导言
多功用无线鼠标包含无线发射部分和无线接纳部分，其间发射部分是关系到其总体功用好坏的要害部分。本体系以nRF24L01为中心构建无线发射模块。
nRF24L01是一款新式单片射频收发器材，作业于2．4～2．5 GHz ISM频段；内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功用模块，并交融了增强型ShockBurst技能，其间输出功率和通讯频道可通进程序进行装备。nRF24L01功耗低，在以0 dBm的功率发射时，作业电流只要11．3 mA；接纳时，作业电流只要12．3 mA；多种低功率作业形式(掉电形式和闲暇形式)使节能规划更便利。
多功用无线鼠标是一款运用电池供电的手持设备，功耗是衡量其功用的一个重要规范。本规划所选用的主控芯片是MSP430F413，它是一种16位超低功耗的混合信号处理器，在活泼形式下最大电流为350μA，RAM数据坚持办法下耗电仅0．1μA。光传感器芯片选用ADNS-5030。这款芯片体积小，功耗低，在作业形式下，它的作业电流最大为17 mA；仅在光传感器作业的时分，LED才被点亮，这样会使光传感器的功耗进一步下降(小于1 mA)。
本文在介绍多功用无线鼠标发射部分开发进程的一起，对其规划运用中的留意事项和优化办法作了相应的论说。在规划进程中，多留意细节和优化办法可使规划愈加顺畅，并为大规模算法供给有用的时刻。
1 硬件电路规划
多功用无线鼠标发射部分首要完结光传感器位移、按键键值的收集，并经过无线发射给接纳器。首要由操控部分、光传感器部分、鼠标按键和键盘部分以及无线发射部分组成。体系框图如图1所示。
1．1 无线发射部分
无线发射部分是多功用无线鼠标的首要部分，本规划以nRF24L01为中心构建无线发射模块。
nRF24LOl具有无条件运用2．4 GHz全球敞开ISM频段，内置硬件CRC检错和一点对多点通讯地址操控等特色，数据传输率为2 Mb／s，126个频道；能满意多点通讯和跳频通讯的需求；功耗低，供电电压为1．9～3．6 V，待机形式下作业电流为22μA，掉电形式下仅为900 nA。这些是nRF24L01的首要长处。
无线发射部分的电路原理如图2所示。
1．2 电源办理
手持体系对低功耗有较严厉的要求。MSP430系列单片机有5种低功耗形式。在必定时刻内无操作的状况下，能够使其进入某一种低功耗形式，这时的作业电流能够操控在十几μA以下。
关于外围器材，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形式之前先堵截它们的电源，使体系的功耗进一步下降。而在有操作到来的时分，主控芯片从低功耗形式返回到活泼形式，首要将外围器材的电源开关翻开，这样能够确保体系正常作业。低功耗电源操控电路如图3所示。开关由一个PNP型的晶体管构成，基极作为操控信号的输入，发射极为电压输入，集电极为电压输出。操控信号的电平改变能够操控线路上电源的通断。
1．3 光传感器部分
光传感器ADNS-5030用于鼠标的定位。ADNS-5030的正常作业电压为3．3 V，在光传感器的规划中需求将电池供电输出的3．O V电压转化成其所需求的3．3 V电压。电路选用HT7733芯片来完结电压的转化。ADNS-5030经过SPI总线与主控芯片进行数据通讯，其衔接办法如图4所示。
1．4 按键与键盘
多功用无线鼠标的按键与一般鼠标的按键功用根本相同，仅仅将一般鼠标的滚轮(wheel)改成了上下键的规划。这两种规划的功用是相同的。键盘用于阿拉伯数字、字母以及各种功用键的输入。选用矩阵式的手机键盘，节省了主控芯片的I／O口资源。
2 软件部分规划
2．1 通用I／O模仿SPl接口
无线发射芯片nRF24L01和光传感器ADNS-5030均是选用SPI总线与主控芯片进行数据交换的。出于本钱考虑，本规划所选用的主控芯片MSP430F413内部没有SPI总线接口，因而，需求用通用I／O口来模仿SPI接口。
用通用I／O口来模仿SPI串行接口，有必要严厉遵守器材SPI的总线时序。ADNS-5030的SPI总线时序有几个需求留意的当地：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，器材无法在短时刻内作出呼应，相应的操作也就无法完结；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一切器材的，但对详细提出这种要求的个例，就有必要遵从了(试验证明这个结论是正确的，笔者经过在程序中加空指令的办法来填补空缺，使其占空比到达器材的要求)；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求4 μs的延时，程序中若无该延时，就不能履行正常的读写操作。
2．2 无线发射部分
nRF24L01的作业原理如下：发射数据时，首要将nRF24L01装备为发射形式，接着把接纳节点地址TX_ADDR和有用数据TX_PLD依照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区。TX_PLD有必要在CSN为低时接连写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可。然后，CE置为高电平并坚持至少10μs，推迟130μs后发射数据。若主动应对敞开，那么nRF24L01在发射数据后当即进入接纳形式，接纳应对信号(主动应对接纳地址应该与接纳节点地址TX_ADDR共同)。假如收到应对，则以为此次通讯成功，TX_DS置高，一起TX_PLD从TX_FIFO中铲除；若未收到应对，则主动从头发射该数据(主动重发已敞开)，若重发次数(ARC)到达上限，MAX_RT置高，TXFIFO中数据保存以便再次重发。MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，发生中止，告诉MCU。发射成功时，若CE为低，则nRF24L01进入待机形式1；若发送仓库中有数据且CE为高，则进入下一次发射；若发送仓库中无数据且CE为高，则进入待机形式2。
接纳数据时，首要将nRF24L01装备为接纳形式，接着推迟130μs进入接纳状况等候数据的到来。当接纳方检测到有用的地址和CRC时，就将数据包存储在RXFIFO中，一起中止标志位RX_DR置高，IRQ变低，发生中止，告诉MCU取数据。若此刻主动应对敞开，接纳方则一起进入发射状况回传应对信号。接纳成功时，若CE变低，则nRF24L01进入待机形式1。
nRF24L01有发射、接纳、待机和掉电4种作业形式，能够经过装备寄存器来设置其作业状况，如表1所列。
待机形式1(Standby-I)首要用于下降电流损耗(在该形式下，晶体振荡器依然作业)。待机形式2(Standby-II)是当FIFO寄存器为空且CE=1时进入此形式。待机形式下，一切装备字依然保存。在掉电形式(Power Down)下电流损耗最小，一起nRF24L01也不作业，但其一切装备寄存器的值依然保存。
无线发射部分上电初始化时，进行了如下装备：
①CONFIG寄存器的低4方位1，别离为16位CRC校验，芯片上电和接纳形式；
②SETUP_AW(地址宽度)寄存器装备地址宽度为5字节；
③SETUP_RETR(主动重发)寄存器装备为主动重发延时500μs，重发5次；
④RF_CH(RF频道)寄存器装备为作业频道2400MHz；
⑤RF_SETUP(RF设置)寄存器装备为发射功率O dBm，Air Data Rate为1 MHz；
⑥将地址写入地址寄存器。
在装备寄存器时应留意一点：在写nRF24L01的寄存器时，它有必要作业在掉电形式或待机形式。而在nRF24L01上电到达l．9 V今后，要经过10．3 ms的上电复位然后再进入掉电形式。这是一个不确认状况。在此状况下，对寄存器的写操作是无法完结的，因而有必要加上一个适宜的延时，使程序对 nRF24L01的装备操作在掉电形式或待机形式下进行。
当光传感器或按键等有操作时，主操控器将读入的信号写入nRF24L01的TX_PLD，然后由芯片主动生成报头和CRC校验码，并发送出去。当收到应对信号(ACK)后，程序中所设置的标志位success置1，铲除TX FIFO行列中的数据，能够进行下一次数据的写入了；若未收到应对信号(ACK)，则标志位success置O，持续重发，且新的数据无法写入。
2．3 读光传感器位移值
读光传感器的位移值，其实便是读它对应的寄存器。在ADNS-5030的内部寄存器中，地址为Ox02的Motion寄存器用于表明是否有位移。其最高位若为O，则无位移；最高位若为1，则有位移。别的，运用到的两个寄存器的地址是Ox03和Ox04的DeltaX和DeltaY。这两个寄存器的值别离表明X轴和Y轴方向上的位移。最高位表明位移的方向，1为负方向，O为正方向，低7位表明位移量。
如图5所示，首要判别是否有位移，即Motion的最高位是否为1。若不为1，则表明没有位移，本次查询完毕；若为1，则表明有位移，然后再去读 DeltaX和DeltaY的值，并将其经过无线发射部分发送出去。
读DeltaX、DeltaY寄存器后，寄存器中的值主动清零，可是Motion寄存器读后不清零，所以最终需求对Motion寄存器的最高位进行清零，以避免在没有位移的状况下，体系也对DeltaX、DeltaY寄存器进行扫描，形成不必要的糟蹋。
另一个需考虑的当地是光传感器的分辨率。在上电复位后，光传感器的分辨率为默许的500cpi(cells perinch)，可是试验作用并不好。在调试时，其位移并不显着，后来修正寄存器的值，将其分辨率改为1 000 cpi(只要500 cpi和1 000 cpi两种分辨率)，光标的位移作用显着好于分辨率为，500 cpi时的作用。由此可见，光传感器的这一特点也是适当重要的。
2．4 读按键与键盘
左右键的没计与一般按键的规划稍有不同。运用鼠标时能够看到，在按下左键一起拖动鼠标时，能够选中光标移动范围内的选项；相同，右键也具有这样的功用。
在左右键的扫描程序中，当程序扫描到有键按下时(例如左键按下)，马上将所得到的键值发送出去，这时，接纳端的左键值一直是处于按下状况的，一起也不耽搁光传感器等的扫描；当左键抬起时，再向接纳端发送按键抬起的指令，一次左右键的扫描就完结了。这样就能够完结在按下左键一起拖动鼠标时，选中光标移动范围内选项的操作了。
上下键与左键和右键的操作办法不同。在上下键的扫描程序中还应考虑点动和连动这两种不同的状况。点动即为在必定时刻内快速按下一个按键，然后当即开释；而按下一个键并延时一段时刻再开释，则程序将其识别为连动。
键盘部分设置了20个键，是一个5×4的矩阵，包含“O～9”10个数字键，“上、下、左、右”4个方向键，“←”键，“确认”键，“Esc”键以及3个快捷键(“显示桌面”、“浏览器”和“我的电脑”)。其间“0～9”10个数字键是复用键，像手机键盘相同，依据必定时刻内连击次数的不同，能够输入不同的键值。
结语
本文所触及的硬件均在实践中调试经过。试验证明，MSP430系列单片机本钱较低，在低功耗产品中的运用极为广泛，将会得到广阔开发人员的认同。本体系已完结鼠标和手机键盘结合的根本功用，今后仍能够对其功用进行弥补，完善多功用无线鼠标的功用。
