收藏 分享(赏)

51兼容射频Soc nRF9E5与无线光机鼠标设计new.doc

上传人:dreamzhangning 文档编号:2257841 上传时间:2018-09-07 格式:DOC 页数:11 大小:56KB
下载 相关 举报
51兼容射频Soc nRF9E5与无线光机鼠标设计new.doc_第1页
第1页 / 共11页
51兼容射频Soc nRF9E5与无线光机鼠标设计new.doc_第2页
第2页 / 共11页
51兼容射频Soc nRF9E5与无线光机鼠标设计new.doc_第3页
第3页 / 共11页
51兼容射频Soc nRF9E5与无线光机鼠标设计new.doc_第4页
第4页 / 共11页
51兼容射频Soc nRF9E5与无线光机鼠标设计new.doc_第5页
第5页 / 共11页
点击查看更多>>
资源描述

1、51 兼容射频 Soc nRF9E5 与无线光机鼠标设计日期:2004-12-7 来源:21IC 中国电子网 作者:武汉理工大学 郑启忠 耿四军 朱宏辉 字体:大 中 小 作者 Email: 【摘 要】本文首先比较详细、系统地介绍了最新 51 兼容射频 SoC nRF9E5 的片内微控制器和其它功能模块;然后分析了无线鼠标与有线鼠标的区别,并引出了无线光机鼠标的概念和工作原理,给出用 nRF9E5 进行无线光机鼠标设计的方案和该方案中的电池寿命的计算方法;最后,说明用 nRF9E5 进行无线光机鼠标设计的优势。【关键词】nRF9E5;射频;无线通信;光机鼠标;鼠标 1. 引言nRF9E5 是

2、 Nordic VLSI 公司于 2004 年 2 月 5 日推出的系统级 RF 芯片,其内置 nRF905 433/868/915MHz 收发器、8051兼容微控制器和 4 输入 10 位 80ksps AD 转换器,是真正的系统级芯片。内置 nRF905 收发器与 nRF905 芯片的收发器一样,可以工作在 ShockBurstTM(自动处理前缀、地址和 CRC)方式。内置电压调整模块,最大限度地抑制噪音,为系统提供 1.9V 到 3.6V 的工作电压。nRF9E5 符合美国通信委员会和欧洲电信标准学会的相关标准。由于 nRF905 功耗低,工作可靠,因此很适用于无线光机鼠标设计。2. n

3、RF9E5 功能介绍2.1 微控制器nRF9E5 的片内微控制器与标准 51 兼容。指令时序与标准 51稍有区别,典型的区别是 nRF9E5 的片内微控制器的指令周期为 4 到 20 个指令周期。中断控制器支持 5 个扩展的中断源:ADC 中断、SPI 中断、RADIO1 中断、RADIO2 中断和唤醒定时器中断。片内控制器还有 3 个与 8052 相同的定时器。一个和 8051 相同的串口,可以用定时器 1 和定时器 2 来作为异步通信的波特率产生器。此外,还扩展了两个数据指针,以方便于从 XRAM 区读取数据。微处理器中有 256 字节的数据 RAM 和 512 字节的 ROM。上电复位或

4、软件复位后,处理器自动执行 ROM 中的引导区中的代码。用户程序通常是在引导区的引导下,从 EEPROM 加载到 1 个 4K 的 RAM 中,这个 4K 的 RAM 也可作存储数据用。如果应用当中不用掩膜 ROM(也即内含的 ROM),程序代码必须从外部非易失性存储器中加载,比较常见的是通过 SPI 接口扩展型号为 25320 的 EEPROM。nRF9E5 的大部分寄存器和标准 8051 相同,只是为了控制一些 8051 没有的功能,增加了一些特殊功能寄存器,如 RADIO(P2)、ADCCON、ADCDATAH、ADCDATAL、ADCSTATIC、 PWMCON、PWMDUTY 等。n

5、RF9E5 中的 P0、P1 和 P2口寄存器地址和标准 8051 中的相同,都是 0x80,0x90,0xA0,但功能和标准 8051 中的有所不同。图 1 nRF9E5 功能图12.2 PWM nRF9E5 内有一个可编程控制的 PWM(脉宽调制)输出,使用时,通过程序改变 P0.7 的功能来实现,并可编程决定 PWM工作于 6 位、7 位或 8 位。PWM 的频率与晶振有关,可编程控制。2.3 SPI 接口SPI(串行外设接口 )的接口引脚有 MISO(接收 EEPROM 的 SDO 送来的数据)、SCK(给 EEPROM 的 SCK 提供时钟信号) 、MOSI(送数据到 EEPROM

6、的 SDI)、EECSN(给 EEPROM 的 CSN 送使能信号)。SPI 口的 MISO、SCK 和 MOSI 与 P1 口的低3 位重用,通过寄存器 SPI_CTRL 控制来控制功能间的撤换。SPI 硬件不产生任何片选信号,可以用 GPIO 口来进行片选。通常,系统上电时,SPI 自动和片外的 25320 相连,当程序加载完成后,MISO(P1.2)、MOSI(P1.0) 和 SCK(P1.0)可能会用作其它用途,比如其它的 SPI 器件或 GPIO。2.4 LF 时钟,RTC 唤醒定时器, GPIO 唤醒和 WTD nRF9E5 内有一个低频的时钟 CKLF,该时钟常开。当晶振开始工作

7、后,CKLF 频率为 4kHz;晶振不工作时,CKLF 是一个低功耗 RC 晶振并且不能禁能,只要 VDD 1.8V,其连续工作。RTC 唤醒定时器、WTD( 看门狗) 和 GPIO 唤醒全都工作在 CKLF 频率,以保证芯片低功耗工作时能够完成这三个功能。RTC 唤醒定时器是个 24 位可编程控制的递减计数器,WTD 则是个 16 位可编程控制的递减计数器。RTC 唤醒定时器和 WTD 的循环周期一般在 300us 和 80ms 之间,默认为 1ms。2.5 AD 转换器nRF9E5 片内有 10 位 ADC,AD 转换参考电压可以通过软件设置在 AREF 和 1.22V 之间(内部参考电压

8、 )。AD 转换器的 4个输入可通过软件进行选择,通道 0 到 3 可以把对应引脚 AIN0 到 AIN3 上的电压值分别转换为数字值,通道 4 用于对 nRF9E5 工作电压的监控。AD 转换器默认工作于 10 位方式,可通过软件使其工作于 6 位、8 位或 12 位方式。2.6 射频收发器nRF9E5 收发器通过内部并行口或内部 SPI 口与其它模块进行通信,具有同单片射频收发器 nRF905 相同的功能。DuoCeiver 接收器输出的数据准备信号,可通过程序使其为微处理器的中断或通过 GPIO 口的传给 CPU。nRF9E5 工作于 433/868/915 ISM 频段。收发器由一个完

9、整的频率合成器、一个功率放大器、一个调节器和两个接收器组成。输出功率、频道和其它射频参数可通过对特殊功能寄存器 RADIO(0xA0)编程进行控制。发射模式下,射频电流消耗仅为 11mA,接收模式下为 12.5mA。为了节能,可通过程序控制收发器的开/关。3. 无线鼠标的基本知识2无线鼠标的基本功能和普通鼠标相同,唯一的区别是无线鼠标通过无线方式传送鼠标信息给 PC 机,而普通鼠标是通过电线。这意味着无线鼠标检测鼠标移动和按键信息的方法和普通有线鼠标一样,也是用开关来检测按键,用球和滚轴来检测鼠标的移动。无线鼠标使用电池供电,所以应该尽量考虑节能问题,尽量用最少的次数就能把检测到的鼠标信息发送

10、到 PC 机。无线鼠标在 PC 机处还应有一个接收器,一般该接收器是通过 USB 接口或串口与 PC 机相连,目前发展的趋势是采用 USB 接口。4. 无线光机鼠标方案无线光机鼠标器,即将滚轮的机械转动转换成光信号,然后变为数字电信号再通过无线的方式发送给和 PC 机相连的接收器。无线光机鼠标器底部有一个露出一部分的塑胶小球,当鼠标器在操作桌面上移动时,小球随之转动,在鼠标器内部装有三个滚轴与小球接触,其中有两个分别是 X 轴方向和Y 轴方向滚轴,用来分别测量 X 轴方向和 Y 轴方向的移动量,另一个是空轴,仅起支撑作用。拖动鼠标器时,由于小球带动三个滚轴转动,X 轴方向和 Y 轴方向滚轴又各

11、带动一个转轴(称为译码轮)转动。译码轮(见图 2)3的两侧分别装有红外图 2 译码轮和光敏传感器工作原理发光二极管和光敏传感器,组成光电耦合器。光敏传感器内部沿垂直方向排列有两个光敏晶体管 A 和 B。由于译码轮有间隙,故当译码轮转动时,红外发光二极管发出的红外线时而照在光敏传感器上,时而被阻断,从而使光敏传感器输出脉冲信号。光敏晶体管 A 和 B 被安放的位置使得其光照和阻断的时间有差异,从而产生的脉冲 A 和脉冲 B 有一定的相位差,利用这种方法,就能测出鼠标器的拖动方向。塑胶小球的移动带动滚轴转动,滚轴每转动一个小角度,鼠标位置计数器加 1,每隔一定时间,nRF9E5 就把鼠标位置计数器

12、的值读出,通过计算得出鼠标移动的位移,再把位移信息发送给 PC 机。鼠标的按键是典型的开关,每个开关和 nRF9E5 的一个 GPIO口相连。与开关相连的 GPIO 口配置为输入状态,并通过外部上拉电阻把其置高。按键在被按下的时候可能会出现抖动,所以在软件设计的时候一般要考虑到去抖动,一般的方法是延时 15-25ms 再去检测按键。一般的鼠标按键有:左键、中键和右键。系统原理图如图 3 所示。射频部分基于 nRF9E5 设计,系统晶振为 16MHz,EEPROM存储程序,使用 nRF9E5 的 ShockBurstTM 工作方式发送鼠标信息包。ShockBurstTM 工作方式在芯片硬件设计时

13、就已经考虑到节能,因此使用该工作方式可以延长电池寿命。5. 无线光机鼠标电池寿命算法25.1 工作状态分析无线光机鼠标中,最耗电是红外发光二极管,而不是射频收发部分,因此,要使发光二极管尽量少耗电并且鼠标又能正常工作。下文给出一个节电的方法,首先把发光二极管的工作状态分为以下三种:状态 1:鼠标在移动并且要求以最大的精确度测出移动信息。此状态下,tledon=10us,tkedoff=200us,每隔 10ms,鼠标信息被精确算出并发送给 PC 机。状态 2:鼠标刚刚被用过但现在不用。此状态下 tledon=10us, tledoff=25000us。当用户再次拖动鼠标时,也不会感觉得出 25

14、000us 的短延时。鼠标从状态 1 进入状态 2 一般应在 5ms 左右,当鼠标检测到移动时,应立刻从状态 2 进入状态 1。状态 3:当鼠标很长时间没用时,进入状态 3。此状态下tledon=10us,tledoff=100000us。同样,很久没有使用之后再次拖动鼠标时,用户感觉不出来 100000us 的延时。一旦检测出鼠标被移动时,鼠标应该马上进入状态 1,从状态 2 进入状态 3 一般要 1 到 2 分钟。5.2 工作电流的计算发光二极管的工作电流是 10mA。nRF9E5 在工作状态时工作电流为 3mA,空闲状态时工作电流是 25uA,传送 ShockBurstTM 数据包时工作

15、电流为 11mA。各个状态时的平均电流可根据公式(1)来计算:至于状态 1,要考虑到 ShockBurstTM 发射所消耗的电流。假设数据包共为 124 位,发射速度为 1Mbit/s,则 nRF9E5 所用时间为 124us,此外,起动时间为 202us,ShockBurstTM 的工作时间加起来应该是 326us。因此,可得到状态 1 的平均电流算式,如式(4)nRF9E5 推荐外接晶振频率为 16MHz,当外接晶振工作频率降低时,无线光机鼠标的平均工作电流也会明显降低。经过计算,nRF9E5 外接晶振是 4MHz 的无线光机鼠标的电池寿命约为外接晶振是 16MHz 时的 1.33 倍。同样,降低 nRF9E5 的射频发射速度,无线光机鼠标的电池寿命也会增大。5. 结论nRF9E5 尺寸小,使用中外围元件少,433/868/915MHz 三个工作频率,非常适合用来做无线光机鼠标与 PC 机进行通信。nRF9E5 的 ShockBurstTM 技术,使得无线光机鼠标的功耗更低,设计中为节约用电而编写的程序更少,并且电池监管更方便。此外,nRF9E5 更易于实现安全的无线光机鼠标信息的发送,如果设计需要,还可以扩展更多的鼠标按键。

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 高等教育 > 大学课件

本站链接:文库   一言   我酷   合作


客服QQ:2549714901微博号:道客多多官方知乎号:道客多多

经营许可证编号: 粤ICP备2021046453号世界地图

道客多多©版权所有2020-2025营业执照举报