基于USB的無線鼠標的設計

李彥鵬

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基于USB的無線鼠標的設計

李彥鵬

張家口市人民防空辦公室，河北 張家口 075000

鼠標自1968年誕生以來，已經經歷過四十多年的演變和發展。近十年來，隨著消費型電腦的普及，鼠標的工作方式也有了翻天覆地的進步。研究將論述一種把PS2鼠標改變成無線鼠標的方法，根據鼠標的工作原理和協議，利用老舊的PS2鼠標和2.4GHz的無線收發模塊，配合PCUSB口，來實現一款簡易的無線USB口鼠標。

USB；無線；鼠標

隨著人們對辦公環境和操作便捷性要求日益增高，無線鼠標普及也被提到日程上來。研究在鼠標與電腦接口間用發射和接收電路代替了鼠標線，根據鼠標的工作原理和協議，利用老舊的PS2鼠標和2.4GHz的無線收發模塊，配合PCUSB口，實現了一款簡易的無線USB口鼠標[1]。

1 設計思路

1.1 發射部分

發射部分電路主要由AVR單片機ATMEL Mega8（以下簡稱為Mega8）和315M發射模塊組成。Mega8是一款高性能、低功耗單片機：采用先進RISC精簡指令，1MHz時鐘能達到近1MIPS的運算速度；內部集成了較大容量的存儲器和豐富的硬件接口電路，自帶RC振蕩電路可代替晶振；價格與低檔單片機相當，性價比極高。在這里，Mega8主要完成PS2接口鼠標的控制與數據獲取，并通過315M發射模塊發送位移數據[2]。

1.2 接收模塊

接收部分電路主要由接收模塊和cp2102組成，其中LED用于指示無線信號的接收解調情況，有數據接收時LED應閃亮。Silicon Laboratories公司推出的USB接口與RS232接口轉換器CP2102／CP2103是一款高度集成的USB-UART橋接器，提供一個使用最小化元件和PCB空間來實現RS232轉換USB的簡便解決方案。

1.3 異步串行數據總線（UART）接口

CP2102／CP2103 UART接口包括TX （發送）和RX（接收）數據信號以及RTS、CTS、DSR、DTR、DCD和RI控制信號。UART支持RTS／CTS、DSR／DTR和X-On／X-Off握手[3]。

通過編程設置UART，支持各種數據格式和波特率。在PC機的COM端口編程設置UART的數據格式和波特率。

2 軟件設計

鼠標的工作模式有四種，分別為Reset模式，Wrap模式，Remote模式和Stream模式。前兩種作為測試用，Remote模式為主機有需要時，發送命令使鼠標回送位移數據，Stream模式是上電的初始模式，每當鼠標產生位置或者按鍵狀態的改變就自動發送數據。顯而易見，第四種模式是最合適的。在正常讀取鼠標數據前只需發送命令（0xF4），此命令告知鼠標，主機已經準備完畢，可以接受位移數據。

無線鼠標軟件流程如下：

（1）Mega8自身初始化，并通過0xF4命令告知PS2鼠標準備完畢；

（2）等待PS2鼠標回送位移數據：Mega8利用中斷按Bit進行數據讀取，每讀取一個數據包，進行正確性驗證，然后根據無線發射模塊的發射特性，在數據包頭尾分別添加0xAA與0x55封裝成新的數據包，并通過UART端口將位移數據進行發送；

（3）接收模塊接收的數據通過CP2102，將數據傳送至USB口，PC軟件進行解釋并轉換為鼠標的運動軌跡。

3 制作方法

本無線鼠標的制作方法與要點：

（1）由于單片機串口不發送數據時為高電平，因此將模塊中比較小的一個貼片三極管改為PNP型三極管，例如8550、9012等。經這樣改造后，發射模塊僅在發送低電平數據時才產生315M的調制信號，尤其是符合了串口低電平起始位的特點，并且節省了相當一部分的功耗。

（2）研究發現部分接收模塊的輸出信號總在1/2VDD附近，這樣的信號必然不能被單片機的串口所正確接收，通過分析，將LM358后一級放大器的IN+與IN-之間的電阻（R11）去掉，效果就比較滿意了：沒有接收信號時為低電平，接收到信號時為高電平。當然，不同接收模塊性能不盡相同，如果讀者在制作時候遇到此類現象，不妨可以試試此方法。

（3）發射模塊和接受模塊的天線可以選用（1/4λ）23.8 cm左右的硬質的銅線，在鉛筆上纏成螺旋形并適當拉長即可。天線有一定的方向性，這與接收到的信號強弱有很大的關系。

（4）由于本代碼未涉及精確的延時，對AVR熔絲位編程時選擇使用內部RC振蕩8M即可。

AVR系列單片機與51系列的單片機端口結構不同，它的輸入輸出的轉換需要通過修改寄存器（DDRx）來實現。因此讀寫時需分清端口的方向。在本電路中，只用了PD3（接PS2的CLK）和PD4（接PS2的DATA）兩個端口，利用PD3檢測PS2的時鐘下降沿產生中斷，并按Bit讀取PS2的串行數據。當然讀者也可以進行修改以適用更加小巧的AVR單片機甚至貼片封裝的單片機。

4 驅動下載

當CP2102轉換器與主機連接后，必須根據操作系統選擇相對應的虛擬串行口驅動程序。不必修改設備的應用程序，就像存取一個標準的物理串口一樣訪問該虛擬串口，端口設備會產生“CP2102 USB to UART Bridge Controller（COM×）”的新端口（×隨計算機的配置而異），此時說明驅動程序安裝成功。

5 結論

研究利用Mega8完成了鼠標移動數據的讀取與PC機通信數據的傳送，其實質為PS/2到TTL232協議的轉換，有興趣的讀者可以使用更加小巧、低電壓的芯片進行改造，使結構更加合理，外觀更加美觀。筆者將包含鼠標定位點的串口數據包使用無線收發模塊為媒介，實現了無線數據傳送和接受，從而完成了無線鼠標的制作，從通用性和易用性上說，具有廣泛的應用價值。

[1]劉海成.AVR單片機原理及測控工程應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008（04）：364-374.

[2]求是科技.單片機典型模塊設計實例導航[M].第二版.北京：人民郵電出版社，2009（09）：362-368.

[3]白智濤，趙莉，姜紅梅.基于PS/2接口的無線鼠標[J].無線電工程，2000（06）：13-14.

TP334.2

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1009-6434（2016）05-0069-01