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51兼容射頻Soc nRF9E5與無(wú)線(xiàn)光機鼠標設計
【摘 要】本文首先比較詳細、系統地介紹了最新51兼容射頻SoC nRF9E5的片內微控制器和其它功能模塊；然后分析了無(wú)線(xiàn)鼠標與有線(xiàn)鼠標的區別，并引出了無(wú)線(xiàn)光機鼠標的概念和工作原理，給出用nRF9E5進(jìn)行無(wú)線(xiàn)光機鼠標設計的方案和該方案中的電池壽命的計算方法；最后，說(shuō)明用nRF9E5進(jìn)行無(wú)線(xiàn)光機鼠標設計的優(yōu)勢。【關(guān)鍵詞】nRF9E5；射頻；無(wú)線(xiàn)通信；光機鼠標；鼠標
1. 引言
nRF9E5是Nordic VLSI公司于2004年2月5日推出的系統級RF芯片，其內置nRF905 433/868/915MHz收發(fā)器、8051兼容微控制器和4輸入10位80ksps AD轉換器，是真正的系統級芯片。內置nRF905收發(fā)器與nRF905 芯片的收發(fā)器一樣，可以工作在ShockBurstTM(自動(dòng)處理前綴、地址和CRC)方式。內置電壓調整模塊，最大限度地抑制噪音，為系統提供1.9V到3.6V的工作電壓。nRF9E5符合美國通信委員會(huì )和歐洲電信標準學(xué)會(huì )的相關(guān)標準。由于nRF905功耗低，工作可靠，因此很適用于無(wú)線(xiàn)光機鼠標設計。
2. nRF9E5功能介紹
2.1微控制器
nRF9E5的片內微控制器與標準51兼容。指令時(shí)序與標準51稍有區別，典型的區別是nRF9E5的片內微控制器的指令周期為4到20個(gè)指令周期。中斷控制器支持5個(gè)擴展的中斷源：ADC中斷、SPI中斷、RADIO1中斷、RADIO2中斷和喚醒定時(shí)器中斷。片內控制器還有3個(gè)與8052相同的定時(shí)器。一個(gè)和8051相同的串口，可以用定時(shí)器1和定時(shí)器2來(lái)作為異步通信的波特率產(chǎn)生器。此外，還擴展了兩個(gè)數據指針，以方便于從XRAM區讀取數據。
微處理器中有256字節的數據RAM和512字節的ROM。上電復位或軟件復位后，處理器自動(dòng)執行ROM中的引導區中的代碼。用戶(hù)程序通常是在引導區的引導下，從EEPROM加載到1個(gè)4K的RAM中，這個(gè)4K的RAM也可作存儲數據用。如果應用當中不用掩膜ROM（也即內含的ROM），程序代碼必須從外部非易失性存儲器中加載，比較常見(jiàn)的是通過(guò)SPI接口擴展型號為25320的EEPROM。
nRF9E5的大部分寄存器和標準8051相同，只是為了控制一些8051沒(méi)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口寄存器地址和標準8051中的相同，都是0x80，0x90，0xA0，但功能和標準8051中的有所不同。
圖1 nRF9E5功能圖[1]
2.2 PWM
nRF9E5內有一個(gè)可編程控制的PWM(脈寬調制)輸出，使用時(shí)，通過(guò)程序改變P0.7的功能來(lái)實(shí)現，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(串行外設接口)的接口引腳有MISO(接收EEPROM的SDO送來(lái)的數據)、SCK(給EEPROM的SCK提供時(shí)鐘信號)、MOSI(送數據到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(guò)寄存器SPI_CTRL控制來(lái)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(lái)進(jìn)行片選。通常，系統上電時(shí)，SPI自動(dòng)和片外的25320相連，當程序加載完成后，MISO(P1.2)、MOSI(P1.0)和SCK(P1.0)可能會(huì )用作其它用途，比如其它的SPI器件或GPIO。
2.4 LF時(shí)鐘，RTC喚醒定時(shí)器，GPIO喚醒和WTD
nRF9E5內有一個(gè)低頻的時(shí)鐘CKLF，該時(shí)鐘常開(kāi)。當晶振開(kāi)始工作后，CKLF頻率為4kHz；晶振不工作時(shí)，CKLF是一個(gè)低功耗RC晶振并且不能禁能，只要VDD 1.8V，其連續工作。RTC喚醒定時(shí)器、WTD(看門(mén)狗)和GPIO喚醒全都工作在CKLF頻率，以保證芯片低功耗工作時(shí)能夠完成這三個(gè)功能。
RTC喚醒定時(shí)器是個(gè)24位可編程控制的遞減計數器，WTD則是個(gè)16位可編程控制的遞減計數器。RTC喚醒定時(shí)器和WTD的循環(huán)周期一般在300us和80ms之間，默認為1ms。
2.5 AD轉換器
nRF9E5片內有10位ADC，AD轉換參考電壓可以通過(guò)軟件設置在A(yíng)REF和1.22V之間(內部參考電壓)。AD轉換器的4個(gè)輸入可通過(guò)軟件進(jìn)行選擇，通道0到3可以把對應引腳AIN0到AIN3上的電壓值分別轉換為數字值，通道4用于對nRF9E5工作電壓的監控。AD轉換器默認工作于10位方式，可通過(guò)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(guò)內部并行口或內部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接收器輸出的數據準備信號，可通過(guò)程序使其為微處理器的中斷或通過(guò)GPIO口的傳給CPU。
nRF9E5工作于433/868/915 ISM頻段。收發(fā)器由一個(gè)完整的頻率合成器、一個(gè)功率放大器、一個(gè)調節器和兩個(gè)接收器組成。輸出功率、頻道和其它射頻參數可通過(guò)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。為了節能，可通過(guò)程序控制收發(fā)器的開(kāi)/關(guān)。
3. 無(wú)線(xiàn)鼠標的基本知識[2]
無(wú)線(xiàn)鼠標的基本功能和普通鼠標相同，唯一的區別是無(wú)線(xiàn)鼠標通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳送鼠標信息給PC機，而普通鼠標是通過(guò)電線(xiàn)。這意味著(zhù)無(wú)線(xiàn)鼠標檢測鼠標移動(dòng)和按鍵信息的方法和普通有線(xiàn)鼠標一樣，也是用開(kāi)關(guān)來(lái)檢測按鍵，用球和滾軸來(lái)檢測鼠標的移動(dòng)。無(wú)線(xiàn)鼠標使用電池供電，所以應該盡量考慮節能問(wèn)題，盡量用最少的次數就能把檢測到的鼠標信息發(fā)送到PC機。無(wú)線(xiàn)鼠標在PC機處還應有一個(gè)接收器，一般該接收器是通過(guò)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(wú)線(xiàn)光機鼠標方案
無(wú)線(xiàn)光機鼠標器，即將滾輪的機械轉動(dòng)轉換成光信號，然后變?yōu)閿底蛛娦盘栐偻ㄟ^(guò)無(wú)線(xiàn)的方式發(fā)送給和PC機相連的接收器。無(wú)線(xiàn)光機鼠標器底部有一個(gè)露出一部分的塑膠小球,當鼠標器在操作桌面上移動(dòng)時(shí)，小球隨之轉動(dòng)，在鼠標器內部裝有三個(gè)滾軸與小球接觸，其中有兩個(gè)分別是X軸方向和Y軸
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