基于2.4GHz射频通信的多功能鼠标设计.doc

《基于2.4GHz射频通信的多功能鼠标设计.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于2.4GHz射频通信的多功能鼠标设计引言多功能无线鼠标包括无线发射部分和无线接收部分，其中发射部分是关系到其总体性能好坏的关键部分。本系统以nRF24L01为核心构建无线发射模块。nRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4～2.5GHzISM频段；内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低，在以0dBm的功率发射时，工作电流只有11.3mA；接收时，工作电流只有12.

2、3mA；多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。多功能无线鼠标是一款使用电池供电的手持设备，功耗是衡量其性能的一个重要标准。本设计所选用的主控芯片是MSP430F413，它是一种16位超低功耗的混合信号处理器，在活跃模式下最大电流为350μA，RAM数据保持方式下耗电仅0.1μA。光传感器芯片选用ADNS-5030。这款芯片体积小，功耗低，在工作模式下，它的工作电流最大为17mA；仅在光传感器工作的时候，LED才被点亮，这样会使光传感器的功耗进一步下降(小于1mA)。本文在

3、介绍多功能无线鼠标发射部分开发过程的同时，对其设计应用中的注意事项和优化方法作了相应的论述。在设计过程中，多注意细节和优化方法可使设计更加顺利，并为大规模算法提供有效的时间。1硬件电路设计多功能无线鼠标发射部分主要实现光传感器位移、按键键值的采集，并通过无线发射给接收器。主要由控制部分、光传感器部分、鼠标按键和键盘部分以及无线发射部分组成。系统框图。1.1无线发射部分无线发射部分是多功能无线鼠标的主要部分，本设计以nRF24L01为核心构建无线发射模块。nRF24L01具有无条件使用2.4GHz全球开放

4、ISM频段，内置硬件CRC检错和一点对多点通信地址控制等特点，数据传输率为2Mb／s，126个频道；能满足多点通信和跳频通信的需要；功耗低，供电电压为1.9～3.6V，待机模式下工作电流为22μA，掉电模式下仅为900nA。这些是nRF24L01的主要优点。无线发射部分的电路原理。1.2电源管理手持系统对低功耗有较严格的要求。MSP430系列单片机有5种低功耗模式。在一定时问内无操作的情况下，可以使其进入某一种低功耗模式，这时的工作电流可以控制在十几μA以下。对于外围器件，如光传感器和无线发

5、射部分，设置了一个开关，在主控芯片进入低功耗模式之前先切断它们的电源，使系统的功耗进一步降低。而在有操作到来的时候，主控芯片从低功耗模式返回到活跃模式，首先将外围器件的电源开关打开，这样可以保证系统正常工作。低功耗电源控制电路。开关由一个PNP型的晶体管构成，基极作为控制信号的输入，发射极为电压输入，集电极为电压输出。控制信号的电平变化可以控制线路上电源的通断。1.3光传感器部分光传感器ADNS-5030用于鼠标的定位。ADNS-5030的正常工作电压为3.3V，在光传感器的设计中需要将电池供电输出的3

6、.0V电压转换成其所需要的3.3V电压。电路采用HT7733芯片来完成电压的转换。ADNS-5030通过SPI总线与主控芯片进行数据通信，其连接方式。1.4按键与键盘多功能无线鼠标的按键与普通鼠标的按键功能基本相同，只是将普通鼠标的滚轮(wheel)改成了上下键的设计。这两种设计的功能是相同的。键盘用于阿拉伯数字、字母以及各种功能键的输入。采用矩阵式的手机键盘，节省了主控芯片的I／O口资源。2软件部分设计2.1通用I／O模拟SPI接口无线发射芯片nRF24L01和光传感器ADNS-5030均是采用SPI

7、总线与主控芯片进行数据交换的。出于成本考虑，本设计所选用的主控芯片MSP430F413内部没有SPI总线接口，因此，需要用通用I／O口来模拟SPI接口。用通用I／O口来模拟SPI串行接口，必须严格遵守器件SPI的总线时序。ADNS-5030的SPI总线时序有几个需要注意的地方：一是SPI总线的串行时钟频率应小于1MHz，若SPI总线的时钟频率过高，器件无法在短时间内作出响应，相应的操作也就无法完成；二是ADNS-5030对SPI总线上的时钟信号要求50％的占空比，这种要求并不是针对所有器件的，但对具体提

8、出这种要求的个例，就必须遵循了(实验证明这个结论是正确的，笔者通过在程序中加空指令的方式来填补空缺，使其占空比达到器件的要求)；三是SPI总线操作中有许多必要的延时，如读操作中写地址和读数据之间需要4μs的延时，程序中若无该延时，就不能执行正常的读写操作。2.2无线发射部分nRF24L01的工作原理如下：发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式，接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF