自制51单片机无线鼠标

无线鼠标的设计与实现

引言

无线鼠标器是为了适应大屏幕显示器而生产的。所谓“无线”，即没有电线连接，而是采用二节七号电池无线摇控，鼠标器有自动休眠功能，电池可用上一年，接收范围在1.8米以内。此外还有蓝牙连接的鼠标，微软终极键鼠套装的蓝牙连接速度可达2G

鼠标自1968年诞生以来，已经经历过近40年的演变和发展。近10年来，随着消费型电电脑的普及，鼠标的工作方式也有了翻天覆地的进步：从早期的机械滚轮鼠标到目前主流的光电鼠标再到中高端的激光鼠标……鼠标的每一次变革无不给用户带来使用上的快感。此外，随着人们对办公环境和操作便捷性要求日益增高，无线鼠标普及也被提到日程上来。无线技术根据不同的用途和频段被分为不同的类别，其中包括蓝牙、Wi-Fi (IEEE 802.11)、Infrared (IrDA)、ZigBee (IEEE 802.15.4)等等多个无线技术标准，但对于当前主流无线鼠标而言，仅有27Mhz、2.4G和蓝牙无线鼠标共三类。

无线电式鼠标的学名叫DRF（Digitalradiofrequency，数字无线电频率），这项技术能够对短距离通讯提供充足的带宽，非常适合鼠标和键盘这样的外围设备使用。它的原理也非常简单，鼠标部分工作与传统鼠标相同，再用无线发射器把鼠标在X或Y轴上的移动，按键按下或抬起的信息转换成无线信号并发送出去，无线接收器收到信号后经过解码传递给主机，驱动程序告诉操作系统鼠标的动作，该把鼠标指针移向哪个方向或是执行何种指令。

从原理上看，无线鼠标主要分为红外线式和无线电式。两种鼠标都需要使用干电池供电，对于红外线型的无线鼠标键盘具有较严格的方向性，尤其是水平位置的关系更为敏感，因此目前采用这种方式的产品已经不多，大多数都是采用了更为先进的无线电发射方式。

采用无线电技术的好处是，只要在限定距离以内，就可以在任何位置使用，几乎不受障碍物的影响。一般传输的距离达10～20米，已经足够用户使用。

无线电的最大特点是可以进行360度全方位无线射频遥控，而且耗电量较低，具有触发工作待机休眠。无线设备的接受端已经内置接收器，发射器装在主机的设备口上，均不会影响产品外观。

无线电接收器本身所具有的接口是USB或PS2的，可以从计算机的PS/2接口取电，不需要另加电池。它具有双或多波段，如果有多个无线设备，均可以通过这一个接收器进行管理，键盘工作频率一般占用通道1（如：27.185M和27.035M），鼠标工作频率占用通道2（如：27.085M和27.135M），工作时鼠标和键盘或多个鼠标之间干扰性较低，而且不会影响无线电话等数字无线设备。

目前有能力生产无线鼠标的厂商并不太多，大部分集中在微软、罗技、明基等知名厂商中。而其中微软与罗技成为高端市场的霸主，也是消费者心目中顶级产品。

鼠标在个人电脑浏览导航中已经是不可或缺的工具，而目前的用户通常会在多个网页、大规模数据表格、数码照片、播放列表和其他大量的数字内容之间进行不停切换，这对鼠标在快速直观浏览和导航方面的功能也提出了更高要求。

目录

引言 (1)

目录 (2)

摘要 (3)

设计任务和要求 (3)

第一章无线鼠标电路的设计与实现 (3)

1 总体方案论证 (3)

2 发射模块和接收模块的电路的实现方案 (3)

3 鼠标按键的方案 (8)

4 方波电路的设计 (8)

5 控制门电路 (9)

第二章安装与调试 (10)

1 所用的仪器，仪表 (10)

2 调试方法和步骤 (10)

3 调试中出现的故障和解决方法 (10)

第三章所用元器件列表 (11)

第四章参考文献 (11)

附图 (12)

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，实现鼠标的遥控。

设计任务和要求

用发射和接收电路模块代替原来的鼠标线，实现鼠标的无线遥控功能。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。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。

第一章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，目前市场还没有此芯片的出售，所以只好放弃。

最后，综合上述各种方案，确定了的发射接收模块：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

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。

第二章安装与调试

1．所用的仪器、仪表：

直流稳压电源

示波器

数字式万用表

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！

第三章所用元器件列表

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。

第四章参考文献

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》

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

4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)

5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

附图

发射编码电路

接收译码电路