毕业设计论文无线鼠标设计及实现.docx
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毕业设计论文无线鼠标设计及实现
池州学院
本科毕业设计（论文）
（内封面）
题 目：
无线鼠标的设计与实现
学生姓名：
学号：
系（部）：
物理与机电工程系专业：
电子信息科学与技术
入学时间:
2008 年 10 月
导师姓名：
职称/学位：
讲师/硕士
导师所在单位：
池州学院
摘要0
1引言2
1.1鼠标发展历程2
1.2鼠标分类2
1.3课题研究目的与意义2
2方案设计3
2.1总体方案论证：
3
2.2发射模块和接收模块的电路的实现方案:
4
2.3方案比较：
7
3原理与其它设计9
3.1遥控发射电路9
3.2无线接收和译码电路9
3.3鼠标按键的方案:
9
3.4方波电路的设计：
10
3.5控制门电路：
11
4实物制作与调试12
4.1实物制作12
4.1.1鼠标控制模块12
4.1.2无线发射模块12
4.1.3无线接收模块13
4.2实物调试14
4.2.1调试过程14
4.2.2调试结果14
总结15
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
无线鼠标的设计与实现
引言
1.1鼠标发展历程
.1968年，鼠标的原型诞生；
.1981年，第一只商业化鼠标诞生，仍旧是机械鼠标，出现滚球鼠标；
.1983年，罗技发明了第一只光学机械式鼠标，成为日后的行业标准；
.80年代初出现了第一代光电鼠标，它需要特殊的有栅格的鼠标垫，过高的成本限制了其使用范围；
.1999年，微软公司与安捷伦公司合作发布了IntelliEye光学引擎，以及第一只光学鼠标。
1.2鼠标分类
鼠标的接口类型：
鼠标按接口类型可分为串行鼠标、PS/2鼠标、总线鼠标三种。
串行鼠标是通过串行口与计算机相连，有9针接口和25针接口两种。
PS/2鼠标通过一个六针微型DIN接口与计算机相连，它与键盘的接口非常相似，使用时注意区分。
总线鼠标的接口在总线接口卡上。
鼠标还可按外形分为两键鼠标、三键鼠标、滚轴鼠标和感应鼠标，两键鼠标和三键鼠标的左右按键功能完全一致，一般情况下，我们用不着三键鼠标的中间按键，但在使用某些特殊软件时（如AutoCAD等），这个键也会起一些作用；滚轴鼠标和感应鼠标在笔记本电脑上用得很普遍，往不同方向转动鼠标中间的小圆球，或在感应板上移动手指，光标就会向相应方向移动，当光标到达预定位置时，按一下鼠标或感应板，就可执行相应功能。
1.3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方案设计
2.1总体方案论证：
方案一：
在鼠标与电脑接口间用发射和接收电路代替了鼠标线，本方案除了要考虑发射和接收模块外，还要考虑接口协议，如图1。
考虑到时间和难度的问题，没有选择此方案。
图1
方案二：
用遥控器控制鼠标，即用遥控器的按键信号控制鼠标的上下左右移动方向和左右键。
只需要考虑发射和接收电路，不需要考虑接口协议，如图2。
选择此方案。
图2
2.2发射模块和接收模块的电路的实现方案:
方案一：
发射模块F05和接受模块J05C的应用。
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。
[1]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。
图3发射模块FO5原理图
图4接受模块J05C原理图
方案二：
利用红外线技术实现红外信号的发射和接收。
发射部分，利用单片机AT89C2051检测坐标位移和按键动作，经过处理按一定的编码输出到发射电路。
接收部分使用红外遥控用专用接收管，如IRM8608S，对红外信号接收和解调，并输出TTL电平；TTL电平的数据流送给单片机进行处理，单片机把该数据转化为符合PS/2鼠标规范的数据报告，发送给计算机。
如图5：
图5
图6
方案三：
利用无线遥控方式实现鼠标的遥控。
原理与上述方案二的原理一样，只是具体的发射和接收电路有所不同。
无线接收电路采用的是超再生式调频解调电路，解调后的信号经过运算放大器放大、三极管整形后输出为TTL电平的信号，再由单片机处理。
方案四：
也是一种红外遥控技术，但是不涉及到单片机的应用。
采用编码器集成电路VD5026以及与它配对的译码器集成电路VD5027或者VD5028。
接收电路采用红外遥控接收集成电路CX20106。
如图7：
图7
方案五：
nRF24E1芯片的应用。
nRF24E1是最新开发的工作在2.4GHZ上的射频芯片，其内嵌有：
一8051兼容单片机，一个9个通道的A/D转换控制器和一2.4GHZ的无线收发模块，适合用电池供电。
用于无线鼠标的原理是：
鼠标移动的信号输出接到nRF24E1的I/O口上，通过nRF24E1内部的51兼容单片机控制，采集此信号，再将此信号通过射频模块发射出去。
鼠标的按键操作检测也类似，其信号接在nRF24E1的I/O口上，通过其内的单片机检测按键操作（软件进行按键去抖处理），然后通过射频发射出按键信息[2]。
天线采用1/4单极天线，布在印制板上[3]。
如图8：
图8NRF24E1实现3键，3轴承无线鼠标电路图
2.3方案比较：
方案一的收发模块价格便宜、传输距离较远，可靠性高，特别适用低成本的无线通信设备。
但是调试较难，而且电路受外界温度环境影响较大，并且障碍物也会影响信号的接收，且目前在本地我们还没有找到该模块的出售处。
方案二红外遥控电路技术的理论比较成熟，但是，红外线遥控技术无法突破障碍物这一关，也就是，如果在发射和接收模块中间有障碍物的话，接收就会受阻[4]。
所以为了完善无线鼠标的设计我们放弃了方案二和方案四。
方案二、方案三还存在软件设计的过程，包括单片机程序的编写、红外传输协议、PS/2鼠标规范、寄存器、定时器、中断周期的设定等等，因为我们对软件方面的知识都不是很精通，所以放弃方案三。
至于方案五，因为是新技术，我们很想尝试着做一下，但是目前市场还没有此芯片的出售，所以我们只好放弃。
最后，我们综合上述各种方案，确定了我们的发射接收模块：
四路无线电遥控发射和接收电路，PT2262编码和PT2272解码电路。
如图9、10分别为发射、编码电路和接收、译码
电路：
图9
图10
3原理与其它设计
3.1遥控发射电路
A3为编码集成电路PT2262，和它配对的译码器集成电路PT2272。
PT2262的1~8脚为地址端A0~A7，10~13脚为数据端D0~D3。
17脚为编码信号输出端，其输出信号为调制振荡器提供开关信号。
信号经9018使LC振荡电路起振。
振荡器中心的频率的调整，主要靠调整微调电容V2的值来实现，该电容容量可变范围为2~10VPF，振荡器频率可变范围约为260~300MHZ。
由于振荡器工作频率较高，所以LC并联谐振回路中的电感很小，L1的电感量仅为纳亨级，加工和使用起来容易因外界因素引起电感量的变化，而造成振荡器频率不稳定。
调制振荡器是靠编码器提供开关信号的，如果编码器的输出的信号脉冲周期太短，将会严重影响高频振荡器的起振频率。
所以要注意编码器的选择。
编码集成电路PT2262数据端D0~D3的电平决定鼠标的移动方向和左右键的工作状态,其电平受K1~K4的控制，其中A0、D0控制X轴方向的正向和反向移动，B0、C0控制Y轴方向的正向和反向移动，A0、D0同时控制鼠标的左键，B0、C0控制鼠标的右键。
3.2无线接收和译码电路
无线接收电路由超再生接受模块实现，它由超再生载波接收电路、三极管检波电路、信号放大与整形电路组成。
超再生式是利用再生式收音机的工作原理，适量地引入正反馈，使接收电路处于微弱的间歇振荡状态，控制电路的间歇振荡的信号电压（也称熄火电压），熄火电压如果是间歇振荡器自行产生的。
数字编码信号经LM358放大，送入解码集成电路PT2272进行解码，由解码电路将解码的数据从相应的数据端口D0—D3输出，去控制鼠标，从而完成全部遥控过程。
3.3鼠标按键的方案:
鼠标的移动方向和左右键的工作状态，其电平受K1~K4的控制，其中A、D控制X轴方向的正向和反向移动，B、C控制Y轴方向的正向和反向移动，A、D同时控制鼠标的左键，B、C控制鼠标的右键。
如下表所示：
按键
D0
D1
D2
D3
工作状态
A
1
0
0
0
X轴正方向移动
D
0
1
0
0
X轴负方向移动
C
0
0
1
0
Y轴正方向移动
B
0
0
0
1
Y轴负方向移动
AD
1
1
0
0
鼠标器左键
BC
0
0
1
1
鼠标器右键
表1
3.4方波电路的设计：
经编码电路编码后，操作鼠标的动作变成了开关信号，我们采用方波电路产生的移位信号作为驱动鼠标光标移动的信号源，相应的开关闭合就实现了鼠标左右键操作和移动鼠标光标的操作。
方波电路的频率选取是否适当决定了鼠标光标能否移动，因此应当选择适当的频率。
据我们了解，在芯片为RSM84510的鼠标电路中，方波频率在1—100HZ时，频率的大小跟鼠标的移动速度成正比。
所以，方波的频率应该在1—100HZ的范围内。
我们的方波电路采用的是六反向器CD4096，由它构成方波信号发生器。
电路中，R1是补偿电阻，我们选取30K，用于改善由于电源电压的变化而引起的振荡频率不稳定。
电路的振荡是通过电容C1的充放电完成的，其振荡频率为：
f=1/2.2RC。
[5]方波产生原理图如下：
图示电路的最大频率为：
fmax=1/[2.2*（R2+MIN（VR1））*C]=1/（2.2*2.2*1000*2.2*0.000001）=93.91Hz
最小频率为：
fmin=1/[2.2*（R2+MAX（VR1））*C]=1/（2.2*4.3*1000*2.2*0.000001）=9.31HZ[8]
由于元件的误差，实际值会稍有差异。
但远远可以满足鼠标电路的频率范围（1~100HZ）的要求。
为了避免影响其它的电路，其它多余的反向器的输入端接地。
、
图11
3.5控制门电路：
IC3为六“非”门集成电路，其中IC3A和IC3B与R5和C4等组成方波发生器，其脉冲频率主要由R5、C4的值决定。
R6、C5、IC3D等组成移相电路，移相量由R6、C5的值决定。
当脉冲频率调整时，R6、C5的值也应作相应的调整。
若以IC3的⑥脚输出脉冲为基准，则⑧脚输出脉冲相位超前，⑩脚输出脉冲相位滞后。
IC4、IC5为四“非门”集成电路，两者组成控制门电路，其中IC4C、IC4D、IC5D组成光标沿X轴方向移动的控制电路，IC4A、IC4B、IC5C组成光标沿Y轴方向移动的控制电路，IC5A为左键控制电路，IC5B为右键控制电路。
[9]
P1的①、②脚接鼠标器的Y轴方向原光敏传感器两个光敏晶体管的输出端，③、④脚接鼠标器的X轴方向原光敏传感器两个光敏晶体管的输出端，⑤、⑥脚接鼠标器的左、右键的接点，连接电路如图[10]所示：
图12
下面分别以控制光标沿X轴正方向移动和控制鼠标器左键为例说明这一部分电路的工作原理。
当发射器按下A后，接收器IC2的D0端输出高电平，使“与非”门IC4D的13脚为高电平，而IC2的D1端为低电平，使IC5D11脚为高电平，这样就使从IC4D的脚输入的脉冲信号得以从IC5D的脚输出，这时P1的③、④脚输出给鼠标器的脉冲信号为④脚相位超前，光标向X轴正方向移动；同理，如果按下发射器D键，则接收器P1的③、④脚输出给鼠标器的脉冲信号为④脚相位滞后，光标向X轴负方向移动。
[6]当A、D均不按下时，IC2的D0、D1端均为低电平，IC5D的脚为低电平，P1的④脚没有脉冲信号输出，虽然这时P1的③脚有脉冲信号输出，但由于没有两个脉冲信号进行相位比较，光标在X轴方向不会产生移动。
如果同时按下发射器的A、D，则接收器IC2的D0、D1同时输出高电平，IC5A的③脚输出低电平，相当于按下鼠标器的左键。
需要说明的是：
由于D0、D1均为高电平，IC4C的脚、IC4D的脚输出相位相反的脉冲信号，在任一时刻IC5D的、脚均有一端为低电平，从而使IC5D的脚输出高电平，因此按A、D不会使光标产生X方向的移动[7]。
对于控制光标沿Y轴方向移动和控制鼠标器右键，原理同上。
4实物制作与调试
4.1实物制作
4.1.1鼠标控制模块
考虑到第一次制作的成功率，我们可以先完全了解个模块的工作原理和电路工作原理，制作无线鼠标所需要的模块可以购买成品，然后进行直接焊连。
在我们实际制作无线鼠标时，其无线鼠标的控制模块可以采用常用的光电鼠标电路，电路实物如下图所示，不需要对原始的控制模块电路做任何的修改，只需要将原始的电源线和数据线接出来即可。
图13
4.1.2无线发射模块
将之前鼠标控制模块的数据线引出，将其数据输入引脚连接到无线发射模块F05C的数据输入引脚上。
然后这3个模块的电源引脚可以全部共接到一起。
实物连接图14所示：
图14
图15
4.1.3无线接收模块
将无线接收模块J05C的数据输出线引出接至解码模块的数据输入接口，解码模块的数据输出引脚接到USB的数据输入接口，然后将无线发射模块和解码模块的电源引脚都接到USB的电源引脚上。
实物连接图如下：
图16
图17
4.2实物调试
4.2.1调试过程
在实物制作过程中，虽然在理论研究方面下了较多功夫，但是实际制作调试时，还是遇到较多困难。
在实际制作工程中应注意解码器振荡电阻取680K，编码器应为3，17脚为解码有效指示端，解码时输出直流高电平。
8，10~13脚为5路数据输出，与PT对应。
J05B、J05C对电源纹波及电压范围要求较严，不宜使用开关电源，可采用7805三端稳压器，J05B若有随机噪声输出信号，应首先检查发射电路。
在完全焊接好无线鼠标后进行的实际验证操作中，一开始电脑上的鼠标完全接受不到信号，经过仔细检查才发现是电路焊接时有虚焊接的。
在解决此电路问题后，发现无线光电鼠标基本能使用，但是感觉鼠标的控制始终觉得很不协调，然后需要不停的调整无线发射接收模块的天线角度与长度，使他们之间的通信到达最佳状态。
[11]
虽然一开始的的理论通信距离只需要保证在10M内，但是实际验证操作时，实际使用距离极限在20M左右，超过20M后无线接收模块依然能接收到无线鼠标的信号，但是控制信号得非常微弱。
4.2.2调试结果
在无任何干扰条件的情况下调试结果：
鼠标控制模块移动情况
桌面鼠标移动情况
左移
左移
右移
右移
上移
上移
下移
下移
向右上角移动
向右上角移动
向左上角移动
向左上角移动
向右下角移动
向右下角移动
向左下角移动
向左下角移动
表2
为测试在有干扰条件下的测试结果，我们将多部手机，正在使用的遥控器，收音机放在电脑周围，然后再进行测试，测试结果如下：
鼠标控制模块移动情况
桌面鼠标移动情况
左移
左移
右移
右移
上移
上移
下移
下移
向右上角移动
向右上角移动
向左上角移动
向左上角移动
向右下角移动
向右下角移动
向左下角移动
向左下角移动
表3
总结
在本文对无线光电鼠标进行研究和设计过程中，首先，我查找网络和书籍各种资料进行对比分析，了解无线光电鼠标的基本理论；然后，着重分析了无线发射接收电路工作原理，并学习编码译码相关知识与原理；最后，对无线光电鼠标进行设计与制作。
无线光电鼠标，其实质是将传统的光电鼠标进行改进，使用无线发射接收电路代替原有的数据线，实现鼠标与电脑的无线通信。
在无线信号编码译码电路设计部分，在结合前面关于高频电路原理分析基础上，根据工作指标要求，我们选择了译码编码芯片PZ2262/2272，并进行简单的外围电路设计。
在无线发射接收电路上，我采用了传统的F05C/J05C的电路设计思想。
最后进行实物制作，经过调试，测试后，达到了指标要求。
经过近几个月的努力，终于基本完成了整个课题任务。
期间遇到了比较多的问题，比如对无线编码译码电路和无线发射接收电路很少接触，从设计到调试都有很多困难。
而对高频电子电路和射频电路也学习地不够。
所以也为此参考了不少书籍也请教了很多人，都逐一解决了。
尤其是对高频电路的设计和调试技巧，为以后的电路设计、制作都打下了坚实的基础。
当然从本次设计中也总结出了很多经验。
例如，对电路板，在布线时要做到配线要尽量宽些，以免配线产生电感。
在元件的焊接也不能丝毫松懈，要把元件焊在布线层，而且不要采取Protel自动布线，应该用手工布线。
之所以这样就是为了在调试电路时可以清楚的观察电路元件的连接关系，为调试工作打好基础。
我虽然完成了本次设计，但也知道技术是比较落后的。
因为无线光电鼠标的一大趋势是采用2.4G互联技术。
虽然本次设计的无线光电鼠标基本达标，但是其实际价值远远低于市场需求价值。
所以在今后的学习中，我要特别注意学习这方面的理论，将所学的知识与实际应用相结合。
我在做毕业设计的过程中，遇到了许许多多的问题，但在导师耐心地指导下和同学热心地帮助下，最终把毕业设计完成.在此设计中,我学到许多东西,总的归纳起来主要有以下几点：
（1）本设计要应用到许多有关电子电路等各方面的基础知识,比如说要应用到以前学过的电路、模拟电子技术、电子线路与电路板设计、电路计算机设计仿真与测试的应用技术、Protel99se等相关知识。
使得我们在大学四年中学到的知识，真正的得到应用和实践,而通过在这次毕业设计中我们把以前学到的知识发挥得淋漓尽致,而且还认识了许多平时没有用到过的仪器设备、元器件以及使用到相关的调试设备。
（2）我学会了一套提出问题、设计问题、解决问题的思路，深深感受到作为一个科技工作者的艰辛和责任。
我经过这次系统的毕业设计，熟悉了对一项课题进行研究、设计和实验的详细过程，这些宝贵的经验对我在将来的工
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