基于PIC16FB77A单片机+PDIUSBDl2芯片+CC2420无线模块的USB无线触摸鼠标板设计方案

引言

随着信息技术的飞速发展，多媒体教学在学校中得到了广泛应用。然而，传统的多媒体教学设备在互动性方面存在不足，限制了师生之间的有效交流。为了提升教学互动性，我们设计并实现了一种基于USB的无线触摸鼠标板，该系统结合了USB接口和无线传输技术的优势，使得教师可以在教室的任何位置自由控制电脑，增强教学效果。

系统概述

本系统主要由PIC16FB77A单片机、PDIUSBDl2芯片、CC2420无线模块以及PS/2鼠标触摸板组成。系统大致分为两个部分：手持设备终端（即无线触摸鼠标板）和PC接入端。手持设备终端提供PS/2接口供鼠标触摸板接入，并通过无线模块将控制信息发送到PC接入端。PC接入端通过USB接口与主机PC相连，实现数据的交互通信。

主控芯片型号及其在设计中的作用

PIC16FB77A单片机

型号特点：
PIC16FB77A是一款功能强大的8位微控制器，具备丰富的外设接口和灵活的编程能力，广泛应用于各种嵌入式系统中。其内置的高速ADC、多个定时器/计数器、SPI和USART等接口，为系统提供了强大的控制能力。

在设计中的作用：

• 系统控制：PIC16FB77A作为整个系统的核心控制单元，负责协调各个模块的工作，包括触摸板的初始化、数据采集、数据处理和无线发送等。

• 数据处理：对触摸板产生的原始数据进行处理，转换为适合无线传输的格式，并控制CC2420无线模块进行数据发送。

• 电源管理：通过控制各模块的电源供应，实现系统的低功耗运行。

PDIUSBDl2芯片

型号特点：
PDIUSBDl2是一款专为USB设备设计的接口芯片，支持全速USB通信，并提供了简单的硬件接口和灵活的固件编程接口。该芯片广泛应用于各种USB外设中，如鼠标、键盘、游戏手柄等。

在设计中的作用：

• USB通信：作为PC接入端与主机PC之间的通信桥梁，PDIUSBDl2负责将接收到的无线数据转换为USB数据格式，并通过USB接口发送给主机PC。

• 设备枚举：在设备接入主机时，PDIUSBDl2会参与设备的枚举过程，确保设备能够被主机正确识别并安装相应的驱动程序。

• 电源供应：通过USB接口为整个PC接入端提供稳定的5V电源。

CC2420无线模块

型号特点：
CC2420是一款集成了2.4GHz IEEE 802.15.4标准的无线收发器，支持多种通信协议，如ZigBee、RF4CE等。该模块具有低功耗、高灵敏度、高可靠性等特点，广泛应用于无线传感器网络、智能家居、远程控制等领域。

在设计中的作用：

• 无线传输：负责手持设备终端与PC接入端之间的无线数据传输，包括控制命令的发送和接收。

• 协议处理：支持多种通信协议，可根据需要选择合适的协议进行数据传输，提高系统的兼容性和灵活性。

• 低功耗设计：通过优化电路设计和电源管理策略，降低模块的功耗，延长设备的使用寿命。

系统设计

手持设备终端设计

手持设备终端主要由MCU控制模块、无线发送模块、PS/2接口模块和调试模块组成。

• MCU控制模块：以PIC16FB77A单片机为核心，控制整个系统的运行。在触摸板事件发生时，通过中断触发方式唤醒MCU进行数据采集和处理，并将处理后的数据通过无线发送模块发送出去。

• 无线发送模块：采用CC2420无线模块实现数据的无线发送。MCU通过SPI接口与CC2420进行通信，发送控制命令和数据包。同时，通过电平跳变中断检测CC2420的状态变化，确保数据的可靠发送。

• PS/2接口模块：提供PS/2接口供鼠标触摸板接入。通过两条IO线实现数据的传输和控制信号的接收。在初始化阶段，MCU会发送一系列的初始化命令给触摸板，确保其正常工作。

• 调试模块：为了方便设计过程中的调试需要，在开发板上设计一个串口调试模块。通过RS232电平转换芯片MAX3232实现不同电压之间的连接，将调试信息发送给PC端进行显示和分析。

PC接入端设计

PC接入端主要由USB模块和无线接收模块组成。

• USB模块：以PDIUSBDl2芯片为核心，实现与主机PC的USB通信。设备被设计为标准的HID类鼠标，可以直接使用操作系统自带的驱动程序进行识别和通信。当PDIUSBD12接收到来自USB总线的数据或命令时，会进行相应的处理，并通过内部接口与单片机或微处理器（尽管在此设计中，PDIUSBD12主要是与无线接收模块间接交互，但本质上它是连接USB世界与内部逻辑的桥梁）。

• 无线接收模块：同样采用CC2420无线模块，但在此端作为接收方。它负责监听来自手持设备终端的无线信号，并通过SPI接口将接收到的数据包传输给MCU（虽然在此设计中，我们可能不直接使用MCU来直接处理数据，而是直接通过PDIUSBD12将数据发送到USB，但为了设计的灵活性和可能的扩展性，我们保留了这个选项）。然而，更常见的做法是，CC2420将接收到的数据直接或通过简单的微控制器（如果系统需要额外的处理）传递给PDIUSBD12，PDIUSBD12再将这些数据转换为USB HID报告，发送给主机PC。

软件设计

手持设备终端软件设计

手持设备终端的软件设计主要包括以下几个部分：

• 初始化：系统上电后，首先进行各个模块的初始化，包括PIC16FB77A单片机的时钟设置、IO口配置、中断使能，以及CC2420无线模块的参数配置（如频道、通信速率、地址等）。

• 触摸板数据读取：通过轮询或中断方式读取PS/2接口的数据，并进行解析和处理，转换为鼠标的移动和点击事件。

• 数据打包与发送：将处理后的数据打包成适合无线传输的格式，并通过SPI接口发送给CC2420无线模块进行发送。

• 低功耗管理：在没有触摸事件发生时，使系统进入低功耗模式，以降低功耗。

PC接入端软件设计

PC接入端的软件设计相对简单，因为大部分工作由PDIUSBD12和操作系统自动完成：

• 固件编程：为PDIUSBD12编写固件程序，使其能够识别和处理来自CC2420的数据，并将其转换为USB HID报告发送给主机PC。

• 驱动程序：通常不需要编写特定的驱动程序，因为大多数操作系统都内置了对HID类设备的支持。然而，如果需要进行特殊的设备识别或功能扩展，可能需要编写或修改驱动程序。

调试与测试

在系统设计完成后，需要进行详细的调试和测试，以确保各个模块能够正常工作并协同完成预期的功能。调试和测试过程包括：

• 模块级测试：分别测试各个模块的功能，如触摸板的灵敏度、无线模块的通信距离和稳定性、PDIUSBD12的USB通信能力等。

• 系统集成测试：将各个模块集成到系统中，进行整体的功能测试，确保系统能够正确接收和处理触摸事件，并通过无线方式将控制命令发送给PC接入端。

• 性能测试：测试系统的响应时间、通信速率、功耗等性能指标，确保系统能够满足实际应用的需求。

结论

基于PIC16FB77A单片机、PDIUSBD12芯片和CC2420无线模块的USB无线触摸鼠标板设计方案，通过合理的硬件选型和软件设计，实现了高效、可靠的无线触摸控制功能。该系统不仅提高了教学互动性，还展示了嵌入式系统设计与开发的综合技能。随着技术的不断进步和应用的深入拓展，该系统有望在更多领域得到应用和推广。