無線光機鼠標設計(51兼容射頻Soc nRF9E5)

2.5 AD轉換器

nRF9E5片內有10位ADC，AD轉換參考電壓可以通過軟件設置在AREF和1.22V之間(內部參考電壓)。AD轉換器的4個輸入可通過軟件進行選擇，通道0到3可以把對應引腳AIN0到AIN3上的電壓值分別轉換為數字值，通道4用于對nRF9E5工作電壓的監控。AD轉換器默認工作于 10位方式，可通過軟件使其工作于6位、8位或12位方式。

2.6 射頻收發器

nRF9E5收發器通過內部并行口或內部SPI口與其它模塊進行通信，具有同單片射頻收發器nRF905相同的功能。DuoCeiver接收器輸出的數據準備信號，可通過程序使其為微處理器的中斷或通過GPIO口的傳給CPU。

nRF9E5工作于433/868/915 ISM頻段。收發器由一個完整的頻率合成器、一個功率放大器、一個調節器和兩個接收器組成。輸出功率、頻道和其它射頻參數可通過對特殊功能寄存器 RADIO（0xA0）編程進行控制。發射模式下，射頻電流消耗僅為11mA，接收模式下為12.5mA。為了節能，可通過程序控制收發器的開/關。

3. 無線鼠標的基本知識[2]

　　無線鼠標的基本功能和普通鼠標相同，唯一的區別是無線鼠標通過無線方式傳送鼠標信息給PC機，而普通鼠標是通過電線。這意味著無線鼠標檢測鼠標移動和按鍵信息的方法和普通有線鼠標一樣，也是用開關來檢測按鍵，用球和滾軸來檢測鼠標的移動。無線鼠標使用電池供電，所以應該盡量考慮節能問題，盡量用最少的次數就能把檢測到的鼠標信息發送到PC機。無線鼠標在PC機處還應有一個接收器，一般該接收器是通過USB接口或串口與PC機相連，目前發展的趨勢是采用USB接口。

4. 無線光機鼠標方案

　　無線光機鼠標器，即將滾輪的機械轉動轉換成光信號，然后變為數字電信號再通過無線的方式發送給和PC機相連的接收器。無線光機鼠標器底部有一個露出一部分的塑膠小球,當鼠標器在操作桌面上移動時，小球隨之轉動，在鼠標器內部裝有三個滾軸與小球接觸，其中有兩個分別是X軸方向和Y軸方向滾軸，用來分別測量X軸方向和Y軸方向的移動量，另一個是空軸，僅起支撐作用。拖動鼠標器時，由于小球帶動三個滾軸轉動，X軸方向和Y軸方向滾軸又各帶動一個轉軸（稱為譯碼輪）轉動。譯碼輪(見圖2)[3]的兩側分別裝有紅外

圖2　譯碼輪和光敏傳感器工作原理

發光二極管和光敏傳感器，組成光電耦合器。光敏傳感器內部沿垂直方向排列有兩個光敏晶體管A和B。由于譯碼輪有間隙，故當譯碼輪轉動時，紅外發光二極管發出的紅外線時而照在光敏傳感器上，時而被阻斷，從而使光敏傳感器輸出脈沖信號。光敏晶體管A和B被安放的位置使得其光照和阻斷的時間有差異，從而產生的脈沖A和脈沖B有一定的相位差，利用這種方法，就能測出鼠標器的拖動方向。塑膠小球的移動帶動滾軸轉動，滾軸每轉動一個小角度，鼠標位置計數器加1，每隔一定時間，nRF9E5就把鼠標位置計數器的值讀出，通過計算得出鼠標移動的位移，再把位移信息發送給PC機。

鼠標的按鍵是典型的開關，每個開關和nRF9E5的一個GPIO口相連。與開關相連的GPIO口配置為輸入狀態，并通過外部上拉電阻把其置高。按鍵在被按下的時候可能會出現抖動，所以在軟件設計的時候一般要考慮到去抖動，一般的方法是延時15-25ms再去檢測按鍵。一般的鼠標按鍵有：左鍵、中鍵和右鍵。系統原理圖如圖3所示。

射頻部分基于nRF9E5設計，系統晶振為16MHz，EEPROM存儲程序，使用nRF9E5的ShockBurstTM工作方式發送鼠標信息包。ShockBurstTM工作方式在芯片硬件設計時就已經考慮到節能，因此使用該工作方式可以延長電池壽命。

5. 無線光機鼠標電池壽命算法[2]

5.1工作狀態分析

　　無線光機鼠標中，最耗電是紅外發光二極管，而不是射頻收發部分，因此，要使發光二極管盡量少耗電并且鼠標又能正常工作。下文給出一個節電的方法，首先把發光二極管的工作狀態分為以下三種：

　　狀態1：鼠標在移動并且要求以最大的精確度測出移動信息。此狀態下，tledon=10us，tkedoff=200us，每隔10ms，鼠標信息被精確算出并發送給PC機。

　　狀態2：鼠標剛剛被用過但現在不用。此狀態下tledon=10us，tledoff=25000us。當用戶再次拖動鼠標時，也不會感覺得出25000us的短延時。鼠標從狀態1進入狀態2一般應在5ms左右，當鼠標檢測到移動時，應立刻從狀態2進入狀態1。

　　狀態3：當鼠標很長時間沒用時，進入狀態3。此狀態下tledon=10us，tledoff=100000us。同樣，很久沒有使用之后再次拖動鼠標時，用戶感覺不出來100000us的延時。一旦檢測出鼠標被移動時，鼠標應該馬上進入狀態1，從狀態2進入狀態3一般要1到2分鐘。