基于2.4GHz射頻通信的多功能鼠標(biāo)設(shè)計(jì)

歡迎進(jìn)入IT技術(shù)社區(qū)論壇，與200萬技術(shù)人員互動(dòng)交流 >>進(jìn)入 多功能無線鼠標(biāo)包括無線發(fā)射部分和無線接收部分，其中發(fā)射部分是關(guān)系到其總體性能好壞的關(guān)鍵部分。本系統(tǒng)以nRF24L01為核心構(gòu)建無線發(fā)射模塊。 nRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于2．4～2．

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　　多功能無線鼠標(biāo)包括無線發(fā)射部分和無線接收部分，其中發(fā)射部分是關(guān)系到其總體性能好壞的關(guān)鍵部分。本系統(tǒng)以nRF24L01為核心構(gòu)建無線發(fā)射模塊。

　　nRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于2．4～2．5 GHz ISM頻段；內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。nRF24L01功耗低，在以0 dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有11．3 mA；接收時(shí)，工作電流只有12．3 mA；多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。

　　多功能無線鼠標(biāo)是一款使用電池供電的手持設(shè)備，功耗是衡量其性能的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)所選用的主控芯片是MSP430F413，它是一種16位超低功耗的混合信號處理器，在活躍模式下最大電流為350μA，RAM數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅0．1μA。光傳感器芯片選用ADNS-5030。這款芯片體積小，功耗低，在工作模式下，它的工作電流最大為17 mA；僅在光傳感器工作的時(shí)候，LED才被點(diǎn)亮，這樣會(huì)使光傳感器的功耗進(jìn)一步下降(小于1 mA)。

　　本文在介紹多功能無線鼠標(biāo)發(fā)射部分開發(fā)過程的同時(shí)，對其設(shè)計(jì)應(yīng)用中的注意事項(xiàng)和優(yōu)化方法作了相應(yīng)的論述。在設(shè)計(jì)過程中，多注意細(xì)節(jié)和優(yōu)化方法可使設(shè)計(jì)更加順利，并為大規(guī)模算法提供有效的時(shí)間。

　　1 硬件電路設(shè)計(jì)

　　多功能無線鼠標(biāo)發(fā)射部分主要實(shí)現(xiàn)光傳感器位移、按鍵鍵值的采集，并通過無線發(fā)射給接收器。主要由控制部分、光傳感器部分、鼠標(biāo)按鍵和鍵盤部分以及無線發(fā)射部分組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　1．1 無線發(fā)射部分

　　無線發(fā)射部分是多功能無線鼠標(biāo)的主要部分，本設(shè)計(jì)以nRF24L01為核心構(gòu)建無線發(fā)射模塊。

　　nRF24LOl具有無條件使用2．4 GHz全球開放ISM頻段，內(nèi)置硬件CRC檢錯(cuò)和一點(diǎn)對多點(diǎn)通信地址控制等特點(diǎn)，數(shù)據(jù)傳輸率為2 Mb／s，126個(gè)頻道；能滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信的需要；功耗低，供電電壓為1．9～3．6 V，待機(jī)模式下工作電流為22μA，掉電模式下僅為900 nA。這些是nRF24L01的主要優(yōu)點(diǎn)。

　　無線發(fā)射部分的電路原理如圖2所示。

　　1．2 電源管理

　　手持系統(tǒng)對低功耗有較嚴(yán)格的要求。MSP430系列單片機(jī)有5種低功耗模式。在一定時(shí)間內(nèi)無操作的情況下，可以使其進(jìn)入某一種低功耗模式，這時(shí)的工作電流可以控制在十幾μA以下。

　　對于外圍器件，如光傳感器和無線發(fā)射部分，設(shè)置了一個(gè)開關(guān)，在主控芯片進(jìn)入低功耗模式之前先切斷它們的電源，使系統(tǒng)的功耗進(jìn)一步降低。而在有操作到來的時(shí)候，主控芯片從低功耗模式返回到活躍模式，首先將外圍器件的電源開關(guān)打開，這樣可以保證系統(tǒng)正常工作。低功耗電源控制電路如圖3所示。開關(guān)由一個(gè)PNP型的晶體管構(gòu)成，基極作為控制信號的輸入，發(fā)射極為電壓輸入，集電極為電壓輸出。控制信號的電平變化可以控制線路上電源的通斷。

　　1．3 光傳感器部分

　　光傳感器ADNS-5030用于鼠標(biāo)的定位。ADNS-5030的正常工作電壓為3．3 V，在光傳感器的設(shè)計(jì)中需要將電池供電輸出的3．O V電壓轉(zhuǎn)換成其所需要的3．3 V電壓。電路采用HT7733芯片來完成電壓的轉(zhuǎn)換。ADNS-5030通過SPI總線與主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，其連接方式如圖4所示。

　　1．4 按鍵與鍵盤

　　多功能無線鼠標(biāo)的按鍵與普通鼠標(biāo)的按鍵功能基本相同，只是將普通鼠標(biāo)的滾輪(wheel)改成了上下鍵的設(shè)計(jì)。這兩種設(shè)計(jì)的功能是相同的。鍵盤用于阿拉伯?dāng)?shù)字、字母以及各種功能鍵的輸入。采用矩陣式的手機(jī)鍵盤，節(jié)省了主控芯片的I／O口資源。

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