球开放的2.4GHz频段，可以同时进行数据和语音传输，传输速率可达到10Mb/s，使得在其范围内的各种信息化设备都能实现无缝资源共享。

蓝牙技术的应用被认为非常广泛而且极具潜力。

它可以应用于无线设备（如PDA、手机、智能电话、无绳电话）、图像处理设备（照相机、打印机、扫描仪）、安全产品（智能卡、身份识别、票据管理、安全检查）、消费娱乐（耳机、MP3、游戏）汽车产品（GPS、ABS、动力系统、安全气袋）、家用电器（电视机、电冰箱、电烤箱、微波炉、音响、录像机）、医疗健身、建筑、玩具等领域。

蓝牙行业对于市场的持续增长感到欣慰，现在没有人再质疑它的生命力。

2002年，400余种蓝牙产品的销量总共达到了3000万件；

而2003年的数字是2002年的2倍。

In-Stat/MDR公司预测，蓝牙市场的规模在2007年将膨胀到6亿件。

爱立信技术授权公司的总裁MariaKhorsand表示：

“在如此艰难的经济环境下，蓝牙是少数仍在增长的产品之一”。

技术应用问题有所凸现。

虽然蓝牙技术发展迅速，应用广泛，市场前景良好，但蓝牙技术目前的现状，特别从2003年的蓝牙世界大会所暴露的问题来看，前景仍然不容乐观。

蓝牙技术目前仍未获得消费者的足够认可。

虽然目前蓝牙技术在业界受到广泛的关注，但是仍未获得消费者的足够认可。

菲利浦半导体公司商业线路连接部总经理PaulMarino指出：

“蓝牙行业没有清楚地告诉消费者，该技术会给他们带来什么价值。

”而TI公司的短距离无线业务部总经理AriRauch将蓝牙与IrDA红外规范相提并论：

“尽管事实上基于IrDA的红外技术已被嵌入到各类产品中，但现今，没有人再使用Ir-DA。

”他甚至警告说：

“确实，蓝牙最后有可能不会为用户提供任何价值。

”以前国内有些媒体报道存在失实现象，例如把明明是用红外技术开发的点菜机当作蓝牙技术来报道，并且以冒牌教授的名义大谈蓝牙技术的概念；

另外还有一些企业把自己的其他产品也冠以“蓝牙技术”进行销售。

虽然蓝牙技术的出现将会给人们的工作和生活方式带来很大变革，人机接口会更加人性化。

目前蓝牙技术1.0的标准还只能传输1Mbit/s的语音和数据，但是2003年推出的蓝牙技术2.0标准的传输速率可达到12Mb，它还将采用智能跳频技术可以与1.0的标准兼容。

也许在不久的将来，人们外出乘坐火车与飞机将会变得非常方便，订票、买票、检票登机等等，都会变得非常轻松自然；

人们家庭中的保安系统、信息家电的遥控与使用也都会实现自动化和网络化。

这些非常美好的应用前景还需要我们做很多工作，但是蓝牙技术的发展的确能够提供这种实现的可能性，提供这样一些新的概念。

在近几年的业界共同努力下，蓝牙产品发展迅速，销售状况良好，但是大部分用户在设置和连接蓝牙设备时面临许多困难。

目前，购买了蓝牙设备的顾客首先要花几个小时的时间来研究菜单、配对蓝牙设备和设置规则，然后才能连接两个蓝牙系统，使用起来极不方便。

蓝牙业界正在探索一条新的途径，以确保消费者在购买蓝牙设备后，能够迅速地建立起蓝牙连接。

这方面，索尼公司走在了前列。

索尼公司在2003年蓝牙世界大会上推出的FEEL专有蓝牙应用技术将能实现为索尼公司的产品之间提供蓝牙的快速方便连接，FEEL能在当手机及PDA接近个人电脑等时，在其间进行用户认证及内容传输，这大大提高了蓝牙产品的可用性。

但目前仅仅只能使用在部分索尼公司的蓝牙设备之间，要想大面积使用，尚需业界的多年努力。

总的来说，蓝牙好卖不好用是目前蓝牙设备存在的一大难题。

一项新技术的出现，人们对它抱的期望值往往很高，往往短期内不能令人满意，这是因为任何新技术的发展都需要有一个过程，蓝牙技术也不例外；

技术标准统一，知识产权共享的优势是非常明显的，相信通过业界的共同努力，它未来的发展是不可限量的，从长远来看可能会超出人们的想象[1]。

1.3论文研究内容

本文使用爱立信ROK101008作为光电鼠标设备端无线收发模块和使用ROK101007作为PC机端收发模块，并且通过USB口与PC机端连接，同时PC机端通过USB口给ROK101007供电（USB电压为+5V）。

鼠标设备端使用AT89LV52单片机控制ROK101008蓝牙模块，兼作鼠标的微控制器，采集鼠标的运动信息，通过蓝牙模块发送。

PC机端通过运行在操作系统后台的PC机软件控制蓝牙模块ROK101007接收鼠标信息。

论文第一章叙述了课题的背景以及蓝牙技术的发展现状；

第二章叙述了蓝牙无线通信技术及其协议体系，蓝牙HCI主机控制器接口及其分组规范，并且叙述了HCI传输层和HCI通信的流程；

第三章完成了系统整体设计方案；

第四章叙述了本课题蓝牙模块数据通信指令和系统软件程序流程图的设计。

第2章蓝牙无线通信技术

2.1蓝牙技术概述

蓝牙是一种开放性的技术规范，它具有如下技术特性：

1.蓝牙技术的开放性

蓝牙技术是由不同的厂商共同发起的技术协议，它是完全开放的，它可以被任何加入蓝牙SIG的厂商无偿使用。

为了保证不同厂商生产的蓝牙产品的互通性，蓝牙SIG制定了一套完整严格的测试程序，只要厂商生产的蓝牙产品通过蓝牙SIG的测试并符合蓝牙标准后，即可投入市场。

2.短距离

蓝牙无线通信技术距离较短（一般为10m），消耗供功率较低，所以更适合小巧的、便携式的并由蓄电池供电的个人装置。

3.无线通信方式

蓝牙技术主要面向网络中的各种数据及语音设备，如PC，拨号网络，笔记本电脑，HDC，PDA，打印机，传真机，数码相机，移动电话，高品质耳机等。

蓝牙通过无线的方式将它们连成一个围绕个人的网络，省去了用户连线的烦恼，在各种便携设备之间实现无缝的资源共享。

4.蓝牙产品的互操作性和兼容性

蓝牙产品在满足蓝牙规范的前提下，还必须通过SIG的认证程序（QualificationProgramme），只有通过了认证程序，才能走向市场。

这样就保证了即使是不同公司的蓝牙产品，也可实现互操作和数据共享，达到完全兼容的目的。

5.语音和数据

蓝牙无线通信同时支持语音和数据传输。

6.人体安全问题

随着无线技术的发展，辐射也成了消费者非常关心的问题。

由世界卫生组织、IEEE等专家组成的小组表示，检测中并未发现蓝牙产品的辐射对人体有影响。

蓝牙产品的输出功率仅为1mW，是微波炉使用功率的百万分之一，也远比移动电话功率小。

7.工作于世界的任何地方

蓝牙工作在全球通用的2.4GHz工业、科学、医学免付费、免申请的无线电频段，所以无论身在何处，利用蓝牙无线通信的设备不需考虑频率受限制的问题。

另外，蓝牙的短距离无线技术是一种非常理想的替代电缆的技术，蓝牙规范明确定义了一种无线传输方式用来替代串行电缆。

此项技术可用来替代那些与计算机外设的连线（包括打印机、扫描仪、键盘、鼠标及其它）[2]。

2.2蓝牙系统功能单元概述

蓝牙系统由无线射频单元、链路控制单元（基带）、链路管理、软件功能等功能单元组成。

1.无线射频单元

蓝牙设备根据发射器的功率大小分为3个功率级别。

级别1的蓝牙设备发射功率为100mW（20dBm）；

级别2的蓝牙设备为2.5mW（约4dBm）；

级别3的蓝牙设备为1mW（0dBm），典型蓝牙设备都属于这一级别。

系统的设计通信范围为10cm到10m，但是通过增大发射功率可以将范围扩大至100m。

2.基带

基带中描述数字信号处理的硬件是链路控制器，基带链路控制器负责处理基带协议和其他一些低层连接规范。

在建立网络连接中，蓝牙基带技术支持两种连接类型：

同步面向连接SCO（主要用于传送语音），异步无连接ACL（主要用于传送数据包）。

在差错控制中蓝牙基带控制器有三种纠错方案：

1/3比例前向纠错码、2/3比例前向纠错码和数据的自动请求重发方案。

另外还有鉴权和加密。

3.链路管理

链路管理（LM）软件模块携带了链路的建立、鉴权、链路硬件配置和其他一些协议。

LM能够发现其他远端LM并通过链路管理层协议与之通信。

LM提供这样一些服务：

发送和接收数据、设备号请求、链路地址查询、建立连接、鉴权、链路模式协商和建立（比如数据模式或者语音模式）、决定帧的类型、改变设备模式（sniff模式、hold模式，暂停模式）。

4.软件结构

蓝牙设备需要支持一些基本互操作特性要求。

蓝牙设备必须能够相互识别并装载相应的软件以支持设备更高层次的性能。

2.3蓝牙HCI主机控制器接口

2.3.1蓝牙主机控制器接口概述

研究蓝牙的主机控制器接口（HostControllerInterface,HCI）之前首先必须明确蓝牙主机与主机控制器的概念。

按照蓝牙协议和高层应用程序的集成方式，蓝牙设备通常可以分为两种应用模式：

单处理器模式和多处理器模式。

图2-1显示了一种典型的带有主机控制器接口的设备的系统结构。

主机控制器接口是蓝牙设备开发人员控制蓝牙模块的唯一途径，因而具有非常重要的地位。

为了让不同厂商的蓝牙模块能够互通，SIG对主机控制器接口的形式和指令格式都做了相应的规定，这就是蓝牙规范中的主机控制器接口功能规范。

从严格意义上讲，HCI层协议并不是蓝牙协议栈中的协议，在单处理器应用模式中，由于不存在主机控制器接口，因而也不存在HCI层协议。

除了完成数据通信功能