基于USB的无线鼠标的设计

李彦鹏



基于USB的无线鼠标的设计

李彦鹏

张家口市人民防空办公室，河北 张家口 075000

鼠标自1968年诞生以来，已经经历过四十多年的演变和发展。近十年来，随着消费型电脑的普及，鼠标的工作方式也有了翻天覆地的进步。研究将论述一种把PS2鼠标改变成无线鼠标的方法，根据鼠标的工作原理和协议，利用老旧的PS2鼠标和2.4GHz的无线收发模块，配合PCUSB口，来实现一款简易的无线USB口鼠标。

USB；无线；鼠标

随着人们对办公环境和操作便捷性要求日益增高，无线鼠标普及也被提到日程上来。研究在鼠标与电脑接口间用发射和接收电路代替了鼠标线，根据鼠标的工作原理和协议，利用老旧的PS2鼠标和2.4GHz的无线收发模块，配合PCUSB口，实现了一款简易的无线USB口鼠标[1]。

1 设计思路

1.1 发射部分

发射部分电路主要由AVR单片机ATMEL Mega8（以下简称为Mega8）和315M发射模块组成。Mega8是一款高性能、低功耗单片机：采用先进RISC精简指令，1MHz时钟能达到近1MIPS的运算速度；内部集成了较大容量的存储器和丰富的硬件接口电路，自带RC振荡电路可代替晶振；价格与低档单片机相当，性价比极高。在这里，Mega8主要完成PS2接口鼠标的控制与数据获取，并通过315M发射模块发送位移数据[2]。

1.2 接收模块

接收部分电路主要由接收模块和cp2102组成，其中LED用于指示无线信号的接收解调情况，有数据接收时LED应闪亮。Silicon Laboratories公司推出的USB接口与RS232接口转换器CP2102／CP2103是一款高度集成的USB-UART桥接器，提供一个使用最小化元件和PCB空间来实现RS232转换USB的简便解决方案。

1.3 异步串行数据总线（UART）接口

CP2102／CP2103 UART接口包括TX （发送）和RX（接收）数据信号以及RTS、CTS、DSR、DTR、DCD和RI控制信号。UART支持RTS／CTS、DSR／DTR和X-On／X-Off握手[3]。

通过编程设置UART，支持各种数据格式和波特率。在PC机的COM端口编程设置UART的数据格式和波特率。

2 软件设计

鼠标的工作模式有四种，分别为Reset模式，Wrap模式，Remote模式和Stream模式。前两种作为测试用，Remote模式为主机有需要时，发送命令使鼠标回送位移数据，Stream模式是上电的初始模式，每当鼠标产生位置或者按键状态的改变就自动发送数据。显而易见，第四种模式是最合适的。在正常读取鼠标数据前只需发送命令（0xF4），此命令告知鼠标，主机已经准备完毕，可以接受位移数据。

无线鼠标软件流程如下：

（1）Mega8自身初始化，并通过0xF4命令告知PS2鼠标准备完毕；

（2）等待PS2鼠标回送位移数据：Mega8利用中断按Bit进行数据读取，每读取一个数据包，进行正确性验证，然后根据无线发射模块的发射特性，在数据包头尾分别添加0xAA与0x55封装成新的数据包，并通过UART端口将位移数据进行发送；

（3）接收模块接收的数据通过CP2102，将数据传送至USB口，PC软件进行解释并转换为鼠标的运动轨迹。

3 制作方法

本无线鼠标的制作方法与要点：

（1）由于单片机串口不发送数据时为高电平，因此将模块中比较小的一个贴片三极管改为PNP型三极管，例如8550、9012等。经这样改造后，发射模块仅在发送低电平数据时才产生315M的调制信号，尤其是符合了串口低电平起始位的特点，并且节省了相当一部分的功耗。

（2）研究发现部分接收模块的输出信号总在1/2VDD附近，这样的信号必然不能被单片机的串口所正确接收，通过分析，将LM358后一级放大器的IN+与IN-之间的电阻（R11）去掉，效果就比较满意了：没有接收信号时为低电平，接收到信号时为高电平。当然，不同接收模块性能不尽相同，如果读者在制作时候遇到此类现象，不妨可以试试此方法。

（3）发射模块和接受模块的天线可以选用（1/4λ）23.8 cm左右的硬质的铜线，在铅笔上缠成螺旋形并适当拉长即可。天线有一定的方向性，这与接收到的信号强弱有很大的关系。

（4）由于本代码未涉及精确的延时，对AVR熔丝位编程时选择使用内部RC振荡8M即可。

AVR系列单片机与51系列的单片机端口结构不同，它的输入输出的转换需要通过修改寄存器（DDRx）来实现。因此读写时需分清端口的方向。在本电路中，只用了PD3（接PS2的CLK）和PD4（接PS2的DATA）两个端口，利用PD3检测PS2的时钟下降沿产生中断，并按Bit读取PS2的串行数据。当然读者也可以进行修改以适用更加小巧的AVR单片机甚至贴片封装的单片机。

4 驱动下载

当CP2102转换器与主机连接后，必须根据操作系统选择相对应的虚拟串行口驱动程序。不必修改设备的应用程序，就像存取一个标准的物理串口一样访问该虚拟串口，端口设备会产生“CP2102 USB to UART Bridge Controller（COM×）”的新端口（×随计算机的配置而异），此时说明驱动程序安装成功。

5 结论

研究利用Mega8完成了鼠标移动数据的读取与PC机通信数据的传送，其实质为PS/2到TTL232协议的转换，有兴趣的读者可以使用更加小巧、低电压的芯片进行改造，使结构更加合理，外观更加美观。笔者将包含鼠标定位点的串口数据包使用无线收发模块为媒介，实现了无线数据传送和接受，从而完成了无线鼠标的制作，从通用性和易用性上说，具有广泛的应用价值。

[1]刘海成.AVR单片机原理及测控工程应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008（04）：364-374.

[2]求是科技.单片机典型模块设计实例导航[M].第二版.北京：人民邮电出版社，2009（09）：362-368.

[3]白智涛，赵莉，姜红梅.基于PS/2接口的无线鼠标[J].无线电工程，2000（06）：13-14.

TP334.2

A

1009-6434（2016）05-0069-01