无线光机鼠标设计(51兼容射频Soc nRF9E5)

息发送到PC机。无线鼠标在PC机处还应有一个接收器，一般该接收器是通过USB接口或串口与PC机相连，目前发展的趋势是采用USB接口。

4. 无线光机鼠标方案

　　无线光机鼠标器，即将滚轮的机械转动转换成光信号，然后变为数字电信号再通过无线的方式发送给和PC机相连的接收器。无线光机鼠标器底部有一个露出一部分的塑胶小球,当鼠标器在操作桌面上移动时，小球随之转动，在鼠标器内部装有三个滚轴与小球接触，其中有两个分别是X轴方向和Y轴方向滚轴，用来分别测量X轴方向和Y轴方向的移动量，另一个是空轴，仅起支撑作用。拖动鼠标器时，由于小球带动三个滚轴转动，X轴方向和Y轴方向滚轴又各带动一个转轴（称为译码轮）转动。译码轮(见图2)[3]的两侧分别装有红外

图2　译码轮和光敏传感器工作原理

发光二极管和光敏传感器，组成光电耦合器。光敏传感器内部沿垂直方向排列有两个光敏晶体管A和B。由于译码轮有间隙，故当译码轮转动时，红外发光二极管发出的红外线时而照在光敏传感器上，时而被阻断，从而使光敏传感器输出脉冲信号。光敏晶体管A和B被安放的位置使得其光照和阻断的时间有差异，从而产生的脉冲A和脉冲B有一定的相位差，利用这种方法，就能测出鼠标器的拖动方向。塑胶小球的移动带动滚轴转动，滚轴每转动一个小角度，鼠标位置计数器加1，每隔一定时间，nRF9E5就把鼠标位置计数器的值读出，通过计算得出鼠标移动的位移，再把位移信息发送给PC机。

鼠标的按键是典型的开关，每个开关和nRF9E5的一个GPIO口相连。与开关相连的GPIO口配置为输入状态，并通过外部上拉电阻把其置高。按键在被按下的时候可能会出现抖动，所以在软件设计的时候一般要考虑到去抖动，一般的方法是延时15-25ms再去检测按键。一般的鼠标按键有：左键、中键和右键。系统原理图如图3所示。

射频部分基于nRF9E5设计，系统晶振为16MHz，EEPROM存储程序，使用nRF9E5的ShockBurstTM工作方式发送鼠标信息包。ShockBurstTM工作方式在芯片硬件设计时就已经考虑到节能，因此使用该工作方式可以延长电池寿命。

5. 无线光机鼠标电池寿命算法[2]

5.1工作状态分析

　　无线光机鼠标中，最耗电是红外发光二极管，而不是射频收发部分，因此，要使发光二极管尽量少耗电并且鼠标又能正常工作。下文给出一个节电的方法，首先把发光二极管的工作状态分为以下三种：

　　状态1：鼠标在移动并且要求以最大的精确度测出移动信息。此状态下，tledon=10us，tkedoff=200us，每隔10ms，鼠标信息被精确算出并发送给PC机。

　　状态2：鼠标刚刚被用过但现在不用。此状态下tledon=10us，tledoff=25000us。当用户再次拖动鼠标时，也不会感觉得出25000us的短延时。鼠标从状态1进入状态2一般应在5ms左右，当鼠标检测到移动时，应立刻从状态2进入状态1。

　　状态3：当鼠标很长时间没用时，进入状态3。此状态下tledon=10us，tledoff=100000us。同样，很久没有使用之后再次拖动鼠标时，用户感觉不出来100000us的延时。一旦检测出鼠标被移动时，鼠标应该马上进入状态1，从状态2进入状态3一般要1到2分钟。

5.2工作电流的计算

　　发光二极管的工作电流是10mA。nRF9E5在工作状态时工作电流为3mA，空闲状态时工作电流是25uA，传送ShockBurstTM数据包时工作电流为11mA。各个状态时的平均电流可根据公式(1)来计算：

至于状态1，要考虑到ShockBurstTM发射所消耗的电流。假设数据包共为124位，发射速度为1Mbit/s，则nRF9E5所用时间为 124us，此外，起动时间为202us，ShockBurstTM的工作时间加起来应该是326us。因此，可得到状态1的平均电流算式，如式(4)

nRF9E5推荐外接晶振频率为16MHz，当外接晶振工作频率降低时，无线光机鼠标的平均工作电流也会明显降低。经过计算，nRF9E5外接晶振是4MHz的无线光机鼠标的电池寿命约为外接晶振是16MHz时的1.33倍。同样，降低nRF9E5的射频发射速度，无线光机鼠标的电池寿命也会增大。

5. 结论

nRF9E5尺寸小，使用中外围元件少，433/868/915MHz三个工作频率，非常适合用来做无线光机鼠标与PC机进行通信。nRF9E5的 ShockBurstTM技术，使得无线光机鼠标的功耗更低，设计中为节约用电而编写的程序更少，并且电池监管更方便。此外，nRF9E5更易于实现安全的无线光机鼠标信息的发送，如果设计需要，还可以扩展更多的鼠标按键。

参考文献
[1] Nordic VLSI ASA Inc. 2.4Ghz RF transceiver with embedded 8051 compatible microcontroller and 9 input, 10 bit ADC[Z].2003.5
[2] Nordic VLSI ASA Inc. nRF24Ex in a wireless keyboard design[Z].2003.10