2.4GHz無線鼠標鍵盤接收器的設計(一)
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隨著無線通信技術的不斷發(fā)展，近距離無線通信領域出現(xiàn)了藍牙、RFID、WIFI等技術。這些技術不斷應用在嵌入式設備及PC外設中。 2．4 GHz無線鼠標鍵盤使用24～2．483 5 GHz無線頻段，該頻段在全球大多數(shù)國家屬于免授權使用，這為無線產品的普及掃清了最大障礙。用戶可迅速地進入與世界同步的無線設計領域，最大限度地縮短設計和生產時間，并且具有完美性能，能夠替代藍牙技術。
1 系統(tǒng)硬件結構
2．4 GHz無線鼠標鍵盤接收器主要實現(xiàn)鼠標、鍵盤等HID類設備在PC機上的枚舉識別過程和接收無線鼠標或鍵盤發(fā)送的數(shù)據(jù)（包括按鍵值、鼠標的上下左右移動 等），并將接收到的數(shù)據(jù)通過USB接口傳送給PC機，實現(xiàn)鼠標鍵盤的無線控制功能。接收器主要由USB接口部分、MCU和無線接收部分組成。系統(tǒng)硬件框圖 如圖l所示。
1. 1 USB接口部分
系統(tǒng)采用HOLTEK公司生產的8位USB多媒體鍵盤編碼器HT82K95E作為系統(tǒng)核心。鼠標、鍵盤等HID類設備為低速設備，所以接 收器要能同時實現(xiàn)鼠標和鍵盤數(shù)據(jù)同PC機的雙向傳輸。MCU首先必須具有低速的USB接口，并且最少支持3個端點（包括端點O）。綜合考慮選用了 HT82K95E作為本系統(tǒng)的主控芯片。
本系統(tǒng)的USB接口部分電路圖如圖2所示，其中電阻R100、R101、R102、R103、R104和電容C102、C114和C115用于EMC。由于鼠標和鍵盤設備屬于從設備，所以應在USB-信號線上加1．5 kΩ的上拉電阻。
圖2
1．2 MCU部分
MCU的復位電路采用由R108和C105組成的RC積分電路實現(xiàn)上電復位功能。上電瞬間，由于電容電壓不能突變，所以復位引腳為低電平，然后電容開始緩 慢充電，復位引腳電位開始升高，最后變?yōu)楦唠娖?，完成芯片的上電復位。HT82K95E微控制器內部還包含一個低電壓復位電路（LVR），用于監(jiān)視設備的供電電壓。如果設備的供電電壓下降到0．9 V～VLVR的范圍內并且超過1 ms的時間，那么LVR就會自動復位設備。
應當注意的是對于該設備的復位電路，還應加1個二極管1N4148，接法如圖2中的VD100。如果不加此二極管，設備在第一次使用時能夠正常復位，但在以后的使用卻無法正常復位，原因是電容中的電荷無法釋放掉，而該二極管可以通過整個電路快速釋放掉電容中的電荷。
由于nRF24L01的數(shù)據(jù)包處理模式支持與單片機低速通信而無線部分高速通信，并且nRF24L01內部有3個不同的RX FIFO寄存器和3個不同的TX FIFO寄存器，在掉電模式下、待機模式下和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中MCU可以隨時訪問FIFO寄存器。這就允許SPI接口低速傳送數(shù)據(jù)，并且可以應用于MCU 硬件上沒有SPI接口的情況下。因此在設計中使用HT82K95E的PA口模擬SPI總線與nRF42L01的SPI接口通信。
1．3 無線接收部分
無線接收部分電路圖如圖3所示。由于nRF24L01是工作于2．4 GHz的高頻元件，因此，系統(tǒng)的PCB設計的好壞，直接影響系統(tǒng)的性能。在設計時，必須考慮到各種電磁干擾，注意調整電阻、電容和電感的位置，特別要注意 電容的位置。nRF24L01模塊的PCB為雙面板，底層不放置任何元件，在地層，頂層的空余地方（除天線襯底之外）都覆上銅，并通過過孔與底層的地相 連。
2 協(xié)議分析
2．1 nRF24L01無線通信協(xié)議
2．4 GHz無線通信協(xié)議分為3層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。物理層包括GFSK調制和解調器、接收和發(fā)送濾波器、射頻合成器、SH接口和電源管理，主要完 成數(shù)據(jù)的調制解調、編碼解碼、FHSS跳頻擴頻和SPI通信。數(shù)據(jù)鏈路層主要完成解包和封包過程。該協(xié)議有2種基本的封包：數(shù)據(jù)包和應答包。數(shù)據(jù)包格式如 表1所示。
前導碼用來檢測0和1，nRF24L01在接收模式下去除前導碼，在發(fā)送模式下加入前導碼。地址內容為接收機地址，地址寬度是3、4或5字節(jié)，可以對接收通道和發(fā)送通道分別進行配置，接收端從接收到的數(shù)據(jù)包中自動去除地址。
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