无线鼠标电路图设计.docx
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无线鼠标电路图设计
无线鼠标电路图设计
该装置利用编译码电路ＭＣ１４５０２６／ＭＣ１４５０２７和射频发射／接收模块ＴＤＡ１８０８／ＴＤＡ１８０９互相配合，可以在１０～１２０ｍ范围内灵活操纵鼠标，而且制作时无须对原有鼠标的外观及内部电路做任何改动，使用起来符合操作习惯，方便可靠，非常适合爱好者自制。
一般情况下，鼠标与电脑的连接线内部有４根电路连接线（该电路装置最多可以接受４条数据线输入，读者可根据自己鼠标的实际情况选择）分别是电源正极、电源地、数据线１、数据线２。
我们将鼠标连线割断，分别找出这４根线，利用ＭＣ１４５０２６编码电路的数据传送端Ｄ６和Ｄ７接受鼠标数据线１和数据线２传来的数据，并在芯片内部编码后经射频发射模块ＴＤＡ１８０８发射出去。
射频发射模块ＴＤＡ１８０９工作后，将接收到的编码信息输入ＭＣ１４５０２７译码电路，经其转换后在该芯片数据输出端Ｄ６和Ｄ７复原原鼠标数据线１和数据线２的信号，并通过原鼠标与电脑的连接线送入计算机。
可以看出，上述电路无须改动鼠标及计算机，无须安装额外的鼠标驱动软件，原有鼠标的所有功能亦能正常使用。
该电路（见图１、图２）只要所选元件正常，无须调试即可工作。
基于315M收发模块的简易无线串口鼠标 2009-04-1621:
29
分类：
单片机小制作
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通常，鼠标通过PS2插口或者USB接口以有线的方式将移动的距离和方向转换成脉冲信号传送给PC。
近些年来，随着无线技术的发展，出现了一种新型的无线鼠标，它脱了鼠标线的束缚，使鼠标随心所动，尤其是冬天在床上看电影时，都能享受随意操纵鼠标的乐趣。
但是无线鼠标作为一种新兴产品，价格居高不下，作为一个DIY者，本着“自己动手，丰衣足食”的原则，根据鼠标的工作原理和协议，利用老旧的PS2鼠标和315M无线发射接收模块，配合PC串口，制作了一款简易的无线串口鼠标，成本只有20元左右。
硬件设计
本无线鼠标分信号发射与信号接收两大部分。
发射部分电路原理图如图1所示：
图1发射部分电路原理图图2PS2接口示意图
其中鼠标PS2接口的引脚定义如图2：
发射部分电路主要由AVR单片机ATMELMega8（以下简称为Mega8）和315M发射模块组成。
Mega8是一款高性能、低功耗单片机：
采用先进RISC精简指令，1MHZ时钟能达到近1MIPS的运算速度；内部集成了较大容量的存储器和丰富的硬件接口电路，自带RC振荡电路可代替晶振；价格与低档单片机相当，性价比极高。
在这里，Mega8主要完成PS2接口鼠标的控制与数据获取，并通过315M发射模块发送位移数据。
市售的315M发射模块电路图如图3所示：
图3发射模块原理图图4接收电路原理图
接收部分电路主要由接收模块和MAX232组成，其原理图如图4所示：
其中LED用于指示无线信号的接收解调情况，有数据接收时LED应闪亮。
市售的接收模块电路原理图如图5所示：
图5接收模块原理图
*注：
为了使模块工作在最佳状态，笔者对收发模块进行了一些小的调整，在制作方法中会进行详细叙述。
考虑到笔记本电脑已经逐步淘汰串口，可用PL2303HX这类USB转UART芯片代替MAX232，如图6所示：
图6PL2303HX原理图
该电路的主体是PL2303HX芯片，主要完成USB与TTL232之间的协议转换。
详细介绍请参看本刊2008年5月刊中的《常用USB转串口芯片介绍》一文。
图7笔者制作的PL2303HX做的USB转UART模块
软件设计
鼠标的工作模式有四种，分别为Reset模式，Wrap模式，Remote模式和Stream模式。
前两种作为测试用，Remote模式为主机有需要时，发送命令使鼠标回送位移数据，Stream模式是上电的初始模式，每当鼠标产生位置或者按键状态的改变就自动发送数据。
显而易见，第四种模式是最合适的。
在正常读取鼠标数据前只需发送命令（0xF4）,此命令告知鼠标，主机已经准备完毕，可以接受位移数据。
PS/2鼠标与主机间履行一种双向同步串行数据帧协议，每帧为11-12Bit，如图7所示：
图8串行数据帧图9标准鼠标数据包
按照标准的三键鼠标的数据包有效数据为3个字节，如图8所示：
Mega8将读取的鼠标位移数据通过315M发射接收模块传送至PC后，需鼠标位移数据进行处理，笔者利用VS2005的C#编写了一个简单的串口小程序。
该程序将收到的数据进行解释并转换为鼠标运动的轨迹。
经笔者使用，效果良好。
无线鼠标软件流程如下：
（1）Mega8自身初始化，并通过0xF4命令告知PS2鼠标准备完毕；
（2）等待PS2鼠标回送位移数据：
Mega8利用中断按Bit进行数据读取，每读取一个数据包，进行正确性验证，然后根据无线发射模块的发射特性，在数据包头尾分别添加0xAA与0x55封装成新的数据包，并通过UART端口将位移数据进行发送；
（3）接收模块接收的数据通过三极管反相，将数据传送至串口，PC软件进行解释并转换为鼠标的运动轨迹。
至此，相信读者对该无线鼠标设计理念已经有了大致的印象，具体代码在此就不进行详细展开，详见本文的附录代码。
制作方法
本无线鼠标的制作方法与要点：
1、由于单片机串口不发送数据时为高电平，按图3发射模块的电路连接后在串口不发送时也将持续发送无线信号，因此，笔者将模块中的Q2（一般是两个中比较小的一个贴片三级管）改为PNP型三极管，例如8550、9012等。
经这样改造后，发射模块仅在发送低电平数据时才产生315M的调制信号，尤其是符合了串口低电平起始位的特点，并且节省了相当一部分的功耗；
发射模块全貌图发射模块背部修改处
2、笔者发现部分接收模块的输出信号总在1/2VDD附近，这样的信号必然不能被单片机的串口所正确接收，通过分析，笔者将LM358后一级放大器的IN+与IN-之间的电阻（R11）去掉，效果就比较满意了：
没有接收信号时为低电平，接收到信号时为高电平。
当然，不同接收模块的性能不尽相同，如果读者在制作时候遇到此类现象，不妨可以试试笔者的方法；
接收模块全貌图接收模块焊去电阻处
3、发射模块和接受模块的天线可以选用（1/4λ）23.8cm左右的硬质的铜线，在铅笔上缠成螺旋形并适当拉长即可。
天线有一定的方向性，这与接收到的信号强弱有很大的关系；
4、由于本代码未涉及精确的延时，对AVR熔丝位编程时选择使用内部RC振荡8M即可。
AVR系列单片机与51系列的单片机端口结构不同，它的输入输出的转换需要通过修改寄存器（DDRx）来实现，因此读写时需分清端口的方向。
在本电路中，笔者只用了PD3（接PS2的CLK）和PD4（接PS2的DATA）两个端口，利用PD3检测PS2的时钟下降沿产生中断，并按Bit读取PS2的串行数据。
当然读者也可以进行修改以适用更加小巧的AVR单片机甚至贴片封装的单片机。
5、笔者的PC端软件采用C#开发，属于.net环境下的应用程序。
考虑到该鼠标制作的简易性，笔者对数据处理时并未采取驱动开发的方式，而是采用了简单易懂的鼠标API控制函数对鼠标进行控制，能够较好地满足鼠标控制的需求。
软件界面如下：
图10无线鼠标PC端软件
部分读者遇到双击提示错误无法运行的情况时，可以尝试安装微软的FrameWork2.0环境，其下载地址为：
6、如果有需要用到PL2303HX代替MAX232芯片，则需在PC上安装驱动，详情请参照本刊2008年5月刊中的《常用USB转串口芯片介绍》一文。
制作的图片如下所示：
发射部分电路接收部分电路
发射电阻组装完成接收电路组装完成
综述
本文利用Mega8完成了鼠标移动数据的读取与PC机通信数据的传送，其实质为PS/2到TTL232协议的转换，有兴趣的读者可以使用更加小巧、低电压的芯片进行改造，使结构更加合理，外观更加美观。
笔者将包含鼠标定位点的串口数据包使用无线收发模块为媒介，实现了无线数据传送和接受，从而完成了无线鼠标的制作，从通用性和易用性上说，具有广泛的应用价值。
然而笔者的设计仍然有诸多不完善的地方，有兴趣的读者可以发送邮件bsgd_hhxy_0919@一起进行讨论研究。
鼠标器是用来产生控制屏幕光标移动的一种装置，是计算机最重要的外部输入设备之一，可用于人机会话的图形系统。
鼠标器和计算机之间有一根连线，并且需要在桌面（鼠标垫）上进行操作。
在使用计算机和大屏幕投影机作多媒体教学时，由于鼠标器操作的牵制，会使教员的教学活动受到限制，不利于教学双方的交流。
本文介绍的一种红外遥控鼠标器，用红外线取代了鼠标器和计算机之间的连线，用按键控制光标的移动，解决了上述鼠标器使用不便的问题。
机械式鼠标器的工作原理
为了说明红外线遥控鼠标器的工作原理，有必要先讲一下普通鼠标器的工作原理。
鼠标器按其工作原理可分为机械式和光电式两种，最常见的是机械式鼠标器。
现在的机械鼠标器实际上是光机鼠标器，即将滚轮的机械转动转换成光信号，再变为电信号。
下面以这种鼠标器为例说明其工作原理。
在机械式鼠标器底部有一个露出一部分的塑胶小球,当鼠标器在操作桌面上移动时，小球随之转动，在鼠标器内部装有三个滚轴与小球接触，其中有两个分别是X轴方向和Y轴方向滚轴，用来分别测量X轴方向和Y轴方向的移动量，另一个是空轴，仅起支撑作用。
拖动鼠标器时，由于小球带动三个滚轴转动，X轴方向和Y轴方向滚轴又各带动一个转轴（称为译码轮）转动。
译码轮（见图1）的两侧分别装有红外发光二极管和光敏传感器，组成光电耦合器。
光敏传感器内部沿垂直方向排列有两个光敏晶体管A和B，如图2所示。
由于译码轮有间隙，故当译码轮转动时，红外发光二极管发出的红外线时而照在光敏传感器上，时而被阻断，从而使光敏传感器输出脉冲信号。
光敏晶体管A和B被安放的位置使得其光照和阻断的时间有差异，从而产生的脉冲A和脉冲B有一定的相位差，利用这种方法，就能测出鼠标器的拖动方向。
也就是说，脉冲A比脉冲B的相位提前时，表示一个移动方向；反之，脉冲B比脉冲A的相位提前时，表示另一个移动方向。
同时，脉冲信号周期也能反映出移动速度。
检测到的X轴方向和Y轴方向移动的合成即代表了鼠标器的移动方向。
将上述电信号重新编码后形成串行信号，再通过串行口COM1或COM2输入计算机，计算机即可判断鼠标器的移动方向。
由以上的叙述可以得出结论：
如果给X轴方向和Y轴方向光敏传感器的输出端送入两组脉冲信号，控制每一组脉冲的相位差即能达到与拖动鼠标器相同的作用。
本文介绍的红外线遥控鼠标器正是根据这一原理设计的。
红外线遥控鼠标器的工作原理
红外线遥控鼠标器由红外发射器和红外接收器两部分组成，其原理方框图如图3所示。
红外发射器电路如图4所示。
IC1为编码器集成电路VD5026，和它配对的译码器集成电路为VD5027或VD5028。
VD5026的1～8脚为地址端A0～A7，10～13脚为数据端D0～D3（和VD5028配合使用时可作地址端A8～A11），17脚为编码信号输出端，其输出信号对IC2A、IC2B等组成的40kHz脉冲发生器的信号进行调制。
调制后的脉冲信号经IC2C、IC2D后由VT1推动红外发光二极管VD5、VD6发射红外线。
IC2C、IC2D有缓冲和整形的作用。
R5为编码器VD5026的振荡电阻，它和配对的解码器VD5027的振荡电阻应该取相同的阻值，以保证时钟频率一致，否则将不能译码。
数据端D0～D3的电平决定了鼠标器的移动方向和左、右键的工作状态，其电平受S1～S6的控制，其中S1、S2控制X轴方向的正向和反向移动，S3、S4控制Y轴方向的正向和反向移动，S5、S6分别为鼠标器的左、右控制键。
所按的键同D0～D3电平和工作状态的关系见附表。
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附表
按键
D0
D1
D2
D3
工作状态
S1
1
0
0
0
X轴正方向移动
S2
0
1
0
0
X轴负方向移动
S3
0
0
1
0
Y轴正方向移动
S4
0
0
0
1
Y轴负方向移动
S1、S3
1
0
1
0
X轴正方向移动、Y轴正方向移动
S1、S4
1
0
0
1
X轴正方向移动、Y轴负方向移动
S2、S3
0
1
1
0
X轴负方向移动、Y轴正方向移动
S2、S4
0
1
0
1
X轴负方向移动、Y轴负方向移动
S5
1
1
0
0
鼠标器左键
S6
0
0
1
1
鼠标器右键
由表1可以看出，通过按键即可对鼠标器进行各种操作，例如要使鼠标器向左上方移动，可先按S2向左移动，再按S3向上移动，也可以同时按S2、S3直接向左上方移动。
红外线接收器电路如图5所示。
CX20106是红外遥控接收集成电路，它由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、峰值检波器和整形电路等组成。
VD1输入IC1的红外信号，经过解调后由7脚输出，再由IC3F反相后得到与VD5026的17脚输出相同的编码信号。
此信号通过VD5027的14脚输入，由于VD5027的地址码A0～A7和发射器VD5026的地址码A0～A7相同（都设置为低电平），所以VD5027能对与其相连的编码信号进行正确解码，其结果是能使VD5027的D0～D3输出与VD5026的D0～D3相同的电平，从而完成相应的动作。
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。
IC3的各有关脚的输出波形见图6，从图中可以看出，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。
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7所示。
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S1后，接收器IC2的D0端输出高电平，使“与”门IC4D的13脚为高电平，而IC2的D1端为低电平，使IC5D的11脚为高电平，这样就使从IC4D的11脚输入的脉冲信号得以从IC5D的11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S2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。
当S1、S2均不按下时，IC2的D0、D1端均为低电平，
IC5D的11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。
相关点的脉冲信号波形见图8。
如果按下发射器的S5，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10脚、IC4D的11脚输出相位相反的脉冲信号，在任一时刻IC5D的12、13脚均有一端为低电平，从而使IC5D的11脚输出高电平，因此按S5不会使光标产生X方向的移动。
对于控制光标沿Y轴方向移动和控制鼠标器右键，其工作原理可依此类推。
安装和调试
主要元器件的型号和参数在图4、图5中均己标注。
安装和调试的一个很重要的工作是用于改装的鼠标器的选择，笔者用作试验的鼠标器是美上美机械鼠标器。
根据图5所示电路的要求，鼠标器的集成电路必须为正电压供电（相对于地），左、右键控制信号必须为低电平有效，即不按键时控制端对地为正电压。
满足以上两个条件的机械鼠标器均可使用。
下面以美上美机械鼠标器为例具体说明接线方法。
先拆掉X轴、Y轴方向的光敏传感器（鼠标器中光敏传感器为三个引脚，红外发光二极管为两个引脚）及左、右键按钮开关，将图5中P1的7、8脚的连线和鼠标器电路板的地相连，X轴方向的光敏传感器有三个安装孔，其中一个为公共端，另两个为信号输出端，这两个输出端分别接P1的③脚和④脚，Y轴方向的连线与此类似。
调试时，按下S1，如光标向相反的方向即X轴负方向移动，只要调换一下和鼠标器电路板相连接的P1的3、4脚的线即可；按下S3，如光标向相反的方向Y轴负方向移动，只要调换与鼠标器电路板相连的P1的1、2脚即可。
X轴、Y轴正方向正确了，负方向也就自然正确了。
为了制作和使用方便，可将鼠标器的电路板拆下，与接收器的电路板装在一个盒子里。
如果用其它机械鼠标器进行改装，接收器部分的控制电路可能要作适当改动。
如果图片看不完整请你将图片保存后观看（鼠标放在图片上按右键选择图片另存为即可保存到你的电脑观看完整图片）
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无线鼠标背后的设计思路
作者：
CarlBra…
文章来源：
电子产品世界3月上月点击数：
1219更新时间：
2006-9-2117:
03:
48
假如真的能够进入PCHID（人机接口装置）制造商的大脑,你就会发现里面包含着进入无线世界时需要考虑的关键RF要求,即：
成本、工作范围、功率、延迟、干扰、共置和易用性。
本文将向设计师提供用于对PCHID装置评估各项无线技术因素的准则。
成本
PCHID市场对成本极为敏感。
材料费用每增长半个美分都会斤斤计较,对组装成本的关注程度也毫不逊色。
因此,对于实现鼠标的无线化所增加的元器件的质量和数量需给予缜密的思考。
为了处理用于RF装置的数字逻辑电路,HID开发人员是否仍可采用相同的经济型微控制器,还是必须升级为更高性能的微控制器？
无线协议需要的存储器是否超出微控制器中已有的存储器,还是需要采用外部快闪存储器？
对于晶体、天线、RF滤波器和前端有什么要求？
印制电路板（PCB）需要增加多少元器件或电路板需要增加几层,这些对制造和组装成本产生怎样的影响？
虽然采用无线技术的好处显而易见,但是,给鼠标增加RF的内容绝不仅限于最终出现在鼠标PCB上的器件。
还应考虑增加一个过去并不需要的无线适配器。
实现无线化所承担的费用当中还包括一些新增添的附件,比如鼠标用的电池（适配器通常由USB或PS/2总线来供电）,而且在大多数场合中还包括一张带软件驱动程序的CD盘（对于有线鼠标而言这也不在成本考虑之列）。
多媒体环境要求更远的
工作距离
迅速兴起的PC多媒体娱乐环境配备了屏幕尺寸更大、清晰度更高的监视器,使得消费者能够端坐在距离计算机系统越来越远的地方,这是传统的台式电脑环境所做不到的。
因此,该工作距离必须能够实现超过5米USB电缆（或3米非屏蔽电缆）的可靠无线连通性。
在此空间内常用的27MHz无线设备的作用距离仅为1~2米。
采用2.4GHz技术后,无线设备的工作距离可以很容易扩展至10米以外。
在家庭影院环境中,大型等离子体屏幕使得人们能够坐在距离显示画面更远一些的地方。
优良的2.4GHz技术消除了与大型等离子显示器一道使用的视听元件的视线距离的限制要求,因此用户不必打开电视柜门让IR（红外线）遥控器来切换电视频道。
功率
在电路板级上,功率是以消耗的电流来衡量的,但是在系统级上,功率指标的优劣则直接反映为电池使用寿命。
无线鼠标的电池使用寿命的长短与最终用户满意度成正比。
如果不得不每两个月就更换一次电池,则会对最终用户其继续在无线鼠标上投资的愿望产生负面影响。
在评估功率要求时,HID设计师不但要考虑LED传感器、应用微控制器和无线IC等硬件元件,还应考虑所采用的无线协议。
相比事件驱动的无线协议或不发射的协议而言,始终处于“发送”状态的无线协议的电池耗电速度要快得多。
关于电源,一个与手掌贴合得很好并要求可用同一只手灵活操纵的鼠标在装入两节以上的AA碱性电池而变重时,将不会对操作做出快速反应,而且不够轻快。
于是,你能够给鼠标提供的功率的大小也是面临的一项难题。
延迟
最佳的端到端无线系统延迟会直接转换为可接受的最终用户性能。
如果从单击鼠标左键到屏幕上弹出一个窗口之间存在一个明显的延迟,或者难以控制的鼠标指针在屏幕上跳动,那么消费者将会带着对无线产品的强烈不满而重又回到使用有线产品的老路上去。
典型有线系统的总系统延迟为12~20ms。
这就是信号从附接设备传送至PC的CPU所花费的时间。
采用无线技术后延迟有所增加,原因是信号还必须从无线装置传送至无线适配器。
在无线传送的过程中,你应确保增加的延迟维持在最低限度内。
运用特定的无线技术可使无线延迟只增加4ms,最终用户基本上察觉不到。
干扰与共处
对来自共享频段的其他技术的干扰抵御能力也是极为重要的,因为它也会影响到最终用户性能。
在2.4GHz频段内具备可靠抗干扰能力就意味着能够与802.11b/g、蓝牙、无线USB以及大量无绳电话和微波炉的共存。
随着无线外设市场开始起步,无线技术也将迅速地从家庭进入校园、办公室和商业设施。
通道可用性以及用于确保多个相似的无线设备共处的智能编码方案是非常重要的。
在小间隔环境内,在一个相邻隔板之间就有4个相距仅几米的无线适配器的情况并不鲜见。
如果在相邻间隔内你的同事开始使用无线鼠标来删除你的文件,就可能导致灾难性故障。
解决干扰问题并实现多部设备邻近工作的最佳途径就是采用一个同时具有直接顺序扩频（DSSS）和跳频扩频（FHSS）传输电路的无线装置。
DSSS可确保数据鲁棒性,而FHSS则使得无线信号能够在干扰变得过大时立即“跳跃”至一个新的信道。
易用性
易用性的高低应该从设计和最终用户两个角度来看待。
如果PCHID设计师需要花费数月的时间来开发用于无线产品的驱动程序,抑或是为了增加工作距离而被迫采用复杂天线布局的专门技术,那么将不可避免地使开发周期延长。
同样,从消费者的角度来看,如果无线鼠标的安装步骤较为繁琐,最终用户将很有可能感到极不方便,从而导致大量困惑不解的用户呼叫使客户服务电话应接不暇。
应当找寻一种基本上是即插即用的无线技术。
如果你不必编写设备驱动程序、编制设备文档或软件堆栈这些工作,就能够显著地加快产品的上市时间。
结语
无线技术在向PC-HID市场的渗透推广过程中已经取得了一些进展。
预计至2007年,市场上1/4的PC-HID装置都将是无线式的。
对上述准则稍加留意将有助于确保你在设计一款成功的无线产品时不致误入歧途。
■（作者来自于赛普拉斯半导体公司个人通信部）
51兼容射频SocnRF9E5与无线光机鼠标设计
【摘 要】本文首先比较详细、系统地介绍了最新51兼容射频SoCnRF9E5的片内微控制器和其它功能模块；然
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