毕业论文无线鼠标的设计与实现

毕业论文无线鼠标的设计与实现内容摘要：

1 数据 / 话音 1100 7 128 位 密钥 个人网络 RFID 数据 0 2 密钥 超市、物流管理 由上表比较可知， ZigBee 无线传输更适合本设计，所以本设计的无线传输部分采用 ZigBee 无线传输技术。 ZigBee 无线通信技术概述 ZigBee 技术 [12]是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，适用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入到各种设备中。 ZigBee 是一组基于 无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。 ZigBee 设备应该包括 (该标准定义了 RF 射频以及与相邻设备之间的通信 )的 PHY 和 MAC 层，以及 ZigBee 堆栈层、网络层 (NWK)、应用层和安全服务提供层。 ZigBee 联盟对网络层协议和 API 进行了标准化，完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点的 4K 字节或作为协调器的 32K 字节。 每个协调器可连接 255 个节点，几个协调器即可形成一个网络，对路由传输的数目没有限制。 ZigBee 联盟还开发了安全层，以保证不会意外泄漏其标识，网络的远距离传输不会被其它节点获得。 ZigBee 技术的主要特点包括： 低速率：只有 10k 字节 /秒到 250k 字节 /秒，满足低速率传输数据的应用需求； 低功耗：在低耗电待机模式下，两节普通 5 号干电池可使用 6 个月到 2 年； 无线鼠标的设计与实现 8 低成本： ZigBee 数据传输 速率低，协议简单，所以大大降低了成本，且 ZigBee协议免收专利费；大网络容量：每个 ZigBee 网络最多可支持 255 个设备； 短时延：通常时延都在 15 毫秒至 30 毫秒之间； 高安全： ZigBee 提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单 (ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准 (AEs128)的对称密码，以灵活确定其安全属性； 近距离：有效覆盖范围 1075 米之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本能够覆盖普通的家庭或办公室环境； 工作频段灵活：使用的频段分别为 、 868MHz(欧洲 )及 91SMHz(美国 )，均为免执照频段。 ZigBee 协议结构 ZigBee 结构采用分层技术，每一层负责完成所规定的任务并且向上层提供服务。 完整的 ZigBee 协议套件由高层应用规范、应用会聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。 网络层以上协议由 ZigBee 联盟制定， IEEE 负责物理层和链路层标准。 ZigBee协议栈的结构见图 32 所示。 图 32 ZigBee 协议栈 物理层：使用 协议，负责启动和关闭无线收发器，进行能量检测，链路质量检测，信道选择，清 除信道评估，以及通过物理媒体对数据包进行发送和接收。 河北北方 学院 2020 届 本科生毕业论文 9 MAC 层：使用 协议，负责设备之间无线数据链路的建立、维护以及结束，确认模式的数据传送和接收，可选时隙，实现低延迟传输，支持各种网络拓扑结构，网络中每个设备为 16 位地址寻址，通过物理层数据服务发送和接收 MAC 层协议数据。 网络层：负责配置一个新的设备，初始化网络，连接和断开网络，路由发现，邻居设备发现，接收控制生成网络层协议数据单元，指定拓扑传输路由。 应用层：应用层维持器件的功能属性，发现该器件工作空间中其他器件的工作，根据服务和 需求使多个器件之间进行通信，根据具体应用由用户开发。 ZigBee 协议栈基于标准的七层开放式系统互联 (051)模型，但仅对涉及 ZigBee 的层予以定义。 定义了物理层 (PHY)和介质访问控制层 (MAC)， ZigBee 联盟定义了网络层和应用层 (API)，其中应用层的框架包括了应用支持 (APS)， ZigBee 设备对象 (ZDO)和由制造商制订的应用对象。 无线鼠标的设计与实现 10 4 系统总体方案设计 本文设计一种基于 ZigBee 无线传输 的无线鼠标，共由两部分组成 ： 鼠标发送 端和鼠标接收端。 鼠标发送端包括一个 PS/2 鼠标 [13]和 ZigBee 转串口模块，鼠标接 收 端是一个 ZigBee USB 模块。 接收端通过 USB 与主机连接，进行通信。 选择鼠标发送端硬件结构时，由于 PS/2 鼠标是市场上比较常见的一种鼠标，其采用的协议比较简单，只需要对其进行初始化就可以正常使用，因此决定采用 PS/2 鼠标作为发送端。 利用 51 类型 单片机、 Keil 软件对 PS/2 鼠标进行解码。 由于无法用仿真软件进行仿真，所以用 LCD1602 显示鼠标的坐标和左右键信息。 解码后将鼠标信息通过 ZigBee 无线发送模块 CC2530 发送到 ZigBee 无线接收模块 CC2531，传输给电脑，完成鼠标与电脑的通信 ，实现无线鼠标的设计。 本设计的硬件实现框图如图 41 所示。 VCC +5V 控制线 CLK INT 数据线 DATA I/O I/O 输出 GND GND 供电 基于 ZigBee 无线传输 接收信息，实现鼠标操作 图 41 无线鼠标的实现框图 PS/2 鼠标接口 STC89C52RC LCD 显示 ZigBee 无线发送模块 CC2530 ZigBee 无线接收模块CC2531 PC 机 河北北方 学院 2020 届 本科生毕业论文 11 本设计的软件实现原理框架如图 42 所示。 图 42 软件实现原理框图 无线鼠标的设计与实现 12 5 PS/2 鼠标硬件设计与软件解码 PS/2 鼠标硬件设计 图 51 显示了鼠标与单片机接口的连接 [14]原理图，鼠标 1 接口为数据线，接单片机 口；鼠标 5 接口为时钟线，接单片机的 口。 图 51 鼠标与单片机接口的连接图 解码后由 LCD1602 显示鼠标坐标和按键信息，无误后发送给 CC2530 模块进行传输。 LCD1602 显示的硬件设计如图 52 所示。 图 52 LCD1602 与单片机的连接图 ZigBeeCC2530 模块发射端管脚说明： 端口 1： 端口 2：无效，可浮空，不连接 河北北方 学院 2020 届 本科生毕业论文 13 端口 3：无效，可浮空，不连接 端口 4： GND_0V 端口 5： 无效，可浮空，不连接 端口 6： 无效，可浮空，不连接 端口 7： 接 ，鼠标左键，低电平有效 端口 8： 接 ，鼠标右键 ，低电平有效 端口 9： 接 ，光标左移，低电平有效 端口 10：接 ，光标右移，低电平有效 端口 11：接 ，光标上移，低电平有效 端口 12：接 ，光标下移，低电平有效 无线传输 CC2530 模块为 供电， ZigBee 无线传输 CC2530 模块与单片机连接方式如图 53 所示。 图 53 CC2530 模块与单片机连接图 在实际电路设计中 51 单片机采用 5V 供电，在给 CC2530 供电时在电源正极串联两个 1N4007 二极管，实现 左右的压降。 整体电 路设计见附录 A。 将 USB 端插入电脑 USB 接口，自动识别驱动 USB 端接入电脑后红灯亮，指示工作正常，并等待鼠标端发射，接收到信号后红灯将变为信号灯，此后，有输入时，红灯会点亮，无输入则关闭。 目前支持左键、右键、左右上下光标移动。 模块中内置按键滤波函数。 PS/2 鼠标软件解码程序设计 鼠标的发送端由两个模块组成，分别是 ZigBee 无线传输 CC2530 模块和 PS/2 模块。 ZigBee 模块要寻找 ZigBee 网络并尝试连接接收端，处理鼠标数据的采集和发送。 无线鼠标的设计与实现 14 液晶显示器功能简介 LCD1602 主要技术参数： 显示容量： 162 个字符 芯片工作电压： 工作电流： () 模块最佳工作电压： 字符尺寸： (WH) mm 引脚功能说明： LCD1602 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 51 所示。 表 51 LCD1602 各引脚接口说明 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据 /命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读 /写选择 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 9 D1 数据 16 BLK 背光源负极 第 1 脚： VSS 为地电源。 第 2 脚： VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚： VL 为液晶显示器对比度调整端，接电源 正极 时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生 “鬼影 ”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚： RS 为寄存器选择，高 电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚： R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 RS和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚： E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极。 河北北方 学院 2020 届 本科生毕业论文 15 基本操作时序表如 图 52 所示。 图 52 基本操作时序 图 设计中定义的部分 LCD1602 显示的子程序 [15]： void LCD1602_Init(void)； //液晶初始化 void LCD1602_write_cmd(unsigned char mand)； //写命令 void LCD1602_write_data(unsigned char temp)； //写数据 void LCD1602_set_xy(unsigned char x， unsigned char y)； //设置 坐标 void LCD1602_write_char(unsigned x， unsigned char y， unsigned char dat)； //写一个字符到第 x 行 y 列 void LCD1602_write_string(unsigned char x， unsigned char y， unsigned char *s)； //写字符串到第 x 行 y 列 void LCD1602_Read_BF(void)； //读忙信号 void num(unsigned char x， unsigned char y， unsigned int n)； //在第 x 行 ， 第 y 列显示整型数字 n 鼠标发送端软件结构及原理 鼠标发送端软件结构原理图如图 54 所示。 无线鼠标的设计与实现 16 图 54 鼠标发送端软件结构原理图 55 所示。 void Init_mouse(void) { TCON=0x00； EA=1； EX1=1； //允许外部中断 1 ET0=0x01； //允许全局中断，允许定时器 /计数器 0 溢出中断 PX1=1； //设置中断优先级 } 图 55 鼠标初始化 开始 开中断 ET0 开外部中断 EX1 设置中断优先级， 中断 EX1 优先 鼠标初始化结束 关闭 TCON 寄存器 关闭 TCON 寄存器 端口初始化赋 值。