摘要：针对RF 无线鼠标传输速度慢、传输距离有限的缺点，提出了一种2.4 GHz 无线鼠标键盘接收器的设计方案。采用USB 多媒体键盘编码器HT82K95E 和射频收发器nRF24L01 进行设计，以HT82K95E 为核心，完成HID 设备的枚举过程。控制器利用普通I/O 口模拟SPI 总线，完成了与无线收发模块的数据交换。采用nRF24L01 无线通信协议中的Enhanced ShockBurst 收发模式，数据低速输入，但高速发射，从而实现了鼠标键盘复合设备与主机间的无线通信功能。试验结果表明，由于采用了2.4 GHz 无线技术，该无线鼠标键盘接收器能够有效传输距离可达10 m，大大降低功耗，增强了抗干扰性能。
随着无线通信技术的不断发展，近距离无线通信领域出现了蓝牙、RFID、WIFI 等技术。这些技术不断应用在嵌入式设备及PC 外设中。2.4 GHz 无线鼠标键盘使用2.4～2.483 5 GHz无线频段，该频段在全球大多数国家属于免授权使用，这为无线产品的普及扫清了最大障碍。用户可迅速地进入与世界同步的无线设计领域，最大限度地缩短设计和生产时间，并且具有完美性能，能够替代蓝牙技术。
1 系统硬件结构：
2.4 GHz 无线鼠标键盘接收器主要实现鼠标、键盘等HID 类设备在PC 机上的枚举识别过程和接收无线鼠标或键盘发送的数据（包括按键值、鼠标的上下左右移动等），并将接收到的数据通过USB 接口传送给PC 机， 实现鼠标键盘的无线控制功能。接收器主要由USB 接口部分、MCU 和无线接收部分组成。系统硬件框图如图1 所示。
系统采用HOLTEK 公司生产的8 位USB 多媒体键盘编码器HT82K95E 作为系统核心。鼠标、键盘等HID 类设备为低速设备， 所以接收器要能同时实现鼠标和键盘数据同PC 机的双向传输，MCU 首先必须具有低速的USB 接口，并且最少支持3 个端点（ 包括端点0）。综合考虑选用了HT82K95E 作为本系统的主控芯片。
本系统的USB 接口部分电路图如图2 所示， 其中电阻R100、R101、R102、R103、R104和电容C102、C114和C115用于EMC。由于鼠标和键盘设备属于从设备， 所以应在USB-信号线上加1.5 kΩ 的上拉电阻。
1.2 MCU 部分：
MCU 的复位电路采用由R108和C105组成的RC 积分电路实现上电复位功能。上电瞬间，由于电容电压不能突变，所以复位引脚为低电平，然后电容开始缓慢充电，复位引脚电位开始升高， 最后变为高电平， 完成芯片的上电复位。
HT82K95E 微控制器内部还包含一个低电压复位电路（LVR），用于监视设备的供电电压。如果设备的供电电压下降到0.9 V～ VLVR的范围内并且超过1 ms 的时间，那么LVR就会自动复位设备。
应当注意的是对于该设备的复位电路， 还应加1 个二极管1N4148,接法如图2 中的VD100。如果不加此二极管，设备在第一次使用时能够正常复位， 但在以后的使用却无法正常复位，原因是电容中的电荷无法释放掉，而该二极管可以通过整个电路快速释放掉电容中的电荷。
由于nRF24L01 的数据包处理模式支持与单片机低速通信而无线部分高速通信，并且nRF24L01 内部有3 个不同的RX FIFO 寄存器和3 个不同的TX FIFO 寄存器， 在掉电模式下、待机模式下和数据传输的过程中MCU 可以随时访问FIFO 寄存器[5]。这就允许SPI 接口低速传送数据，并且可以应用于MCU 硬件上没有SPI 接口的情况下。因此在设计中使用HT82K95E 的PA 口模拟SPI 总线与nRF42L01 的SPI 接口通信。
1.3 无线接收部分：
无线接收部分电路图如图3 所示。由于nRF24L01 是工作于2.4 GHz 的高频元件，因此，系统的PCB 设计的好坏，直接影响系统的性能。在设计时， 必须考虑到各种电磁干扰，注意调整电阻、电容和电感的位置，特别要注意电容的位置。nRF24L01 模块的PCB 为双面板，底层不放置任何元件，在地层，顶层的空余地方（除天线衬底之外）都覆上铜，并通过过孔与底层的地相连。
2.1 nRF24L01 无线通信协议：
2.4 GHz 无线通信协议分为3 层：物理层、数据链路层和应用层。物理层包括GFSK 调制和解调器、接收和发送滤波器、射频合成器、SPI 接口和电源管理，主要完成数据的调制解调、编码解码、FHSS 跳频扩频和SPI 通信。数据链路层主要完成解包和封*程。该协议有2 种基本的封包：数据包和应答包。数据包格式如表1 所示。
前导码用来检测0 和1，nRF24L01 在接收模式下去除前导码， 在发送模式下加入前导码。地址内容为接收机地址，地址宽度是3、4 或5 字节，可以对接收通道和发送通道分别进行配置，接收端从接收到的数据包中自动去除地址。
[1] [2]
