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2．4 GHz 无线鼠标键盘接收器的设计摘要：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。
关键词：无线通信；接收器；HT82K95E；nRF24L01 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24～2．483 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l 所示。
1. 1 USB 接口部分系统采用HOLTEK 公司生产的8 位USB 多媒体键盘编码。
2.4g遥控器配对原理
2.4g遥控器配对原理是利用2.4GHz频率进行无线通信。
在配对过程中，遥控器和接收器通过一种叫作“配对处理”的方法建立起通信连接。
首先，遥控器和接收器会在一定的时间范围内以一定的时间间隔发送配对信号。
配对信号是一种特殊的数据包，它包含了遥控器和接收器的唯一标识码，用于区分不同的设备。
当接收器收到遥控器发送的配对信号后，会进行验证。
验证的方式可以是检查配对信号中的标识码是否与接收器预设的标识码一致。
如果一致，则表示配对成功。
配对成功后，遥控器和接收器之间建立起通信通道。
遥控器可以通过该通道发送各种控制信号或命令给接收器，接收器根据命令执行相应的操作。
需要注意的是，2.4GHz频率是一种公共频段，有可能会存在多个遥控器和接收器同时使用相同频段进行通信的情况。
为了避免干扰，一般会使用编码或加密技术来保证通信的安全和可靠性。
本文章使用简单的术语介绍了天线的设计情况，并推荐了两款经过测试的低成本PCB天线。
这些PCB天线能够与PRoC?和PSoC?系列中的低功耗蓝牙(BLE)解决方案配合使用。
为了使性能最佳，PRoC BLE和PSoC4 BLE2.4GHz射频必须与其天线正确匹配。
本应用笔记中最后部分介绍了如何在最终产品中调试天线。
1、简介天线是无线系统中的关键组件，它负责发送和接收来自空中的电磁辐射。
为低成本、消费广的应用设计天线，并将其集成到手提产品中是大多数原装设备制造商(OEM)正在面对的挑战。
终端客户从某个RF产品(如电量有限的硬币型电池)获得的无线射程主要取决于天线的设计、塑料外壳以及良好的PCB布局。
对于芯片和电源相同但布局和天线设计实践不同的系统，它们的RF(射频)范围变化超过50%也是正常的。
本应用笔记介绍了最佳实践、布局指南以及天线调试程序，并给出了使用给定电量所获取的最宽波段。
图1.典型的近距离无线系统设计优良的天线可以扩大无线产品的工作范围。
从无线模块发送的能量越大，在已给的数据包错误率(PER)以及接收器灵敏度固定的条件下，传输的距离也越大。
另外，天线还有其他不太明显的优点，例如：在某个给定的范围内，设计优良的天线能够发射更多的能量，从而可以提高错误容限化(由干扰或噪声引起的)。
同样，接收端良好的调试天线和Balun(平衡器)可以在极小的辐射条件下工作。
最佳天线可以降低PER，并提高通信质量。
PER越低，发生重新传输的次数也越少，从而可以节省电池电量。
2、天线原理天线一般指的是裸露在空间内的导体。
该导体的长度与信号波长成特定比例或整数倍时，它可作为天线使用。
因为提供给天线的电能被发射到空间内，所以该条件被称为“谐振”。
图2. 偶极天线基础如图2所示，导体的波长为λ/2，其中λ为电信号的波长。
信号发生器通过一根传输线(也称为天线馈电)在天线的中心点为其供电。
按照这个长度，将在整个导线上形成电压和电流驻波，如图2所示。
无线鼠标的原理
无线鼠标的原理是通过无线信号传输数据和控制命令，实现与计算机的无线连接。
它采用了2.4GHz无线技术，通过与电脑之间建立一个无线通道进行数据传输。
无线鼠标主要由两个组件组成：发送器和接收器。
发送器通常内置在鼠标中，它负责收集鼠标的移动和点击等操作，将这些信息转化为无线信号。
接收器则插在计算机的USB插口上，它的作用是接收并解读发送器传过来的信号。
无线鼠标与电脑之间的通信是基于无线射频技术的。
无线鼠标采用了2.4GHz的频率，这个频率是一种公共使用的频谱，多数无线设备都在此频率范围内进行通信。
无线鼠标发送器和接收器通过相同的频道进行通信，彼此配对，确保通信的稳定性和实时性。
在通信过程中，发送器会以一定的速率发送数据包给接收器。
数据包中包含了鼠标的各种操作信息，如移动的速度、点击的位置等等。
接收器接收到数据包后，将这些信息传给计算机进行处理。
无线鼠标一般有两种工作模式：鼠标休眠模式和工作模式。
在休眠模式下，鼠标会进入低功耗状态，以节省电能。
当用户操作鼠标时，它会通过内置的加速度传感器检测到移动并自动从休眠模式切换到工作模式。
总的来说，无线鼠标通过无线信号传输数据和控制命令，实现
与计算机的无线连接。
它的工作原理是基于无线射频技术，通过发送器和接收器建立一个无线通道，在数据传输和操作控制方面与有线鼠标相似，但却给用户带来更多的便利和自由。
1,红外线IR: 38Khz载波居多,遥控距离7-12米,非常省电,有方向性(小的房间因为有反射等原因可以表现为无方向性操作),主要目的是实现远距离遥控,适合制作遥控器及集成鼠标的遥控键盘(键鼠一体机,有别于键鼠套装,典型产品为随身控K3);2,低端无线电RF: 载波有27MHz/315MHz/433Mhz几种,遥控距离1-3米,很费电,无方向性,但因为距离近,一般做键盘鼠标套装产品,供放在桌面上使用,主要目的是摆脱有线的束缚;3,蓝牙无线电RF:载波2.4G,效果好,功能强大,协议非常复杂导致成本比较高,费电,7-15米,可以穿墙操作,属于早期的2.4G产品,现在很少使用了;4,新的2.4G无线电RF: 与蓝牙一样采用2.4G技术,专门针对无线键盘鼠标的操作优化设计,协议相对简单高效,7-15米,省电,优于蓝牙,可以穿墙操作,典型产品为随身控K7/K8/K9. 随身控遥控键盘K9(无线键盘) 随身控系列产品是面向个人消费者使用的遥控类产品，包括遥控器、遥控键盘及遥控鼠标等，顾名思义是使用此类电脑遥控产品极大地方便了人们对电脑的操作控制，这种应有尤其适合教学培训、商务演示、家庭娱乐等，涵盖Windows操作/PPT演示/MediaPlay/RealPlay播放甚至遥控开关机等。
三大主流无线技术介绍想要弄明白无线鼠标的省电奥秘，我们有必要详细了解一下主流无线鼠标所采用的无线传输技术。
无线技术根据不同的用途和频段被分为很多种类别，其中包括蓝牙、Wi-Fi (IEEE 802.11)、Infrared (IrDA)、ZigBee (IEEE 802.15.4)等多个无线技术标准，但应用在无线鼠标领域，市场上产品最多、消费者接触最广的，就属27Mhz、2.4G和蓝牙这三大无线传输技术堪称主流。
27 MHz RF技术27 MHz RF指的是使用27 MHz ISM(工业、科学、医学)无线频率带的一项技术，输出功率<54dBuV/m。
无线鼠标键盘接收器的设计在设计无线鼠标键盘接收器时，有几个关键的因素需要考虑：1.无线通信技术：选择一种适合的无线通信技术对于接收器的设计非常重要。
目前常见的无线通信技术包括蓝牙、RF和红外线。
蓝牙技术具有高速传输和较长的通信距离，同时耗电量相对较低，是一种较为理想的选择。
2.频率选择：由于无线通信设备的频率资源有限，需要对频段进行合理分配。
常见的无线鼠标键盘接收器工作在2.4GHz频段，这个频段既能提供较大的带宽，又能避免与其他无线设备干扰。
3.功耗和电源管理：为了延长电池寿命，无线鼠标键盘接收器需要采用低功耗设计。
可以通过使用低功耗射频芯片、设置待机模式和休眠模式等措施来实现。
4.数据传输和安全性：无线鼠标键盘接收器需要通过数据传输协议将鼠标和键盘的信号传输至计算机。
常用的协议包括蓝牙协议、RF协议等。
此外，为了保护用户的隐私和数据安全，可以采用加密算法对传输的数据进行加密。
5.接收灵敏度：无线鼠标键盘接收器需要具备较高的接收灵敏度，以确保接收到鼠标和键盘的信号，并保持稳定的无线连接。
可以通过使用高灵敏度的射频芯片和合理的天线设计来提高接收灵敏度。
6.连接稳定性：无线鼠标键盘接收器应该具备良好的连接稳定性，以确保无线信号的可靠传输。
通过优化天线设计、减小信号干扰、增强信号过滤等方式可以提高连接的稳定性。
总之，设计无线鼠标键盘接收器需要综合考虑通信技术选择、频率选取、功耗和电源管理、数据传输和安全性、接收灵敏度以及连接稳定性等多个因素。
在满足用户需求的同时，还应加强对接收器的制造工艺和质量控制，以提高产品的可靠性和稳定性。
MLK 2.4G键鼠强制配对方法设置接收器进入对码模式
如何进入对码模式？
1．安装并运行RF Desktop
Re-pairing Tool软件，如右图
所示.
2．将接收器插入USB口，当
[Device Ready]变为黄色后,点
击[Bind Key(60sec)]按钮,即可
设置接收器进入对码模式.
设置鼠标、键盘进入对码模式
如何设置鼠标进入对码模式？
1．装入电池.
2．在接收器处于对码状态的情况下，同时按左、中、右键3秒钟，即可设置鼠标进入对码模式，实现鼠标与接收器的配对.
如何设置键盘进入对码模式？
1．装入电池.
2．在接收器处于对码状态的情况下，同时按Esc 和Pause 键3秒钟，即可设置键盘进入对码模式，实现鼠标与接收器的配对.
注意:
1.接受器进入对码模式的持续时间为60秒，设置鼠标或键盘进入对码过程必须在此60秒
内完成.
2.对于同一套产品，此强制对码过程可重复多次.
3.对于键鼠套装中鼠标或键盘有一者不对码的情况，仅需要对不对码部分强制对码即可.
4.严禁强制配对不同型号的产品.。
2．4 GHz无线鼠标键盘接收器的设计
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24～2．483 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。
1. 1 USB接口部分系统采用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O)。
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，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。
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 协议分析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、SH 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包过程。
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。
封包控制域的格式如表2所示。
数据长度标志位只有在动态数据长度选项使能时才有效，6位可以表示传输的数据域字节数从0～32字节。
标志位用来检测接收到的数据包是新的还是重发的。
自动应答标志位表示这个封包是否需要自动应答。
封包可以采用1或2字节的CRC校验。
对于应答包来说，数据域是一个可选项，但是如果使用该选项的话应该使能动态数据长度特性。
应用层按照设计需要可以是键
盘和鼠标等HID类设备。
这两种封包在应用层协议中的用途不同。
数据包主要用于传送发射端和接收端之间的数据信息，应答包则是在自动应答功能选项被使能之后才会出现的，以便于发送端检测有无数据丢失。
一旦数据丢失，则通过自动重发功能将丢失的数据恢复。
增强型的ShockBurst模式可以同时控制应答和重发功能而无需增加MCU 工作量。
在SCK时钟控制下，数据在主从设备间传输，而且严格地遵守SPI通信的时序。
作为接收端(PRX)，nRF24L01通过2．4 GHz 无线通信技术与发射端(PTX)进行数据交换。
收发器接收到数据后，通过中断nIRQ通知MCU 已接收到数据，可以进行读入操作，然后MCU通过 MISO数据传输线读入数据。
nRF24L01在接收到数据之后，会自动切换到发送模式发送应答信号给发射端(PIX)，这样就完成了一次数据传输过程。
2．2 USB设备枚举过程 USB的枚举过程是USB规范中一个非常重要的“动作”或“过程”。
这个动作将会让PC知道何种USB设备剐接上以及其所含的各种信息。
若要完成一个设备枚举的过程，需要执行诸多的数据交换以及设备请求。
图4描述了一个HID设备的枚举过程，由于本设计是针对鼠标键盘复合设备的接收器，所以在取完第一次报告描述符后还需要再取另一个设备的报告描述符。
3 固件设计固件设计使用HT-ICE仿真器，它提供了多种实时仿真功能，包括多功能跟踪、单步执行以及设定断点功能。
图5描述了USB无线鼠标键盘接收器的程序执行流程。
在程序中，键盘使用端点1，配置为输入；鼠标使用端点2，配置为输入。
都采用USB通信协议中的中断传输。
采用“轮询”的工作机制，轮询间隔为8 ms。
接收器上电后，完成系统的初始化，包括MCU的初始化和收发器的接收模式配置过程。
然后系统进入接收数据包的状态中，一旦收到数据包就通过中断的形式通知 MCU有数据包到来，MCU就会通过I／O口模拟SPI总线通信过程从nRF24L01中将接收到的数据读出，然后将数据写到相应的USB端点FIFO中。
主机通过查询的方式读取各端点的数据信息，然后按照USB规范定义的鼠标和键盘的协议产生相应的动作(如鼠标的移动和按键的值)。
无线收发器的初始化过程：1)配置本机地址和要接收的数据包大小；2)配置CONFIG寄存器，使之进入接收模式，把CE置高；3)130μs 后，nRF24L01进入监视状态，等待数据包的到来；4)当接收到正确的数据包(正确的地址和CRC校验码)，nRF24L01自动把字头、地址和 CRC校验位移去；5)nRF24L01通过把STATUS寄存器的RX_DR置位(STATUS一般引起微控制器中断)通知微控制器；6)微控制器把数据从nRF24L01读出；7)所有数据读取完毕后，可以清除STATUS 寄存器。
nRF24L01可以进入4种主要模式之一。
4 结束语本系统基于8位单片机Hr82K95E 和nRF24L01型射频收发器设计了一个用于无线鼠标键盘复合设备的USB无线接收器。
该接收器能够实现鼠标键盘复合设备的全部功能，具有成本低、体积小、通信方向不受制约和通信距离较远等优点，使其替代蓝牙及红外遥控设备成为可能，实践表明，该接收器具有广泛的应用前景。
