51兼容射频Soc nRF9E5与无线光机鼠标设计
息给PC机，而普通鼠标是通过电线。这意味着无线鼠标检测鼠标移动和按键信息的方法和普通有线鼠标一样，也是用开关来检测按键，用球和滚轴来检测鼠标的移动。无线鼠标使用电池供电，所以应该尽量考虑节能问题，尽量用最少的次数就能把检测到的鼠标信息发送到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]NordicVLSIASAInc.2.4GhzRFtransceiverwithembedded8051compatiblemicrocontrollerand9input,10bitADC[Z].2003.5
[2]NordicVLSIASAInc.nRF24Exinawirelesskeyboarddesign[Z].2003.10
《51兼容射频Soc nRF9E5与无线光机鼠标设计(第2页)》
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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]NordicVLSIASAInc.2.4GhzRFtransceiverwithembedded8051compatiblemicrocontrollerand9input,10bitADC[Z].2003.5
[2]NordicVLSIASAInc.nRF24Exinawirelesskeyboarddesign[Z].2003.10
《51兼容射频Soc nRF9E5与无线光机鼠标设计(第2页)》
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