系統(tǒng)級RF收發(fā)芯片nRF24E1及其在無線鍵盤中的應用
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無線鍵盤大部分都由電池供電，所以需要用到許多節(jié)能技術?；诠?jié)能的目的，許多無線鍵盤沒有使用有線鍵盤上的“Num Lock”、“Caps Lock”、“Scroll Lock”這3個LED指示燈。另外，無線鍵盤應該合理有效地使用RF模塊，從鍵盤到PC的RF數(shù)據(jù)包可能包含多達8個的擊鍵信息。鍵盤掃描矩陣約每秒鐘掃描500次，一般每個掃描周期內(nèi)，所檢測到的擊鍵不多于1個。因為人感覺不到150ms的檢測延時，所以，當鍵盤檢測到1個擊鍵和發(fā)送RF數(shù)據(jù)包到PC后，可以空閑150ms以上的時間，直到有下一個按鍵被按下，這樣可以盡量減少RF模塊的工作時間[2]。
對于只需要發(fā)送數(shù)據(jù)的鍵盤，使用nRF24E2即能滿足一般鍵盤的需要。如果要求鍵盤不僅能夠發(fā)送信息而且還要接收PC機反饋信息，則需要使用nRF24E1來做鍵盤中的無線模塊。雙向收發(fā)更利于實現(xiàn)密碼編制、數(shù)據(jù)包重發(fā)和當系統(tǒng)關閉時鍵盤處于節(jié)能狀態(tài)。
3nRF24E1在無線鍵盤中的應用
3.1 鍵盤掃描矩陣
nRF24E1與無線鍵盤的接口方式如圖2所示。普通PC鍵盤的按鍵是104個，而圖2所示的鍵盤矩陣為8行20列，最多可定義160個按鍵開關。設計過程中，其中的某些按鍵可以不進行定義。每個按鍵布置在行列交接處，當按鍵被按下時，與該按鍵相接的行和列即被短接。為了進行鍵盤矩陣掃描，nRF24E1按時序把列掃描信號送到移位寄存器。列掃描信號由1個“0”和19個“1”組成，“0”在移位寄存器中逐位往后移，每移動1次，鍵盤行的狀態(tài)就被掃描1次。如果此列的某按鍵被按，則與該按鍵相對應的行值為“0”，其他的為“1”。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/166861.htm
在鍵盤掃描的過程中，按鍵可能會出現(xiàn)抖動，因此編寫軟件時應該考慮到去抖動問題。常用的去抖動方法：一旦系統(tǒng)檢測到某按鍵被按下，則延時30～50ms后再去檢測該按鍵。如果此時檢測到的該按鍵狀態(tài)還是被按下狀態(tài)，就把該按鍵當作被按下一次處理。
3.2 系統(tǒng)軟件
nRF24E1有4KB的片內(nèi)RAM，這對于鍵盤軟件已經(jīng)夠用。系統(tǒng)上電后，E2PROM中的程序自動下載到該4KB的RAM中，MCU即可直接對RAM中的代碼進行讀寫。
鍵盤軟件的功能：
(1)提供移位寄存器所需要的列掃描信息。
(2)讀出行掃描值。
(3)檢測按鍵被按下和去抖動。
(4)發(fā)送掃描到的被按下按鍵的信息到PC。
(5)節(jié)能狀態(tài)循環(huán)。
無線鍵盤應該使用節(jié)能技術以延長電池的壽命。nRF24E1片內(nèi)nRF2401的ShockBurstTM技術是為用戶節(jié)能設計的，所以設計人員在編寫軟件時可以不考慮節(jié)能問題。但是，設計人員應該考慮在系統(tǒng)空閑時怎樣進一步減小電流。
nRF2401的晶振為16MHz時，其片內(nèi)的8051內(nèi)核工作電流為3mA。由于鍵盤是周期性工作的，相對工作時間來說，鍵盤的空閑時間很長。所以，當鍵盤不工作時，有必要把片內(nèi)8051設為空閑狀態(tài)，且片內(nèi)8051空閑狀態(tài)的工作電流只有2μA，用此來減小電池消耗。系統(tǒng)在空閑狀態(tài)和工作狀態(tài)時的任務分述如下。
空閑狀態(tài)：
（1）完成所有的鍵盤掃描(約需要0.5ms)。
?。?）如果有按鍵被按下，則進入工作狀態(tài)。
?。?）把8051設為空閑狀態(tài)，同時RTC的喚醒時間設為20ms。
?。?）空閑狀態(tài)循環(huán)。
工作狀態(tài)：
?。?）每秒鐘掃描鍵盤500次。
?。?）發(fā)送所有的按鍵信息給PC。
（3）如果10秒鐘內(nèi)沒有按鍵被按下，則進入空閑狀態(tài)。
?。?）工作狀態(tài)循環(huán)。
一般來說，按照上述方法考慮電池節(jié)能的問題，可以使電池的壽命提高約40倍。所以，在系統(tǒng)軟件設計時，進行電池節(jié)能的考慮至關重要。
4 結 論
實踐證明，nRF24E1非常適合用來實現(xiàn)無線鍵盤與PC機之間的通信，其優(yōu)點：
?。?）nRF24E1內(nèi)嵌8051，更易于減小體積。
?。?）采用了ShockBurstTM技術，使編程更方便。
?。?）更易于實現(xiàn)安全的鍵盤信息發(fā)送。
（4）2.4GHz的收發(fā)頻段為全球開放頻段。
?。?）電池監(jiān)管更方便，并且功耗低。
?。?）nRF24E1具有的GPIO使得擴展其他功能，如LED指示等更加容易。
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