利用单片机自制无线鼠标

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。

设计任务和要求：实现鼠标的长距离（1—50米）遥控。其中的电路设计包括发射模

块（含编码电路）、接收模块（含解码电路）、方波发生电路和开关电路等等电路的设计及它们之间的连接、匹配。

一．无线鼠标电路的设计和实现

1．总体方案论证：

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，如下图。考虑到时间和难度的问题，没有选择此方案。

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，如下图。选择此方案。

2．发射模块和接收模块的电路的实现方案:

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。

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：

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。

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：

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。如下图：

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，且目前在武汉市我们还没有找到该模块的出售处。

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

鼠标的设计我们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，因为我们小组三人对软件方面的知识都不是很精通，所以放弃方案三。

至于方案五，因为是新技术，我们很想尝试着做一下，但是目前市场还没有此芯片的出售，所以我们只好放弃。

最后，我们综合上述各种方案，确定了我们的发射接收模块：四路无线电遥控发射和接收电路，PT2262编码和PT2272解码电路。如下图分别为发射、编码电路和接收、译码电路：

工作原理：

（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1~8脚为地址端A0~A7，10~13脚为数据端D0~D3。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2~10VPF，振荡器频率可变范围约为260~300MHZ。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D0~D3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K1~K4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）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D0—D3输出，去控制鼠标，从而完成全部遥控过程。

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K1~K4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。如下表所示：

4．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1—100HZ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1—100HZ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。方波产生原理图如下：

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

(1~100HZ)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。

5．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D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。

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。

二．安装与调试：

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

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P1⑦、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，置空；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③、④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。

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！

三．Protel绘图：

（上为发射编码电路）

（上为接收译码电路）

四．所用元器件列表：

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。

五．改进建议：

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。如下表：

六．参考文献：

1．郑金存邵平周善东《多媒体教室的长距离无线鼠标的设计与实现》《广西物理》第25卷第3期

2．王视听尹志宏《一种无线射频收发模块的应用》《电子技术应用》2005年第8期3．《四路无线电遥控电路的安装与调试》《高频电路实验与仿真》

4．白智涛赵莉姜红梅《基于PS/2接口的无线鼠标》2000年无线电工程第30卷第6期5．邵平杨路明周善东《一种无线遥控鼠标编译码电路的设计》云南大学学报(自然科学版),2005,27(5A)

6．林文峰刘书明《新型射频芯片的功能及其应用实例》世界电子元器件2003．12