基于ZigBee的無線鍵盤設計研究

曾鶴瓊　楊祖芳　王瑞瑛

摘 要：ZigBee是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，為小型廉價設備的無線聯網和控制提供了一種較好的解決方案。文章對ZigBee技術的特點和應用領域進行了探討，并提出了一種基于ZigBee技術標準的無線鍵盤設計方案。

關鍵詞：ZigBee；低功耗；無線鍵盤

中圖分類號：TP334.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）29-0063-02

ZigBee是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術。與其他的無線網絡技術，如Bluetooth、Wi-Fi、手機通信等無線技術相比，ZigBee的超低能耗及支持更低速率數據的傳輸，使其在家庭智能控制自動化、樓宇自動化以及工業自動化等場合的應用更具有優勢。本文將ZigBee技術應用于無線鍵盤系統中，該設計能實現傳統鍵盤的功能；在室內30 m的范圍內，不再受線纜的限制；可與周圍控制鍵盤的ZigBee設備隨時通信，與傳統鍵盤相比，使用起來更為方便。

1 系統概述

該設計實現的是點到點的ZigBee無線鍵盤系統，其構架框圖如圖1所示，系統主要由兩部分組成：發送端和接收端。選用具有ZigBee功能的芯片架構來實現鍵盤和主機的無線通信。

工作原理：發送端，在PS/2的協議下，MCU（MC9S08GT60）接收從鍵盤發過來的數據，包括鍵盤的自檢信息、鍵盤的掃描碼等，或接收從PC對鍵盤的命令，將其打包成符合ZigBee協議通信的數據包，并通過調制解調器MC13192以射頻信號（RF）發送出去。接收端，調制解調器MC13192接收射頻信號（RF），MCU（MC9S08GT60）對數據包進行解包，并在PS/2的協議下，發送鍵盤的數據到PC或發送PC的命令到鍵盤。

2 系統電路設計

基于ZigBee的無線鍵盤系統硬件以MC9S08GT60MCU為核心，主要包括：ZigBee模塊、PS/2模塊、RS232模塊、監控模塊、電源模塊。

2.1 ZigBee模塊

ZigBee模塊電路如圖2所示，主要由主控芯片MC9S08GT60、調制解調器MC13192及相關外圍電路組成。SPI是一個同步串行外圍接口，允許MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信。MCU和MC13192之間數據的通訊是通過SPICLK來同步的，SPICLK由MCU提供。MCU里的數據經MOSI線傳遞給MC13192，而MC13192的數據通過MISO傳遞給MCU的。其中13192 SPI連接到MCU的包括，/CE，MOSI，MISO和SPICLK，SPI的頻率不大于8 MHz。IRQ腳互連，通過中斷的形式使13192實現各種模式的轉換。另外：CLKO可為MCU提供外部時鐘；ATTN線由MCU GPIO控制，這樣可以MCU使進入睡眠模式，當CLKO有效時醒來，并通過ATTN線喚醒MC13192；同樣RXTXEN，RST也由MCU GPIO控制。

2.2 PS/2模塊

PS/2模塊電路如圖3所示，根據PS/2協議，PS/2設備和PS/2主機是一個六腳mini-Din的連接器。本設計中，鍵盤供電為5 V，而MC13192和MCU的供電電壓都在3 V左右。必須加一個電平轉換的電路，用COMS三極管可實現。在鍵盤和MCU連接一端，拉低時鐘線和數據線是通過在端口寫入‘0實現的。其中PTA6（Clock）一開始處于KBI模式，它的主要作用是當MCU偵測到KBI端口引腳電平上升或者下降時，發生中斷執行中斷函數，執行PS/2數據的接收和發送。

2.3 RS232模塊

RS232模塊電路如圖4所示，設計利用MAX3232實現COMS和TTL電平的轉換，RS232接口與PC相連。此電路在用串口裝載程序和調試程序時用，用到MCU的SCI模式。當作調試程序用，MCU和PC是一個異步串行通信。當SCI緩沖區滿時，在PC串口打印相應的數據。

2.4 監控模塊

監控模塊電路如圖5所示，主要由四個開關、四個LED組成，用于程序裝載和相關功能演示。用串口download程序時，4個燈全亮時，說明已經進入Bootloader模式，用Freescale的Test Tool軟件可以將生成的擴展名為.S19文件download到目標器件。

2.5 電源模塊

系統電源模塊電路如圖6所示，系統中的元件和模塊需要兩種不同電壓的直流電源：5 V電源和3 V電源。系統設計利用9 V的電池，要得到5 V電源和3 V電源，用到電壓輸出可調的電壓調整器。輸入，輸出補償電容C（in），C（out）取值為10 uF，旁路電容C（adj）的取值是由紋波頻率f（ripple）決定，而f由RR（Ripple Rejection）決定。

3 結 語

本設計方案實現了基于ZigBee的無線鍵盤的功能，系統調試結果證明了設計的合理性和正確性，由于采用了ZigBee技術，此設計方案具有較高的可靠性和抗干擾性。在本設計中，要保證MCU正確無誤接收發送PS/2數據是一個關鍵。要真正實現多個ZigBee設備的通信，實現ZigBee設備的聯網，將是以后進一步研究和探索的課題。

參考文獻：

[1] ZigBee Alliance ZigBee Specification 2006[M].ZigBee Document 053

474r13，December lth，2006.

[2] Motorola，MC13192 Data Sheet[M].America：Freescale Semiconductor Inc.2004.

摘 要：ZigBee是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，為小型廉價設備的無線聯網和控制提供了一種較好的解決方案。文章對ZigBee技術的特點和應用領域進行了探討，并提出了一種基于ZigBee技術標準的無線鍵盤設計方案。

關鍵詞：ZigBee；低功耗；無線鍵盤

中圖分類號：TP334.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）29-0063-02

ZigBee是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術。與其他的無線網絡技術，如Bluetooth、Wi-Fi、手機通信等無線技術相比，ZigBee的超低能耗及支持更低速率數據的傳輸，使其在家庭智能控制自動化、樓宇自動化以及工業自動化等場合的應用更具有優勢。本文將ZigBee技術應用于無線鍵盤系統中，該設計能實現傳統鍵盤的功能；在室內30 m的范圍內，不再受線纜的限制；可與周圍控制鍵盤的ZigBee設備隨時通信，與傳統鍵盤相比，使用起來更為方便。

1 系統概述

該設計實現的是點到點的ZigBee無線鍵盤系統，其構架框圖如圖1所示，系統主要由兩部分組成：發送端和接收端。選用具有ZigBee功能的芯片架構來實現鍵盤和主機的無線通信。

工作原理：發送端，在PS/2的協議下，MCU（MC9S08GT60）接收從鍵盤發過來的數據，包括鍵盤的自檢信息、鍵盤的掃描碼等，或接收從PC對鍵盤的命令，將其打包成符合ZigBee協議通信的數據包，并通過調制解調器MC13192以射頻信號（RF）發送出去。接收端，調制解調器MC13192接收射頻信號（RF），MCU（MC9S08GT60）對數據包進行解包，并在PS/2的協議下，發送鍵盤的數據到PC或發送PC的命令到鍵盤。

2 系統電路設計

基于ZigBee的無線鍵盤系統硬件以MC9S08GT60MCU為核心，主要包括：ZigBee模塊、PS/2模塊、RS232模塊、監控模塊、電源模塊。

2.1 ZigBee模塊

ZigBee模塊電路如圖2所示，主要由主控芯片MC9S08GT60、調制解調器MC13192及相關外圍電路組成。SPI是一個同步串行外圍接口，允許MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信。MCU和MC13192之間數據的通訊是通過SPICLK來同步的，SPICLK由MCU提供。MCU里的數據經MOSI線傳遞給MC13192，而MC13192的數據通過MISO傳遞給MCU的。其中13192 SPI連接到MCU的包括，/CE，MOSI，MISO和SPICLK，SPI的頻率不大于8 MHz。IRQ腳互連，通過中斷的形式使13192實現各種模式的轉換。另外：CLKO可為MCU提供外部時鐘；ATTN線由MCU GPIO控制，這樣可以MCU使進入睡眠模式，當CLKO有效時醒來，并通過ATTN線喚醒MC13192；同樣RXTXEN，RST也由MCU GPIO控制。

2.2 PS/2模塊

PS/2模塊電路如圖3所示，根據PS/2協議，PS/2設備和PS/2主機是一個六腳mini-Din的連接器。本設計中，鍵盤供電為5 V，而MC13192和MCU的供電電壓都在3 V左右。必須加一個電平轉換的電路，用COMS三極管可實現。在鍵盤和MCU連接一端，拉低時鐘線和數據線是通過在端口寫入‘0實現的。其中PTA6（Clock）一開始處于KBI模式，它的主要作用是當MCU偵測到KBI端口引腳電平上升或者下降時，發生中斷執行中斷函數，執行PS/2數據的接收和發送。

2.3 RS232模塊

RS232模塊電路如圖4所示，設計利用MAX3232實現COMS和TTL電平的轉換，RS232接口與PC相連。此電路在用串口裝載程序和調試程序時用，用到MCU的SCI模式。當作調試程序用，MCU和PC是一個異步串行通信。當SCI緩沖區滿時，在PC串口打印相應的數據。

2.4 監控模塊

監控模塊電路如圖5所示，主要由四個開關、四個LED組成，用于程序裝載和相關功能演示。用串口download程序時，4個燈全亮時，說明已經進入Bootloader模式，用Freescale的Test Tool軟件可以將生成的擴展名為.S19文件download到目標器件。

2.5 電源模塊

系統電源模塊電路如圖6所示，系統中的元件和模塊需要兩種不同電壓的直流電源：5 V電源和3 V電源。系統設計利用9 V的電池，要得到5 V電源和3 V電源，用到電壓輸出可調的電壓調整器。輸入，輸出補償電容C（in），C（out）取值為10 uF，旁路電容C（adj）的取值是由紋波頻率f（ripple）決定，而f由RR（Ripple Rejection）決定。

3 結 語

本設計方案實現了基于ZigBee的無線鍵盤的功能，系統調試結果證明了設計的合理性和正確性，由于采用了ZigBee技術，此設計方案具有較高的可靠性和抗干擾性。在本設計中，要保證MCU正確無誤接收發送PS/2數據是一個關鍵。要真正實現多個ZigBee設備的通信，實現ZigBee設備的聯網，將是以后進一步研究和探索的課題。

參考文獻：

[1] ZigBee Alliance ZigBee Specification 2006[M].ZigBee Document 053

474r13，December lth，2006.

[2] Motorola，MC13192 Data Sheet[M].America：Freescale Semiconductor Inc.2004.

摘 要：ZigBee是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，為小型廉價設備的無線聯網和控制提供了一種較好的解決方案。文章對ZigBee技術的特點和應用領域進行了探討，并提出了一種基于ZigBee技術標準的無線鍵盤設計方案。

關鍵詞：ZigBee；低功耗；無線鍵盤

中圖分類號：TP334.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）29-0063-02

ZigBee是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術。與其他的無線網絡技術，如Bluetooth、Wi-Fi、手機通信等無線技術相比，ZigBee的超低能耗及支持更低速率數據的傳輸，使其在家庭智能控制自動化、樓宇自動化以及工業自動化等場合的應用更具有優勢。本文將ZigBee技術應用于無線鍵盤系統中，該設計能實現傳統鍵盤的功能；在室內30 m的范圍內，不再受線纜的限制；可與周圍控制鍵盤的ZigBee設備隨時通信，與傳統鍵盤相比，使用起來更為方便。

1 系統概述

該設計實現的是點到點的ZigBee無線鍵盤系統，其構架框圖如圖1所示，系統主要由兩部分組成：發送端和接收端。選用具有ZigBee功能的芯片架構來實現鍵盤和主機的無線通信。

工作原理：發送端，在PS/2的協議下，MCU（MC9S08GT60）接收從鍵盤發過來的數據，包括鍵盤的自檢信息、鍵盤的掃描碼等，或接收從PC對鍵盤的命令，將其打包成符合ZigBee協議通信的數據包，并通過調制解調器MC13192以射頻信號（RF）發送出去。接收端，調制解調器MC13192接收射頻信號（RF），MCU（MC9S08GT60）對數據包進行解包，并在PS/2的協議下，發送鍵盤的數據到PC或發送PC的命令到鍵盤。

2 系統電路設計

基于ZigBee的無線鍵盤系統硬件以MC9S08GT60MCU為核心，主要包括：ZigBee模塊、PS/2模塊、RS232模塊、監控模塊、電源模塊。

2.1 ZigBee模塊

ZigBee模塊電路如圖2所示，主要由主控芯片MC9S08GT60、調制解調器MC13192及相關外圍電路組成。SPI是一個同步串行外圍接口，允許MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信。MCU和MC13192之間數據的通訊是通過SPICLK來同步的，SPICLK由MCU提供。MCU里的數據經MOSI線傳遞給MC13192，而MC13192的數據通過MISO傳遞給MCU的。其中13192 SPI連接到MCU的包括，/CE，MOSI，MISO和SPICLK，SPI的頻率不大于8 MHz。IRQ腳互連，通過中斷的形式使13192實現各種模式的轉換。另外：CLKO可為MCU提供外部時鐘；ATTN線由MCU GPIO控制，這樣可以MCU使進入睡眠模式，當CLKO有效時醒來，并通過ATTN線喚醒MC13192；同樣RXTXEN，RST也由MCU GPIO控制。

2.2 PS/2模塊

PS/2模塊電路如圖3所示，根據PS/2協議，PS/2設備和PS/2主機是一個六腳mini-Din的連接器。本設計中，鍵盤供電為5 V，而MC13192和MCU的供電電壓都在3 V左右。必須加一個電平轉換的電路，用COMS三極管可實現。在鍵盤和MCU連接一端，拉低時鐘線和數據線是通過在端口寫入‘0實現的。其中PTA6（Clock）一開始處于KBI模式，它的主要作用是當MCU偵測到KBI端口引腳電平上升或者下降時，發生中斷執行中斷函數，執行PS/2數據的接收和發送。

2.3 RS232模塊

RS232模塊電路如圖4所示，設計利用MAX3232實現COMS和TTL電平的轉換，RS232接口與PC相連。此電路在用串口裝載程序和調試程序時用，用到MCU的SCI模式。當作調試程序用，MCU和PC是一個異步串行通信。當SCI緩沖區滿時，在PC串口打印相應的數據。

2.4 監控模塊

監控模塊電路如圖5所示，主要由四個開關、四個LED組成，用于程序裝載和相關功能演示。用串口download程序時，4個燈全亮時，說明已經進入Bootloader模式，用Freescale的Test Tool軟件可以將生成的擴展名為.S19文件download到目標器件。

2.5 電源模塊

系統電源模塊電路如圖6所示，系統中的元件和模塊需要兩種不同電壓的直流電源：5 V電源和3 V電源。系統設計利用9 V的電池，要得到5 V電源和3 V電源，用到電壓輸出可調的電壓調整器。輸入，輸出補償電容C（in），C（out）取值為10 uF，旁路電容C（adj）的取值是由紋波頻率f（ripple）決定，而f由RR（Ripple Rejection）決定。

3 結 語

本設計方案實現了基于ZigBee的無線鍵盤的功能，系統調試結果證明了設計的合理性和正確性，由于采用了ZigBee技術，此設計方案具有較高的可靠性和抗干擾性。在本設計中，要保證MCU正確無誤接收發送PS/2數據是一個關鍵。要真正實現多個ZigBee設備的通信，實現ZigBee設備的聯網，將是以后進一步研究和探索的課題。

參考文獻：

[1] ZigBee Alliance ZigBee Specification 2006[M].ZigBee Document 053

474r13，December lth，2006.

[2] Motorola，MC13192 Data Sheet[M].America：Freescale Semiconductor Inc.2004.