自制51单片机无线鼠标

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2024年6月25日发(作者：)

无线鼠标的设计与实现

引 言

无线鼠标器是为了适应大屏幕显示器而生产的。所谓“无线”，即没有电线

连接，而是采用二节七号电池无线摇控，鼠标器有自动休眠功能，电池可用上一

年，接收范围在1.8米以内。此外还有蓝牙连接的鼠标，微软终极键鼠套装的蓝

牙连接速度可达2G

鼠标自1968年诞生以来，已经经历过近40年的演变和发展。近10年来，

随着消费型电电脑的普及，鼠标的工作方式也有了翻天覆地的进步：从早期的机

械滚轮鼠标到目前主流的光电鼠标再到中高端的激光鼠标……鼠标的每一次变

革无不给用户带来使用上的快感。此外，随着人们对办公环境和操作便捷性要求

日益增高，无线鼠标普及也被提到日程上来。无线技术根据不同的用途和频段被

分为不同的类别，其中包括蓝牙、Wi-Fi (IEEE 802.11)、Infrared (IrDA)、ZigBee

(IEEE 802.15.4)等等多个无线技术标准，但对于当前主流无线鼠标而言，仅有

27Mhz、2.4G和蓝牙无线鼠标共三类。

无线电式鼠标的学名叫DRF（Digitalradiofrequency，数字无线电频率），这

项技术能够对短距离通讯提供充足的带宽，非常适合鼠标和键盘这样的外围设备

使用。它的原理也非常简单，鼠标部分工作与传统鼠标相同，再用无线发射器把

鼠标在X或Y轴上的移动，按键按下或抬起的信息转换成无线信号并发送出去，

无线接收器收到信号后经过解码传递给主机，驱动程序告诉操作系统鼠标的动

作，该把鼠标指针移向哪个方向或是执行何种指令。

从原理上看，无线鼠标主要分为红外线式和无线电式。两种鼠标都需要使用

干电池供电，对于红外线型的无线鼠标键盘具有较严格的方向性，尤其是水平位

置的关系更为敏感，因此目前采用这种方式的产品已经不多，大多数都是采用了

更为先进的无线电发射方式。

采用无线电技术的好处是，只要在限定距离以内，就可以在任何位置使用，

几乎不受障碍物的影响。一般传输的距离达10～20米，已经足够用户使用。

无线电的最大特点是可以进行360度全方位无线射频遥控，而且耗电量较

低，具有触发工作待机休眠。无线设备的接受端已经内置接收器，发射器装在主

机的设备口上，均不会影响产品外观。

无线电接收器本身所具有的接口是USB或PS2的，可以从计算机的PS/2接

口取电，不需要另加电池。它具有双或多波段，如果有多个无线设备，均可以通

过这一个接收器进行管理，键盘工作频率一般占用通道1（如：27.185M和

27.035M），鼠标工作频率占用通道2（如：27.085M和27.135M），工作时鼠标

和键盘或多个鼠标之间干扰性较低，而且不会影响无线电话等数字无线设备。

目前有能力生产无线鼠标的厂商并不太多，大部分集中在微软、罗技、明基

等知名厂商中。而其中微软与罗技成为高端市场的霸主，也是消费者心目中顶级

产品。

鼠标在个人电脑浏览导航中已经是不可或缺的工具，而目前的用户通常会在

多个网页、大规模数据表格、数码照片、播放列表和其他大量的数字内容之间进

行不停切换，这对鼠标在快速直观浏览和导航方面的功能也提出了更高要求。

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目 录

引言

........................................

1

目录

........................................

2

摘要

........................................

3

设计任务和要求

..................................

3

第一章 无线鼠标电路的设计与实现

......................

3

1 总体方案论证

.................................

3

....................

3

................................

8

................................

8

2 发射模块和接收模块的电路的实现方案

3 鼠标按键的方案

4 方波电路的设计

5 控制门电路

..................................

9

...............................

10

.........................

10

第二章 安装与调试

................................

10

1 所用的仪器，仪表

2 调试方法和步骤

................................

10

3 调试中出现的故障和解决方法

第三章 所用元器件列表

..............................

11

第四章 参考文献

..................................

11

附图

.........................................

12

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摘 要

将机械鼠标的滚动动作和左右键的操作转换成开关信号，用方波电路产生的

方波信号代替原鼠标内光敏传感器的脉冲信号，用相应的开关动作可以实现鼠标

光标移动和鼠标的单双击操作！而用发射和接收电路代替原来的鼠标线，实现鼠

标的遥控。

设计任务和要求

用发射和接收电路模块代替原来的鼠标线，实现鼠标的无线遥控功能。其中

的电路设计包括发射模块（含编码电路）、接收模块（含解码电路）、方波发生电

路和开关电路等等电路的设计及它们之间的连接、匹配。将机械鼠标的滚动动作

和左右键的操作转换成开关信号，用方波电路产生的方波信号代替原鼠标内光敏

传感器的脉冲信号，用相应的开关动作可以实现鼠标光标移动和鼠标的单双击操

作。

第一章 无线鼠标电路的设计和实现

1．总体方案论证：

方案一：在鼠标与电脑接口间用发射和接收电路代替了鼠标线，本方案除了要考

虑发射和接收模块外，还要考虑接口协议，如下图。考虑到时间和难度的问题，

没有选择此方案。

方案二：用遥控器控制鼠标，即用遥控器的按键信号控制鼠标的上下左右移动方

向和左右键。只需要考虑发射和接收电路，不需要考虑接口协议，如下图。选择

此方案。

2．发射模块和接收模块的电路的实现方案:

方案一：发射模块F05和接受模块J05C的应用。F05采用声表谐振器稳频，工

作频率为315MHZ，以AM方式调制，采用PT2262编码器240mm小拉杆天线发射

信号；J05C由超外差电路结构IC芯片和温度补偿电路构成， 具有较高的接收

灵敏度及稳定性。芯片内含低噪声射频放大器、混频器、本地振荡器、中频放大

器、滤波器及限幅比较器， 输出为数据电平信号， 直接接至PT2272解码器进

行解码，接收天线约22cm。

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方案二：利用红外线技术实现红外信号的发射和接收。发射部分，利用单片机

AT89C2051检测坐标位移和按键动作，经过处理按一定的编码输出到发射电路。

接收部分使用红外遥控用专用接收管，如IRM8608S，对红外信号接收和解调，

并输出TTL电平；TTL电平的数据流送给单片机进行处理，单片机把该数据转化

为符合PS/2鼠标规范的数据报告，发送给计算机。如图：

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方案三：利用无线遥控方式实现鼠标的遥控。原理与上述方案二的原理一样，只

是具体的发射和接收电路有所不同。无线接收电路采用的是超再生式调频解调电

路，解调后的信号经过运算放大器放大、三极管整形后输出为TTL电平的信号，

再由单片机处理。

方案四：也是一种红外遥控技术，但是不涉及到单片机的应用。采用编码器集成

电路VD5026以及与它配对的译码器集成电路VD5027或者VD5028。接收电路采

用红外遥控接收集成电路CX20106。如图：

方案五：nRF24E1芯片的应用。nRF24E1是最新开发的工作在2.4GHZ上的射频芯

片，其内嵌有：一8051兼容单片机，一个9个通道的A/D转换控制器和一2.4GHZ

的无线收发模块，适合用电池供电。用于无线鼠标的原理是：鼠标移动的信号输

出接到nRF24E1的I/O口上，通过nRF24E1内部的51兼容单片机控制，采集此

信号，再将此信号通过射频模块发射出去。鼠标的按键操作检测也类似，其信号

接在nRF24E1的I/O口上，通过其内的单片机检测按键操作（软件进行按键去抖

处理），然后通过射频发射出按键信息。天线采用1/4单极天线，布在印制板上。

如下图：

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方案比较：方案一的收发模块价格便宜、传输距离较远，可靠性高，特别适用低

成本的无线通信设备。但是调试较难，而且电路受外界温度环境影响较大，并且

障碍物也会影响信号的接收，且目前在武汉市我们还没有找到该模块的出售处。

方案二红外遥控电路技术的理论比较成熟，但是，红外线遥控技术无法突破

障碍物这一关，也就是，如果在发射和接收模块中间有障碍物的话，接收就会受

阻。所以为了完善无线鼠标的设计放弃了方案二和方案四。

方案二、方案三还存在软件设计的过程，包括单片机程序的编写、红外传输

协议、PS/2鼠标规范、寄存器、定时器、中断周期的设定等等，因为对软件方

面的知识都不是很精通，所以放弃方案三。

至于方案五，因为是新技术，目前市场还没有此芯片的出售，所以只好放弃。

最后，综合上述各种方案，确定了的发射接收模块： 四路无线电遥控发射

和接收电路，PT2262编码和PT2272解码电路。如下图分别为发射、编码电路和

接收、译码电路：

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工作原理

(1) 遥控发射电路

A3为编码集成电路PT2262，和它配对的译码器集成电路PT2272。

PT2262的1~8脚为地址端A0~A7，10~13脚为数据端D0~D3。17脚为编码信

号输出端，其输出信号为调制振荡器提供开关信号。信号经9018使LC振荡电路

起振。振荡器中心的频率的调整，主要靠调整微调电容V2的值来实现，该电容

容量可变范围为2~10VPF，振荡器频率可变范围约为260~300MHZ。由于振荡器工

作频率较高，所以LC并联谐振回路中的电感很小，L1的电感量仅为纳亨级，加

工和使用起来容易因外界因素引起电感量的变化，而造成振荡器频率不稳定。调

制振荡器是靠编码器提供开关信号的，如果编码器的输出的信号脉冲周期太短，

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将会严重影响高频振荡器的起振频率。所以要注意编码器的选择。

编码集成电路PT2262数据端D0~D3的电平决定鼠标的移动方向和左右键的

工作状态,其电平受K1~K4的控制，其中A0、D0控制X轴方向的正向和反向移动，

B0、C0控制Y轴方向的正向和反向移动， A0、D0同时控制鼠标的左键， B0、

C0控制鼠标的右键。

（2）无线接收和译码电路

无线接收电路由超再生接受模块实现，它由超再生载波接收电路、三极管检

波电路、信号放大与整形电路组成。超再生式是利用再生式收音机的工作原理，

适量地引入正反馈，使接收电路处于微弱的间歇振荡状态，控制电路的间歇振荡

的信号电压（也称熄火电压），熄火电压如果是间歇振荡器自行产生的。数字编

码信号经LM358放大，送入解码集成电路PT2272进行解码，由解码电路将解码

的数据从相应的数据端口D0—D3输出，去控制鼠标，从而完成全部遥控过程。

3．鼠标按键的方案:

鼠标的移动方向和左右键的工作状态，其电平受K1~K4的控制，其中A、D

控制X轴方向的正向和反向移动，B、C控制Y轴方向的正向和反向移动， A、D

同时控制鼠标的左键， B、C控制鼠标的右键。如下表所示：

按键

A

D

C

B

AD

BC

D0

1

0

0

0

1

0

D1

0

1

0

0

1

0

D2

0

0

1

0

0

1

D3

0

0

0

1

0

1

工作状态

X轴正方向移动

X轴负方向移动

Y轴正方向移动

Y轴负方向移动

鼠标器左键

鼠标器右键

4．方波电路的设计：

经编码电路编码后，操作鼠标的动作变成了开关信号，我们采用方波电路

产生的移位信号作为驱动鼠标光标移动的信号源，相应的开关闭合就实现了鼠标

左右键操作和移动鼠标光标的操作。

方波电路的频率选取是否适当决定了鼠标光标能否移动，因此应当选择适

当的频率。据我们了解，在芯片为RSM84510的鼠标电路中，方波频率在1—100HZ

时，频率的大小跟鼠标的移动速度成正比。所以，方波的频率应该在1—100HZ

的范围内。

我们的方波电路采用的是六反向

器CD4096，由它构成方波信号发生器。

电路中，R1是补偿电阻，我们选取30K，

用于改善由于电源电压的变化而引起的

振荡频率不稳定。电路的振荡是通过电

容C1的充放电完成的，其振荡频率为：

f=1/2.2RC。方波产生原理图如下：

图示电路的最大频率为：

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fmax=1/[2.2*(R2+MIN(VR1))*C]=1/（2.2*2.2*1000*2.2*0.000001）

=93.91Hz

最小频率为：

fmin=1/[2.2*(R2+MAX(VR1))*C]=1/（2.2*4.3*1000*2.2*0.000001）

=9.31HZ

由于元件的误差，实际值会稍有差异。但远远可以满足鼠标电路的频率范

围(1~100HZ)的要求。为了避免影响其它的电路，其它多余的反向器的输入端接

地。

5．控制门电路：

IC3为六“非”门集成电路，其中IC3A和IC3B与R5和C4等组成方波发

生器，其脉冲频率主要由R5、C4的值决定。R6、C5、IC3D等组成移相电路，移

相量由R6、C5的值决定。当脉冲频率调整时，R6、C5的值也应作相应的调整。

若以IC3的⑥脚输出脉冲为基准，则⑧脚输出脉冲相位超前，⑩脚输出脉冲相位

滞后。

IC4、IC5为四“非门”集成电路，两者组成控制门电路，其中IC4C、

IC4D、IC5D组成光标沿X轴方向移动的控制电路，IC4A、IC4B、IC5C组成光标

沿Y轴方向移动的控制电路，IC5A为左键控制电路，IC5B为右键控制电路。

P1的①、②脚接鼠标器的Y轴方向原光敏传感器两个光敏晶体管的输出端，

③、④脚接鼠标器的X轴方向原光敏传感器两个光敏晶体管的输出端，⑤、⑥脚

接鼠标器的左、右键的接点，连接电路如图所示：

下面分别以控制光标沿X轴正方向移动和控制鼠标器左键为例说明这一部

分电路的工作原理。

当发射器按下A后，接收器IC2的D0端输出高电平，使“与非”门

IC4D的13脚为高电平，而IC2的D1端为低电平，使IC5D11脚为高电平，这样

就使从IC4D的脚输入的脉冲信号得以从IC5D的脚输出，这时P1的③、④脚输

出给鼠标器的脉冲信号为④脚相位超前，光标向X轴正方向移动；同理，如果按

下发射器D键，则接收器P1的③、④脚输出给鼠标器的脉冲信号为④脚相位滞

后，光标向X轴负方向移动。当A、D均不按下时，IC2的D0、D1端均为低电平，

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IC5D的脚为低电平，P1的④脚没有脉冲信号输出，虽然这时P1的③脚有脉冲信

号输出，但由于没有两个脉冲信号进行相位比较，光标在X轴方向不会产生移动。

如果同时按下发射器的A、D，则接收器IC2的D0、D1同时输出高电平，

IC5A的③脚输出低电平，相当于按下鼠标器的左键。需要说明的是：由于D0、

D1均为高电平，IC4C的脚、IC4D的脚输出相位相反的脉冲信号，在任一时刻IC5D

的、脚均有一端为低电平，从而使IC5D的脚输出高电平，因此按A、D不会使光

标产生X方向的移动。

对于控制光标沿Y轴方向移动和控制鼠标器右键，原理同上。

第二章 安装与调试

1．所用的仪器、仪表：

直流稳压电源

示波器

数字式万用表

2．调试方法和步骤：

安装和调试的一个很重要的工作是用于改装的鼠标器的选择，我们用作试验

的鼠标器是北斗星简易机械鼠标器。根据原理图所示电路的要求，鼠标器的集成

电路必须为正电压供电（相对于地），左、右键控制信号必须为高电平有效，即

不按键时控制端对地为负电压。满足以上两个条件的机械鼠标器均可使用。我们

的接线方法是这样的：先拆掉X轴、Y轴方向的光敏传感器（鼠标器中光敏传感

器为三个引脚，红外发光二极管为两个引脚）及左、右键按钮开关，将图5中

P1⑦、⑧脚的连线和鼠标器电路板的地相连，X轴方向的光敏传感器有三个安装

孔，其中一个为公共端，置空；另两个为信号输出端，这两个输出端分别接P1

的③脚和④脚，Y轴方向的连线与此类似。

调试时，按下遥控器的A，如光标向相反的方向即X轴负方向移动，只要调

换一下和鼠标器电路板相连接的P1的③、④脚的线即可；按下D，如光标向相

反的方向Y轴负方向移动，只要调换与鼠标器电路板相连的P1的①、②脚即可。

X轴、Y轴正方向正确了，负方向也就自然正确了。

3．调试中出现的故障和解决方法：

（1）方波发生电路的输出的方波波形一直是与理论值一致的，但是经过移

相电路后，两者波形的相位差不是足够的大；虽然那个相位差也能够驱动鼠标的

移动，但是鼠标移动速度比较慢。于是我们检查方波发生电路，调节可变电阻的

值，发现当可变电阻值为零时，鼠标移动速度是最快的。这个最快的移动速度是

我们可以接受的，于是我们就将可变电阻短路，使鼠标的移动保持那个最快的速

度。

（2）遥控器的上下左右键单击时，鼠标会跳动，跳动的距离是一定的，所

以要选择某一图标时，会很难正对准那个图标，从而选中。我们分析，这可能与

遥控器的按键有一定的延时和方波脉冲的间隔有关，我们目前还没有找到有效的

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解决方法。

（3）用遥控器控制鼠标的运动，所以用起来没有普通鼠标顺手，而且只能

单纯的上下左右的移动。如果加上左上、左下、右上、右下控制键，或许会简单

一些，但是那样的话编码方案会比较麻烦。因为时间问题，我们没有做出来！

第三章 所用元器件列表

反相器CD4069（一片）、4LS08 （两片）、74LS04（一片）、与非门4011（一

片）、发射模块（编码器PT2262）（一片）、接收芯片PT2272（一片）、LM358（一

片）；

电阻、电容、 三极管 、 发光二极管 、开关等若干。

第四章 参考文献

1 郑金存 邵平 周善东 《多媒体教室的长距离无线鼠标的设计与实现》

《广西物理》第25卷 第3期

2 王视听 尹志宏 《一种无线射频收发模块的应用》 《电子技术应用》2005

年第8期

3 《四路无线电遥控电路的安装与调试》 《高频电路实验与仿真》

白智涛 赵莉 姜红梅 《基于PS/2接口的无线鼠标》2000年无线电工程 第30

卷第6期

4邵 平 杨路明 周善东《一种无线遥控鼠标编译码电路的设计》云南大学学报

(自然科学版),2005,27(5A)

5林文峰 刘书明 《新型射频芯片的功能及其应用实例》 世界电子元器件

2003．12

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附 图

发射编码电路

接收译码电路

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本文标签： 鼠标电路无线信号接收