基于USB的無線觸摸鼠標板的設(shè)計方法

　　隨著IT技術(shù)的發(fā)展，多媒體教學已經(jīng)在學校得到廣泛的應(yīng)用。但傳統(tǒng)的多媒體教學存在互動性不強等缺點，不利于師生的交流和溝通，基于這種情況，我們設(shè)計和實現(xiàn)了一種基于USB的無線觸摸鼠標板，使得教師在學生座位旁依然可以像站在講臺那樣自由控制電腦。

　　1系統(tǒng)組成

　　本系統(tǒng)可以大致分為兩個部分，其中一端是手持設(shè)備終端，提供PS/2接口供鼠標觸摸板接入使用；另一端是PC接入端，通過USB接口與主機相連，二者之間通過無線傳輸協(xié)議聯(lián)系在一起。整體構(gòu)架圖如圖1所示。

圖1整體構(gòu)架圖

　　因為設(shè)計所選用的CC2420集成了發(fā)送和接收功能在同一芯片中，故在手持終端和接入設(shè)備部分的無線收發(fā)器可復用同一模塊，無需重新設(shè)計。而在PC端，為了實現(xiàn)設(shè)計的普遍適用性以及即插即用的特性，對接人設(shè)備采用了HID類設(shè)計從而使PC端無需增加任何軟件，即可使用操作系統(tǒng)提供的設(shè)備驅(qū)動程序。

　　本設(shè)計的實驗開發(fā)板由筆者自行設(shè)計實現(xiàn)，不僅包括了本設(shè)計所需要的功能，還有調(diào)試功能以及擴展功能，供日后有需要時使用。

　　2 硬件設(shè)計與實現(xiàn)

　　2.1手持端硬件設(shè)計與實現(xiàn)

　　在手持端，主要包括的模塊有MCU控制模塊，無線發(fā)送模塊，PS/2接口模塊和調(diào)試模塊等。各模塊的功能示意圖如圖2所示：

圖2手持端模塊圖

　　2.1.1 MCU PIC整體控制模塊

　　MCU控制著整個系統(tǒng)的運行，包括軟件的觸發(fā)、運行，以及各個部分的協(xié)調(diào)工作。整個系統(tǒng)的軟件都是存儲并運行在MCU當中，在觸摸板事件響應(yīng)方面采用的是中斷觸發(fā)。而PS/2接口實際上只需兩條IO線，也就是說其只占用了MCU兩個管腳資源，其中一個為普通IO口，另一個則是中斷口，考慮到中斷12的可能沖突，可以通過跳線方式自行選擇。在CC2420方面，亦采用電平跳變中斷檢測其SFD及FIFOP的中斷請求，而其數(shù)據(jù)通信則是使用芯片集成的SPI接口中的RCA（SO）、RC5（si）、rico（CS-N）、RC3（SCK）等4條線來實現(xiàn)。

　　2.1.2串口模塊

　　由于USB的數(shù)據(jù)信息在其未被主機正確識別之前無法得到，并且在無線傳輸方面也需將數(shù)據(jù)及控制信息等傳回主機以供調(diào)試，所以在開發(fā)板上另外設(shè)計一個串口調(diào)試模塊，方便設(shè)計過程中的調(diào)試需要。

　　RS232規(guī)范使用12V供電，而開發(fā)板上使用的電壓為3.3V,這樣如果直接將數(shù)據(jù)線直接連到RS232接口上會將實驗板上的元件燒毀。為了實現(xiàn)不同電壓之間的連接，采用了RS232電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232.利用這個芯片我們可將12V電壓的數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換為3V,這樣就可以達到將數(shù)據(jù)與主機進行交互的目的。在數(shù)據(jù)傳輸線路上，由于PICl6F877A內(nèi)置了串口接口，所以只需使用RC6、RC7這兩根線就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，經(jīng)過MAX3232的電平變換到達主機。

　　2.1.3無線傳輸模塊

　　考慮到工藝問題，靠手工無法完成，所以采用模塊購買的方式來獲得CC2420的使用，購買的模塊僅有非常簡單的外圍器件，以及12根控制引腳外引（包括電源和地），這樣我們就可以通過MCU利用這12根引腳控制CC2420的工作了。根據(jù)該模塊的外接引腳，在實際的電路設(shè)計中設(shè)計了一個兩排12根線的接口，可以直接接到MCU控制接口，因為MCU和CC2420都是采用3.3V的電壓，所以不會有電壓過高的問題。

　　在CC2420的電路設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)，對于控制引腳SFD、FIFOP這兩個用于檢測中斷接受數(shù)據(jù)的接口尤其重要，如果在這兩條線路出現(xiàn)了干擾的話，在軟件的實現(xiàn)方面將產(chǎn)生很多不必要的軟件開銷，例如去除干擾等。所以在PCB設(shè)計的時候要對這兩條線加寬，不要橫跨電源和地，這樣會產(chǎn)生很大的干擾。

　　2.2 PC接入端硬件設(shè)計與實現(xiàn)

　　此部分將介紹接人設(shè)備的硬件設(shè)計與實現(xiàn)，在串口調(diào)試部分采用和手持端同樣的硬件設(shè)計，而在無線接受模塊，因為CC2420集合接收發(fā)送功能在同一芯片中，而應(yīng)用電路也采用同樣電路，故在接入設(shè)備部分可以使用相同模塊。所以在這里將主要介紹USB模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。

　　在USB接IZl方面，為了使用上的方便，將設(shè)備設(shè)計成標準的HID類鼠標，這樣可以直接使用操作系統(tǒng)自帶的驅(qū)動程序而無需安裝任何的驅(qū)動軟件。在供電方面使用標準USB接口提供的5V電源為USB芯片供電，接人端的主要硬件架構(gòu)可用圖3所示：

圖3接入端硬件構(gòu)架圖

　　在USB接口芯片的連接上，采用了與MCU控制器的INT0外部中斷的方式連接，這樣可以保證USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，而其他的控制接El使用一般的數(shù)據(jù)IO口，其8位數(shù)據(jù)傳輸口使用PICl6F877A的RD口連接。