基于2.4GHz射频通信的多功能鼠标设计

对于外围器件，如光传感器和无线发射部分，设置了一个开关，在主控芯片进入低功耗模式之前先切断它们的电源，使系统的功耗进一步降低。而在有操作到来的时候，主控芯片从低功耗模式返回到活跃模式，首先将外围器件的电源开关打开，这样可以保证系统正常工作。低功耗电源控制电路如图3所示。开关由一个PNP型的晶体管构成，基极作为控制信号的输入，发射极为电压输入，集电极为电压输出。控制信号的电平变化可以控制线路上电源的通断。

1.3  光传感器部分

光传感器ADNS-5030用于鼠标的定位。ADNS-5030的正常工作电压为3.3 V，在光传感器的设计中需要将电池供电输出的3.0 V电压转换成其所需要的3.3 V电压。电路采用HT7733 芯片来完成电压的转换。ADNS-5030通过SPI总线与主控芯片进行数据通信，其连接方式如图4所示。

1.4  按键与键盘

多功能无线鼠标的按键与普通鼠标的按键功能基本相同，只是将普通鼠标的滚轮(wheel)改成了上下键的设计。这两种设计的功能是相同的。

键盘用于阿拉伯数字、字母以及各种功能键的输入。采用矩阵式的手机键盘，节省了主控芯片的I／O口资源。

2  软件部分设计

2.1  通用I／O模拟SPI接口

无线发射芯片nRF24L01和光传感器ADNS-5030均是采用SPI总线与主控芯片进行数据交换的。出于成本考虑，本设计所选用的主控芯片MSP430F413内部没有SPI总线接口，因此，需要用通用I／O口来模拟SPI接口。

用通用I／O口来模拟SPI串行接口，必须严格遵守器件SPI的总线时序。ADNS-5030的SPI总线时序有几个需要注意的地方：一是SPI总线的串行时钟频率应小于1 MHz，若SPI总线的时钟频率过高，器件无法在短时间内作出响应，相应的操作也就无法完成；二是ADNS-5030对SPI总线上的时钟信号要求50％的占空比，这种要求并不是针对所有器件的，但对具体提出这种要求的个例，就必须遵循了(实验证明这个结论是正确的，笔者通过在程序中加空指令的方式来填补空缺，使其占空比达到器件的要求)；三是SPI总线操作中有许多必要的延时，如读操作中写地址和读数据之间需要4μs的延时，程序中若无该延时，就不能执行正常的读写操作。

2.2  无线发射部分

nRF24L01的工作原理如下：发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式，接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区。TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可。然后，CE置为高电平并保持至少10μs，延迟130μs后发射数据。若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号(自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致)。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中清除；若未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数(ARC)达到上限，MAX_RT置高，TXFIFO中数据保留以便再次重发。MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。发射成功时，若CE为低，则nRF24L01进入待机模式1；若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射；若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入待机模式2。

接收数据时，首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130μs进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RXFIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入待机模式1。

nRF24L01有发射、接收、待机和掉电4种工作模式，可以通过配置寄存器来设置其工作状态，如表1所列。

待机模式1(Standby-I)主要用于降低电流损耗(在该模式下，晶体振荡器仍然工作)。待机模式2(Standby-II)是当FIFO寄存器为空且CE=1时进入此模式。待机模式下，所有配置字仍然保留。在掉电模式(PowerDown)下电流损耗最小，同时nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。

无线发射部分上电初始化时，进行了如下配置：

①CONFIG寄存器的低4位置1，分别为16位CRC校验，芯片上电和接收模式；

②SETUP_AW(地址宽度)寄存器配置地址宽度为5字节；

③SETUP_RETR(自动重发)寄存器配置为自动重发延时500μs，重发5次；

④RF_CH(RF频道)寄存器配置为工作频道2 400MHz；

⑤RF_SETUP(RF设置)寄存器配置为发射功率0 dBm，Air Data Rate为1 MHz；

⑥将地址写入地址寄存器。

在配置寄存器时应注意一点：在写nRF24L01的寄存器时，它必须工作在掉电模式或待机模式。而在nRF24L01上电达到1.9 V以后，要经过10.3 ms的上电复位然后再进入掉电模式。这是一个不确定状态。在此状态下，对寄存器的写操作是无法完成的，因此必须加上一个合适的延时，使程序对nRF24L01的配置操作在掉电模式或待机模式下进行。

当光传感器或按键等有操作时，主控制器将读入的信号写入nRF24L01的TX_PLD，然后由芯片自动生成报头和CRC校验码，并发送出去。当收到应答信号(ACK)后，程序中所设置的标志位success置1，清除TX FIFO队列中的数据，可以进行下一次数据的写入了；若未收到应答信号(ACK)，则标志位success置0，继续重发，且新的数据无法写入。

来源：维库开发网