基于2．4 GHz射頻通信的多功能鼠標設(shè)計

1．2 電源管理
手持系統(tǒng)對低功耗有較嚴格的要求。MSP430系列單片機有5種低功耗模式。在一定時間內(nèi)無操作的情況下，可以使其進入某一種低功耗模式，這時的工作電流可以控制在十幾μA以下。
對于外圍器件，如光傳感器和無線發(fā)射部分，設(shè)置了一個開關(guān)，在主控芯片進入低功耗模式之前先切斷它們的電源，使系統(tǒng)的功耗進一步降低。而在有操作到來的時候，主控芯片從低功耗模式返回到活躍模式，首先將外圍器件的電源開關(guān)打開，這樣可以保證系統(tǒng)正常工作。低功耗電源控制電路如圖3所示。開關(guān)由一個PNP型的晶體管構(gòu)成，基極作為控制信號的輸入，發(fā)射極為電壓輸入，集電極為電壓輸出?？刂菩盘柕碾娖阶兓梢钥刂凭€路上電源的通斷。

1．3 光傳感器部分
光傳感器ADNS-5030用于鼠標的定位。ADNS-5030的正常工作電壓為3．3 V，在光傳感器的設(shè)計中需要將電池供電輸出的3．O V電壓轉(zhuǎn)換成其所需要的3．3 V電壓。電路采用HT7733芯片來完成電壓的轉(zhuǎn)換。ADNS-5030通過SPI總線與主控芯片進行數(shù)據(jù)通信，其連接方式如圖4所示。

1．4 按鍵與鍵盤
多功能無線鼠標的按鍵與普通鼠標的按鍵功能基本相同，只是將普通鼠標的滾輪(wheel)改成了上下鍵的設(shè)計。這兩種設(shè)計的功能是相同的。鍵盤用于阿拉伯數(shù)字、字母以及各種功能鍵的輸入。采用矩陣式的手機鍵盤，節(jié)省了主控芯片的I／O口資源。

2 軟件部分設(shè)計
2．1 通用I／O模擬SPl接口
無線發(fā)射芯片nRF24L01和光傳感器ADNS-5030均是采用SPI總線與主控芯片進行數(shù)據(jù)交換的。出于成本考慮，本設(shè)計所選用的主控芯片MSP430F413內(nèi)部沒有SPI總線接口，因此，需要用通用I／O口來模擬SPI接口。
用通用I／O口來模擬SPI串行接口，必須嚴格遵守器件SPI的總線時序。ADNS-5030的SPI總線時序有幾個需要注意的地方：一是SPI總線的串行時鐘頻率應(yīng)小于1 MHz，若SPI總線的時鐘頻率過高，器件無法在短時間內(nèi)作出響應(yīng)，相應(yīng)的操作也就無法完成；二是ADNS-5030對SPI總線上的時鐘信號要求50％的占空比，這種要求并不是針對所有器件的，但對具體提出這種要求的個例，就必須遵循了(實驗證明這個結(jié)論是正確的，筆者通過在程序中加空指令的方式來填補空缺，使其占空比達到器件的要求)；三是SPI總線操作中有許多必要的延時，如讀操作中寫地址和讀數(shù)據(jù)之間需要4 μs的延時，程序中若無該延時，就不能執(zhí)行正常的讀寫操作。
2．2 無線發(fā)射部分
nRF24L01的工作原理如下：發(fā)射數(shù)據(jù)時，首先將nRF24L01配置為發(fā)射模式，接著把接收節(jié)點地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時序由SPI口寫入nRF24L01緩存區(qū)。TX_PLD必須在CSN為低時連續(xù)寫入，而TX_ADDR在發(fā)射時寫入一次即可。然后，CE置為高電平并保持至少10μs，延遲130μs后發(fā)射數(shù)據(jù)。若自動應(yīng)答開啟，那么nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進入接收模式，接收應(yīng)答信號(自動應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點地址TX_ADDR一致)。如果收到應(yīng)答，則認為此次通信成功，TX_DS置高，同時TX_PLD從TX_FIFO中清除；若未收到應(yīng)答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動重發(fā)已開啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC)達到上限，MAX_RT置高，TXFIFO中數(shù)據(jù)保留以便再次重發(fā)。MAX_RT或TX_DS置高時，使IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU。發(fā)射成功時，若CE為低，則nRF24L01進入待機模式1；若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進入下一次發(fā)射；若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且CE為高，則進入待機模式2。
接收數(shù)據(jù)時，首先將nRF24L01配置為接收模式，接著延遲130μs進入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當接收方檢測到有效的地址和CRC時，就將數(shù)據(jù)包存儲在RXFIFO中，同時中斷標志位RX_DR置高，IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU取數(shù)據(jù)。若此時自動應(yīng)答開啟，接收方則同時進入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。接收成功時，若CE變低，則nRF24L01進入待機模式1。
nRF24L01有發(fā)射、接收、待機和掉電4種工作模式，可以通過配置寄存器來設(shè)置其工作狀態(tài)，如表1所列。