无线鼠标的设计与实现.doc

毕业设计（论文）任务书 无线鼠标的设计与实现摘要：将机械鼠标的滚动动作和左右键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。关键词：无线鼠标；发射；接收abstract：the mechanical mouse movements will roll around, and the key operation, convert switch signals produced by square-wave circuit inside the torque-current signal instead of photosensitive sensor mouse, with corresponding pulse signal switching action can realize the mouse cursor movement and the mouse operate single strike! and sending and receiving circuit instead of mouse lines, can realize the mouse control.keywords: wireless ;mouse; launch目 录1.方案论证11.1总体方案论证11.1.1方案一11.1.2方案二11.2发射模块和接收模块的电路的实现方案11.2.1方案一11.2.2方案二31.2.3方案三41.2.4方案四41.2.5方案五41.2.6方案比较61.3鼠标按键的方案72.工作原理82.1遥控发射电路82.2无线接收和译码电路82.3方波电路的设计82.4控制门电路93.安装与调试113.1所用的仪器、仪表113.2调试方法和步骤113.3调试中出现的故障和解决方法：114.所用元器件列表及电路改进124.1所用元器件124.2电路改进12结束语13参考文献14- 无线鼠标的设计与实现 1.方案论证1.1总体方案论证1.1.1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。考虑到时间和难度的问题，没有选择此方案。 1.1.2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11。选择此方案。图11 发射与接收示意图1.2发射模块和接收模块的电路的实现方案1.2.1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。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，如图1-2以及图1-3。图12 发射模块f05原理图图13 接收模块j05c原理图1.2.2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1-4和1-5。1.2.3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。1.2.4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1-6。图16 无线鼠标的设计功能图1.2.5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。天线采用1/4单极天线，布在印制板上。如图1-7。4- 无线鼠标的设计与实现 图17 nrf24e1实现3键3轴无线鼠标电路图1.2.6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。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。所以为了完善无线鼠标的设计我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，因为我对软件方面的知识不是很精通，所以放弃方案三。至于方案五，因为是新技术，我很想尝试着做一下，但是目前市场还没有此芯片的出售，所以我只好放弃。 最后，我综合上述各种方案，确定了我的发射接收模块： 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1-8发射、编码电路以及图1-9接收、译码电路。图18 发射、编码电路图图19 接收、译码电路图1.3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k1k4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。如表1-1。表1-1 鼠标按键的功能分析按键d0d1d2d3工作状态a1000x轴正方向移动d0100x轴负方向移动c0010y轴正方向移动b0001y轴负方向移动ad1100鼠标器左键bc0011鼠标器右键2.工作原理2.1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18脚为地址端a0a7，1013脚为数据端d0d3。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210vpf，振荡器频率可变范围约为260300mhz。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d0d3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k1k4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。2.2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d0d3输出，去控制鼠标，从而完成全部遥控过程。2.3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1100hz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1100hz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。如图2-1。图21 方波产生原理图 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(1100hz)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。2.4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的脚输出脉冲为基准，则脚输出脉冲相位超前，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、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，、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，、脚接鼠标器的左、右键的接点，连接电路如图2-2所示。图22 按键连接原理图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、脚输出给鼠标器的脉冲信号为脚相位超前，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、脚输出给鼠标器的脉冲信号为脚相位滞后，光标向x轴负方向移动。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的脚没有脉冲信号输出，虽然这时p1的脚有脉冲信号输出，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。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。3.安装与调试3.1所用的仪器、仪表直流稳压电源 yb1732a3a 江苏杨中市绿扬电子厂示波器 tds1002 泰克科技（中国）有限公司数字式万用表 ut2000系列 优德力科技（深圳）有限公司3.2调试方法和步骤 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，我们用作试验的鼠标器是北斗星简易机械鼠标器。根据原理图所示电路的要求，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高电平有效，即不按键时控制端对地为负电压。满足以上两个条件的机械鼠标器均可使用。我们的接线方法是这样的：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、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，置空；另两个为信号输出端，这两个输出端分别接p1的脚和脚，y轴方向的连线与此类似。调试时，按下遥控器的a，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、脚的线即可；按下d，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、脚即可。x轴、y轴正方向正确了，负方向也就自然正确了。3.3调试中出现的故障和解决方法（1）方波发生电路的输出的方波波形一直是与理论值一致的，但是经过移相电路后，两者波形的相位差不是足够的大；虽然那个相位差也能够驱动鼠标的移动，但是鼠标移动速度比较慢。于是我们检查方波发生电路，调节可变电阻的值，发现当可变电阻值为零时，鼠标移动速度是最快的。这个最快的移动速度是我们可以接受的，于是我们就将可变电阻短路，使鼠标的移动保持那个最快的速度。（2）遥控器的上下左右键单击时，鼠标会跳动，跳动的距离是一定的，所以要选择某一图标时，会很难正对准那个图标，从而选中。我们分析，这可能与遥控器的按键有一定的延时和方波脉冲的间隔有关，我们目前还没有找到有效的解决方法。（3）用遥控器控制鼠标的运动，所以用起来没有普通鼠标顺手，而且只能单纯的上下左右的移动。如果加上左上、左下、右上、右下控制键，或许会简单一些，但是那样的话编码方案会比较麻烦。因为时间问题，我们没有做出来！4.所用元器件列表及电路改进4.1所用元器件反相器cd4069（一片）、4ls08 （两片）、74ls04（一片）、与非门4011（一片）、发射模块（编码器pt2262）（一片）、接收芯片pt2272（一片）、lm358（一片）；电阻、电容、 三极管 、 发光二极管 、开关等若干。4.2电路改进1可以考虑在鼠标输出端口接发射电路，然后在ps/2口或usb口接接收电路。这样就需要了解ps/2或usb口的协议，也要考虑写驱动程序！2用单片机控制电路消除鼠标的按键抖动，鼠标移动就相对易于控制。3鼠标的按键改进方案，可设为： 鼠标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控制鼠标的左键， s6控制鼠标的右键。这种方案通过按键即可对鼠标进行各种操作。如要使鼠标向左张上方移动，可先按s2向左移，再按s3向上移动，也可以同时按s2、s3直接向左上方移动。如表4-1。表41 鼠标按键功能改进 按键d0d1d2d3工作状态s11000x轴正方向移动s20100x轴负方向移动s30010y轴正方向移动s40001y轴负方向移动s1、s31010x轴正方向移动、y轴正方向移动s1、s41001x轴正方向移动、y轴负方向移动s2、s30110x轴负方向移动、y轴正方向移动s2、s40101x轴负方向移动、y轴负方向移动s51100鼠标器左键s60011鼠标器右键结束语在毕业设计过程中，我们将所学的专业理论知识与实际开发结合起来，理论联系实际，提高了专业技能。大量的查阅资料，对专业知识有了更深入的理解和认识，拓展了知识面。从课题立项、方案论证、理论设计、线路图绘制、制版设计。全面了解和掌握了课题开发的基础方法和步骤，进一步学习了单片机、plc、模拟电子、数字电子、传感器、cad等专业知识。并且在原有计算机理论与操作的基础上，巩固了对办公软件及ewb软件的应用。为以后的实际工作打下了良好的基础。感谢我系里的各位领导，对我的照顾，并在我们论文制作和课题制作上提供的大量便利，为我们提供优秀的指导教师和完善的试验场地。同时也要感谢学校的各级领导，正因为有他们的正确领导，学校的图书馆才得以建立的那么完善，让我从中查到了大量的知识。另外同学们都给我了巨大的鼓励！论文完成过程中，同学们互相鼓励，互相帮助，互相分享资源，探讨论文，空前团个终点，又是另外一个起点！吃水不忘挖井人，我将铭记大家对我的帮助，以后更好的为人民为社会服务！在毕业设计即将完成之际，谨向我的指导老师杨思俊老师表示最衷心的感谢！感谢谭老师在本次毕业设计中给予的悉心指导和耐心帮助。在此并向课题设计过程中给予帮助的同学