- 相關(guān)推薦
51兼容射頻Soc nRF9E5與無線光機鼠標(biāo)設(shè)計
【摘 要】本文首先比較詳細(xì)、系統(tǒng)地介紹了最新51兼容射頻SoC nRF9E5的片內(nèi)微控制器和其它功能模塊；然后分析了無線鼠標(biāo)與有線鼠標(biāo)的區(qū)別，并引出了無線光機鼠標(biāo)的概念和工作原理，給出用nRF9E5進(jìn)行無線光機鼠標(biāo)設(shè)計的方案和該方案中的電池壽命的計算方法；最后，說明用nRF9E5進(jìn)行無線光機鼠標(biāo)設(shè)計的優(yōu)勢。【關(guān)鍵詞】nRF9E5；射頻；無線通信；光機鼠標(biāo)；鼠標(biāo)
1. 引言
nRF9E5是Nordic VLSI公司于2004年2月5日推出的系統(tǒng)級RF芯片，其內(nèi)置nRF905 433/868/915MHz收發(fā)器、8051兼容微控制器和4輸入10位80ksps AD轉(zhuǎn)換器，是真正的系統(tǒng)級芯片。內(nèi)置nRF905收發(fā)器與nRF905 芯片的收發(fā)器一樣，可以工作在ShockBurstTM(自動處理前綴、地址和CRC)方式。內(nèi)置電壓調(diào)整模塊，最大限度地抑制噪音，為系統(tǒng)提供1.9V到3.6V的工作電壓。nRF9E5符合美國通信委員會和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。由于nRF905功耗低，工作可靠，因此很適用于無線光機鼠標(biāo)設(shè)計。
2. nRF9E5功能介紹
2.1微控制器
nRF9E5的片內(nèi)微控制器與標(biāo)準(zhǔn)51兼容。指令時序與標(biāo)準(zhǔn)51稍有區(qū)別，典型的區(qū)別是nRF9E5的片內(nèi)微控制器的指令周期為4到20個指令周期。中斷控制器支持5個擴展的中斷源：ADC中斷、SPI中斷、RADIO1中斷、RADIO2中斷和喚醒定時器中斷。片內(nèi)控制器還有3個與8052相同的定時器。一個和8051相同的串口，可以用定時器1和定時器2來作為異步通信的波特率產(chǎn)生器。此外，還擴展了兩個數(shù)據(jù)指針，以方便于從XRAM區(qū)讀取數(shù)據(jù)。
微處理器中有256字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM和512字節(jié)的ROM。上電復(fù)位或軟件復(fù)位后，處理器自動執(zhí)行ROM中的引導(dǎo)區(qū)中的代碼。用戶程序通常是在引導(dǎo)區(qū)的引導(dǎo)下，從EEPROM加載到1個4K的RAM中，這個4K的RAM也可作存儲數(shù)據(jù)用。如果應(yīng)用當(dāng)中不用掩膜ROM（也即內(nèi)含的ROM），程序代碼必須從外部非易失性存儲器中加載，比較常見的是通過SPI接口擴展型號為25320的EEPROM。
nRF9E5的大部分寄存器和標(biāo)準(zhǔn)8051相同，只是為了控制一些8051沒有的功能，增加了一些特殊功能寄存器，如RADIO(P2)、ADCCON、ADCDATAH、ADCDATAL、ADCSTATIC、PWMCON、PWMDUTY等。nRF9E5中的P0、P1和P2口寄存器地址和標(biāo)準(zhǔn)8051中的相同，都是0x80，0x90，0xA0，但功能和標(biāo)準(zhǔn)8051中的有所不同。
圖1 nRF9E5功能圖[1]
2.2 PWM
nRF9E5內(nèi)有一個可編程控制的PWM(脈寬調(diào)制)輸出，使用時，通過程序改變P0.7的功能來實現(xiàn)，并可編程決定PWM工作于6位、7位或8位。PWM的頻率與晶振有關(guān)，可編程控制。
2.3 SPI接口
SPI(串行外設(shè)接口)的接口引腳有MISO(接收EEPROM的SDO送來的數(shù)據(jù))、SCK(給EEPROM的SCK提供時鐘信號)、MOSI(送數(shù)據(jù)到EEPROM的SDI)、EECSN(給EEPROM的CSN送使能信號)。SPI口的MISO、SCK和MOSI與P1口的低3位重用，通過寄存器SPI_CTRL控制來控制功能間的撤換。SPI硬件不產(chǎn)生任何片選信號，可以用GPIO口來進(jìn)行片選。通常，系統(tǒng)上電時，SPI自動和片外的25320相連，當(dāng)程序加載完成后，MISO(P1.2)、MOSI(P1.0)和SCK(P1.0)可能會用作其它用途，比如其它的SPI器件或GPIO。
2.4 LF時鐘，RTC喚醒定時器，GPIO喚醒和WTD
nRF9E5內(nèi)有一個低頻的時鐘CKLF，該時鐘常開。當(dāng)晶振開始工作后，CKLF頻率為4kHz；晶振不工作時，CKLF是一個低功耗RC晶振并且不能禁能，只要VDD 1.8V，其連續(xù)工作。RTC喚醒定時器、WTD(看門狗)和GPIO喚醒全都工作在CKLF頻率，以保證芯片低功耗工作時能夠完成這三個功能。
RTC喚醒定時器是個24位可編程控制的遞減計數(shù)器，WTD則是個16位可編程控制的遞減計數(shù)器。RTC喚醒定時器和WTD的循環(huán)周期一般在300us和80ms之間，默認(rèn)為1ms。
2.5 AD轉(zhuǎn)換器
nRF9E5片內(nèi)有10位ADC，AD轉(zhuǎn)換參考電壓可以通過軟件設(shè)置在AREF和1.22V之間(內(nèi)部參考電壓)。AD轉(zhuǎn)換器的4個輸入可通過軟件進(jìn)行選擇，通道0到3可以把對應(yīng)引腳AIN0到AIN3上的電壓值分別轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，通道4用于對nRF9E5工作電壓的監(jiān)控。AD轉(zhuǎn)換器默認(rèn)工作于10位方式，可通過軟件使其工作于6位、8位或12位方式。
2.6 射頻收發(fā)器
nRF9E5收發(fā)器通過內(nèi)部并行口或內(nèi)部SPI口與其它模塊進(jìn)行通信，具有同單片射頻收發(fā)器nRF905相同的功能。DuoCeiver接收器輸出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備信號，可通過程序使其為微處理器的中斷或通過GPIO口的傳給CPU。
nRF9E5工作于433/868/915 ISM頻段。收發(fā)器由一個完整的頻率合成器、一個功率放大器、一個調(diào)節(jié)器和兩個接收器組成。輸出功率、頻道和其它射頻參數(shù)可通過對特殊功能寄存器RADIO（0xA0）編程進(jìn)行控制。發(fā)射模式下，射頻電流消耗僅為11mA，接收模式下為12.5mA。為了節(jié)能，可通過程序控制收發(fā)器的開/關(guān)。
3. 無線鼠標(biāo)的基本知識[2]
無線鼠標(biāo)的基本功能和普通鼠標(biāo)相同，唯一的區(qū)別是無線鼠標(biāo)通過無線方式傳送鼠標(biāo)信息給PC機，而普通鼠標(biāo)是通過電線。這意味著無線鼠標(biāo)檢測鼠標(biāo)移動和按鍵信息的方法和普通有線鼠標(biāo)一樣，也是用開關(guān)來檢測按鍵，用球和滾軸來檢測鼠標(biāo)的移動。無線鼠標(biāo)使用電池供電，所以應(yīng)該盡量考慮節(jié)能問題，盡量用最少的次數(shù)就能把檢測到的鼠標(biāo)信息發(fā)送到PC機。無線鼠標(biāo)在PC機處還應(yīng)有一個接收器，一般該接收器是通過USB接口或串口與PC機相連，目前發(fā)展的趨勢是采用USB接口。
4. 無線光機鼠標(biāo)方案
無線光機鼠標(biāo)器，即將滾輪的機械轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成光信號，然后變?yōu)閿?shù)字電信號再通過無線的方式發(fā)送給和PC機相連的接收器。無線光機鼠標(biāo)器底部有一個露出一部分的塑膠小球,當(dāng)鼠標(biāo)器在操作桌面上移動時，小球隨之轉(zhuǎn)動，在鼠標(biāo)器內(nèi)部裝有三個滾軸與小球接觸，其中有兩個分別是X軸方向和Y軸
【51兼容射頻Soc nRF9E5與無線光機鼠標(biāo)設(shè)計】相關(guān)文章：
無線傳感網(wǎng)SCRP協(xié)議的設(shè)計和仿真05-11
用于壓縮感知的無線傳感網(wǎng)測量矩陣設(shè)計方法05-27
光接入網(wǎng)08-22
經(jīng)導(dǎo)管射頻消融治療室上性心動過速36例05-29
感知無線電的關(guān)鍵問題研究05-30
施肥機的開題報告10-20
機立窯水泥發(fā)展對策05-04