专利名称：无线键盘及鼠标收发装置的制作方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，特别涉及无线键盘及鼠标收发装置。
背景技术：
现有的无线键盘和鼠标(简称无线键鼠)所采用的27MHz RF技术，操作范围只有 1. 8米，同类产品容易出现干扰问题；蓝牙技术能实现10米的有效距离，但因为要交纳专利 费，导致采用蓝牙技术的产品其成本都额外增加3-5美元。2. 4G无线技术解决了 27Mhz功 率大、传输距离短、同类产品容易出现互相干扰等缺点，传输率达到了 2Mbps，并支持自动调 频，双向传输模式也彻底杜绝了信号中断情况的发生，使得开发15米以上有效使用距离且 无干扰的无线键鼠收发设备成为可能。但是，广泛应用的键盘及鼠标都是基于PS2接口标准，如何利用现有PS2有线键鼠 设备，在2. 4G无线技术支持下进行长距离的操作，成为现有技术亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明目的在于解决现有技术不足，提出了一种无线键盘及鼠标收发装置。本发明的技术方案是包括发射部分和接收部分；所述发射部分包括用于与键盘 和鼠标连接的PS2接口、发射处理器和无线发射模块，键盘信息和鼠标信息经PS2接口传输 到发射处理器，发射处理器对键盘信息和鼠标信息编码所形成的编码信息传输到无线发射 模块，由无线发射模块进行无线发送；所述接收部分包括无线接收模块、接收处理器和用于与主机连接的USB接口 ；无 线接收模块与无线发射模块建立在2. 4GHz频点上的双向串行通信，无线接收模块接收到 无线发射模块发送的编码信息后送往接收处理器，接收处理器对编码信息解码所得键盘信 息和鼠标信息转换为HID数据格式后经USB接口传输到主机。而且，所述发射处理器采用ATMEL公司的AT89C2051单片机实现，所述接收处理器 采用Cypress Semiconductor公司EZ-USB FX2系列中的CY7C68013单片机实现。而且，所述无线发射模块采用具有软件设地址功能的产品，所述无线接收模块采 用具有响应地址校准功能的产品。而且，所述无线接收模块和无线发射模块均采用杭州源中通信技术有限公司的 NewMsg-RF2401数字无线通信模块实现。本发明提出了一种无线键盘及鼠标收发装置，实现了在无线模式下对PS2鼠标键 盘信息的采集、编码、发射和接收的电路。本发明的方案实施简便，成本低廉，整合了 2. 4GHZ 无线通信技术和PS2接口标准，为现有键盘及鼠标提供PS2接口进行长达15米以上有效距 离的无线操作；即使在墙壁阻隔的情况下，也可实现6米以上的有效使用距离。本发明还使 用无线模块的软件设地址功能，实现了多套设备之间的无干扰工作。
图1是本发明结构图；图2为本发明实施例鼠标和键盘PS2接口电路图；图3为本发明实施例的无线模块RF2401接口电路图；图4为本发明实施例的AT89C2051单片机接口电路图；图5为本发明实施例的AT89C2051单片机的工作流程图；图6为本发明实施例的接收部分电路原理图。
具体实施例方式参见图1，本发明的技术方案用于实现基于PS2接口标准的键盘及鼠标与主机之 间的无线通信，无线键盘及鼠标收发装置包括发射部分和接收部分所述发射部分包括用 于与键盘和鼠标连接的PS2接口、发射处理器和无线发射模块，键盘信息和鼠标信息经PS2 接口传输到发射处理器，发射处理器对键盘信息和鼠标信息编码所形成的编码信息传输到 无线发射模块，由无线发射模块进行无线发送；所述接收部分包括无线接收模块、接收处理器和用于与主机连接的USB接口 ；无 线接收模块与无线发射模块建立双向串行通信，无线接收模块接收到无线发射模块发送的 编码信息后送往接收处理器，接收处理器对编码信息解码所得键盘信息和鼠标信息转换为 HID数据格式后经USB接口传输到主机。无线接收模块与无线发射模块之间的双向串行通 信设定在2. 4GHz频点上，可以支持进行长距离的有效操作。考虑到目前的计算机技术，主机上都会设有多个USB接口，本发明在接收部份设 置USB接口以连接主机。若采用其它串行接口接入主机，应当属于本发明技术方案的等同 替换方案。接收设备采用HID人机交互设备类协议实现键盘信息和鼠标信息到主机的传 输，键盘信息和鼠标信息转换为HID数据格式后可简称为HID码。HID码是主机能够直接识 别的数据，通过USB接口传输至主机即可。本发明所支持的主机，除个人PC的主机外，也包 括笔记本电脑等。本发明提供的无线键盘及鼠标收发装置针对手持端和主机端分别设计，使用时将 任意PS2接口的鼠标和键盘正确连接到发射部分的PS2接口上之后，再将接收部分的USB 接口与主机上的任意USB接口相连，则有线键盘及鼠标即可以转变成无线键盘及鼠标，构 成完整的计算机系统。经过无线通信连接，用户在键盘和鼠标的操作就能在主机得到反应， 整个系统按照以下步骤进行工作在手持端的发射部分，键盘及鼠标信息按照PS2串行通信协议传输至发射处理 器，由发射处理器对其进行一定的格式转化形成编码信息并封装成数据帧，然后通过无线 发射模块进行射频发送。编码信息的数据帧格式可以有多种形式，例如帧的第一字节为标 识位，用以区别为键盘或者鼠标信息；帧的第二字节为键盘或鼠标信息的字节长度；帧的 第三字节开始记录键盘或鼠标信息。在主机端的接收部分，与无线发射模块地址码相对应 的无线接收模块将接收到的编码信息传输给接收处理器，接收处理器从编码信息中提取所 得键盘信息和鼠标信息经USB接口与上位对应的主机通信。键盘及鼠标即可以与主机进行 无线串行通信，实现远距离无线操作。具体实施时，可以采用成熟的单片机技术实现发射处理器和接收处理器。单片机除了具有成本低廉的优点，通过单片机编程，还能够扩展功能，实现自动化。本发明实施 例的发射处理器采用AT89C2051单片机实现，所述接收处理器采用EZ-USB FX2系列中的 CY7C68013单片机实现。为了防止干扰，本发明提供了进一步技术方案所述无线发射模块采用具有软件 设地址功能的产品，所述无线接收模块采用具有响应地址校准功能的产品。本发明实施例 的无线接收模块和无线发射模块均采用NewMSg-RF2401数字无线通信模块实现，以下简称 RF2401模块。RF2401模块工作在2. 4GHz频点上，支持软件设地址功能和响应地址校准，因 此可以通过地址码来区分设备。RF2401模块的单个数据包最大可以为32字节。数据包由 地址位+数据位+校验位组成，校验位最大为2字节，地址位最大为5字节但不能全为0，因 此最多可以设置128~5-1个地址码来区分不同套设备。实施例中，地址位有效位取2字节， 所以共可设128*128-1 = 16383个不同的地址码，即可以区分16383套不同设备。具体实 施时，由AT89C2051单片机根据RF2401模块的软件设地址方式将编码信息进一步编码成以 下格式地址位+数据位+校验位，其中数据位即是上述标识位+字节长度+键盘或鼠标信 息形式的原编码信息。在接收部份采集与之对应的无线发射模块所发送上述格式的编码信 息可以进行地址位校准。从而可以区分开多套设备，即使在同一场所有多套设备同时工作 时，互相也不会被干扰。通过对AT89C2051单片机编程，可以自动收集键盘信息和鼠标信息并要求无线发 射模块发送，实现发射过程自动化。AT89C2051单片机的软件工程实现中包括与RF2401模 块配套的Rf2401. h文件，实现了无线模块的软件接口，Rf2401. h文件由RF2401模块厂商 提供，其中定义了初始化配置函数Config2401 ()，设置为发送模式的函数SetTxModeO，接 收模式的函数SetRxModeO，数据发送的函数RF2401_TXPaCket()，以及数据接收的函数 RF2401_RxPacket ()，AT89C2051单片机程序通过调用以上函数可以控制编码信息发送。同 样的CY7C68013单片机的软件工程实现中包括与RF2401模块配套的Rf2401. h文件，通过 调用以上函数可以控制编码信息接收。AT89C2051单片机编程可采用标准C51语言进行编 写，本发明提供实施例工作流程以便实施参考，可参见图5 首先，程序调用COnfig2401() 配置无线模块RF2401，对键盘及鼠标初始化使外部设备正常工作；通过While(I)轮询语 句轮询键盘及鼠标的时钟状态，当出现对键盘或鼠标的操作时，时钟线KCLK或MCLK拉 低，AT89C2051单片机读取数据信息如果是键盘信息，判断按键是否为一般按键或者是 Num Lock、Caps Lock、Scroll Lock有LED指示的按键。如果是前者，将键盘信息编码至 单片机内设置的发射缓存中，设置无线发射模块为发射模式，通过数据发送的函数RF2401_ TxPacketO将键盘信息相应的编码信息加入地址信息并送入无线发射模块，无线发射模 块加入校验信息后以数据帧形式进行高速发射；如果是后者，单片机向键盘发出控制命令， 改变键盘工作模式和LED显示状态。如果是鼠标信息，则判断鼠标是否具有滚轮，如果有， 则依次读取4字节的鼠标信息，若无，则读取3字节的鼠标信息，最后同样鼠标信息编码至 单片机内设置的发射缓存中，设置无线发射模块为发射模式，通过数据发送的函数RF2401_ TxPacketO将鼠标信息相应的编码信息加入地址信息并送入无线发射模块，无线发射模块 加入校验信息后以数据帧形式进行高速发射。每高速发射完一个数据帧后应当清除发射缓 存并重新检测键盘和鼠标的时钟线状态，重复以上过程以发射下一数据帧。具体实施时可 由本领域技术人员根据此工作流程进行软件编程即可，相关细节可参照杭州源中通信技术有限公司提供的《NewMSg_RF2401开发指南V2. 0》。通过对CY7C68013单片机编程，可以支持USB协议，能够将键盘信息和鼠标信息经 USB接口自动传输到上位主机。CY7C68013单片机的工作程序采用标准C51语言进行编写。 为了便于开发者缩短开发周期，CYPRESS公司为开发者提供了固件程序框架来实现循环查 询的程序和与主机通信的端点中断程序。本发明建议采用此开发包的程序框架进行设计， 具体实施时只需利用这个框架就可以实现芯片初始化、处理USB标准设备请求、电源挂起 管理等功能。因为属于现有技术，本发明对此程序框架所包含的主要文件进行简单说明Fff. C负责了 USB设备连接、重枚举、设备初始化等过程；dscr. a51文件定义了 USB设备握手时需要的各种描述符，本发明将其进行修改， 定义了鼠标键盘两个接口描述符信息，实现了 HID键盘鼠标组合设备描述符；FX2. H主要定义了各种二级中断向量和描述符的数据结构；FX2REGS. H定义了 USB中所有的寄存器；fx2hid. c主要实现了框架里面的函数，实现了函数的挂钩，本发明在TD_Init() 函数中实现了初始化及端点配置工作，在TD_Poll()函数中实现了将键盘鼠标扫描码转换 成HID码，并将HID码输入到USB端点缓存从而与主机进行通信。本发明在接收端固件程序中新增一个ScanToHID. H文件，定义了两个转换函数， 实现了硬件扫描码到HID码的转换，方便在TD_Poll ()函数中调用。固件程序负责初始化各硬件单元，重新配置设备，主要包括设备描述符信息、设备 功能代码和通信控制功能代码。EZ-USB FX2开发套件提供给用户一个固件函数库(Ezusb. lib)和固件框架，两者均是基于C51进行开发的，提供了一系列的函数来加速USB固件程 序的开发。本发明实施例在CY7C68013的单片机程序中包含了 FX2. H和FX2REGS. H两个 头文件，并在项目中链接Ezusb. Lib，便可以直接使用固件库中的各个函数。CY7C68013的 单片机程序的工程实现参考上述程序框架和实现了 Rf2401模块厂商提供的Rf2401. h即 可，具体实施可参见中国源创力科技工作室的《USB2. 0-CY7C68013-128S开发板用户手册 Verl. 1》和上述《NewMsg_RF2401开发指南V2. 0》，本发明不予赘述。接收部份以USB接口与主机连接，可整体视为USB设备。按照现有USB协议USB 设备一上电，主机的USB控制器发出复位命令，CY7C68013单片机固件程序框架调用TD_ InitO函数完成初始化以及USB端点配置等工作，接着在Is的间隔内开始重新列举设 备，USB设备发送设备、配置、接口、端点和字符串的描述符和初始化信息至主机，直到设置 (SETUP)封包收到断点0为止。之后，固件构架反复调用TD_Poll()函数实现鼠标信息和 键盘信息到HID码的转换，并将HID码数据输出至USB端口缓存中，进而与主机进行通信。 USB接口 一般提供4个端口，本发明实施例采用USB 0端口为控制端口，1端口为键盘数据 通信端口，2端口为鼠标数据通信端口。采用标准C51语言进行编写的CY7C68013单片机程序编译后形成固件程序.hex 文件。具体实施时，可以通过现有的HeX2BiX. exe应用程序把固件程序.hex文件转化 成.iic文件，然后通过现有的EZ-USB专用控制程序Control Panel可以下载到板上的 EEPR0M，并在CY7C68013单片机内部RAM开始运行。为了便于实施参考，本发明提供实施例的电路说明如下PS2接口电路采用现有的PS2-6PIN模块接口，即具有6个引脚的PS2接口，具体连接参见图2 将用于与键盘连接的PS2接口 J-K的时钟线KCLK、数据线KData分别与 AT89C2051单片机的I/O端口 3 (P3. 1)和9 (P3. 5)相连；将用于与键盘连接的PS2接口 J-M 的时钟线MCLK、数据线MData分别与AT89C2051单片机的端口 2 (P3. 0)和8 (P3. 4)相连； PS2接口的3、4引脚分别接电源VCC和接地。AT89C2051单片机不断轮询PS2接口的时钟 线KCLK、MCLK状态，当有按键按下或者鼠标动作时，时钟线KCLK或MCLK拉低，AT89C2051 单片机通过数据线KData或MData以字节为单位读取外部鼠标信息和键盘信息。图中的S 为方向示意符，表示有线键盘和鼠标通过此方向插入到PS2接口。无线发射模块采用RF2401模块，其提供的接口电路参见图3 :PWR UP、CE、CS和DRl 四个引脚决定模块的收发、配置、空闲和关机四种工作模式。时钟线CLKl用于接收AT89C2501 单片机的时钟控制信号、数据线DATA用于接收AT89C2501单片机提供的编码信息。发射部分中，AT89C2501单片机的电路参见图4 :PS2键盘和鼠标分别占用 AT89C2501单片机的两个I/O端口(P3. 4、P3. 5)以实现与单片机的通信。无线发射模 块的接口电路的PWR_UP、CE、CS、DRl引脚分别连接AT89C2051单片机的端口 18 (P1. 6)、 14 (PL 2)、13 (PL 1)和12 (P1.0)；时钟线CLK1、数据线DATA分别连接AT89C2051单片机的 端口 11 (P3. 7)、7 (P3. 3)，从而可通过AT89C2501单片机控制无线模块的工作模式和时钟状 态，并通过DATA端口(P3.3)实现无线模块与单片机的数据通信。AT89C2501单片机的正常 工作还需要外接上拉电阻提供复位信号RST等常见设置，本发明不予赘述。接收部分中，EZ-USB FX2系列中的CY7C68013单片机集成了 USB2. 0收发器、串行 接口引擎SIE、增强的8051微控制器和可编程的外围接口。无线接收模块接收来自发射器 的信号并将相关编码信息传送给CY7C68013单片机，CY7C68013内部实现HID协议将无线 接收模块的编码信息转换为HID码并通过USB接口与主机通信。图6为接收部分电路设计 原理图芯片SPX1117为一个低功耗正向电压调节器，VIN端输入计算机输入的+5V直流电 压，使能RED指示器，VOUT端输出稳定电压。本发明实施例通过EZ-USB Control Panel控制 面板从EEPROM中装载相关软件程序，并传输至CY7C68013单片机内的RAM中执行，EEPROM 采用现有24LC64芯片实现，其SCL引脚、SDA引脚分别与CY7C68013单片机的端口 22、23连 接。其中，A0、A1、A2为地址端口，通过用跳线帽连接插座Headerf可以恢复EEPROM为缺省 状态用以重新装载固件程序。24LC64芯片的WP、Vss, Vcc引脚分别用于写保护、接地和接 +5V电压。接收部分中无线接收模块与CY7C68013单片机的连接类似于发射部分中无线发 射模块与AT89C2051单片机的连接无线接收模块的DATA、DR1、CLK、PWR_UP、CE和CS引脚 分别连接 CY7C68013 单片机的端口 45、44、43、42、41、40。其中USB_A是指USB A型插头，即通常所谓的USB接口。其中VBUS为设备上电后 计算机输出的+5V直流电压，D-, D+为数据线，GND为接地端。具体实施时，采用其他型号的单片机等芯片产品实现电路，也应当在本发明保护 范围内。以键盘发送Shift和G字母组合键为例，本发明实施例的处理流程为首先将键盘和鼠标插入发射部分的PS2接口，通电，将接收部分的USB 口插入主机 USB 接口 ；AT89C2051单片机执行无线模块初始化函数Config2401 ()，配置无线发射模块；执行键盘初始化，向键盘发送一系列命令来重置键盘状态指示器、Num LockLED和设置机打 延时和速率等初始化工作；接收端主机的USB控制器复位USB设备，并分配给USB设备唯一的地址；USB设备 发送描述符和初始化信息至主机，主机加载驱动程序，完成USB接口的初始化工作；AT89C2051单片机轮询键盘PS2接口 J-K的时钟线KCLK，若检测到键盘按下Shift 键，时钟线拉低，单片机读取Shift键通码12h并发射至接收部分。接着，检测到键盘按下 G字母键，单片机读取G键通码34h并发射至接收部分；释放G键，单片机发送G键断码FOh 34h并发送至接收部分；释放Shift键，单片机发送Shift键断码FOh 12h至接收部分。具 体发送过程都是将通码或断码编码后作为发射数据保持在发射缓存中，设置无线发射模块 为发射模式，通过数据发送的函数RF2401_TXPacket()将编码信息加入地址信息并送入无 线发射模块，无线发射模块加入校验信息后以数据帧形式进行高速发射。接收部分中无线接收模块设置为接收模式，根据地址位信息读取地址码相应的同 套无线发射模块发送的编码信息，CY7C68013单片机依次地把读取的数据信息(如G键通 码34h)转换成HID码，并把键盘HID码保存至USB端口 1的输入缓存中，把鼠标HID码保 存至USB端口 2的输入缓存中，并与主机进行通信。
权利要求
无线键盘及鼠标收发装置，用于实现基于PS2接口标准的键盘及鼠标与主机之间的无线通信，其特征在于包括发射部分和接收部分；所述发射部分包括用于与键盘和鼠标连接的PS2接口、发射处理器和无线发射模块，键盘信息和鼠标信息经PS2接口传输到发射处理器，发射处理器对键盘信息和鼠标信息编码所形成的编码信息传输到无线发射模块，由无线发射模块进行无线发送；所述接收部分包括无线接收模块、接收处理器和用于与主机连接的USB接口；无线接收模块与无线发射模块建立在2.4GHz频点上的双向串行通信，无线接收模块接收到无线发射模块发送的编码信息后送往接收处理器，接收处理器对编码信息解码所得键盘信息和鼠标信息转换为HID数据格式后经USB接口传输到主机。
2.如权利要求1所述无线键盘及鼠标收发装置，其特征在于所述发射处理器采用 ATMEL公司的AT89C2051单片机实现，所述接收处理器采用CypressSemiconductor公司 EZ-USB FX2系列中的CY7C68013单片机实现。
3.如权利要求1或2所述无线键盘及鼠标收发装置，其特征在于所述无线发射模块 采用具有软件设地址功能的产品，所述无线接收模块采用具有响应地址校准功能的产品。
4.如权利要求3所述无线键盘及鼠标收发装置，其特征在于所述无线接收模块和无 线发射模块均采用杭州源中通信技术有限公司的NewMSg-RF2401数字无线通信模块实现。
全文摘要
本发明提供无线键盘及鼠标收发装置包括发射部分和接收部分；所述发射部分包括用于与键盘和鼠标连接的PS2接口、发射处理器和无线发射模块，键盘信息和鼠标信息经PS2接口传输到发射处理器，发射处理器对键盘信息和鼠标信息编码所形成的编码信息传输到无线发射模块，由无线发射模块进行无线发送；所述接收部分包括无线接收模块、接收处理器和用于与主机连接的USB接口；无线接收模块与无线发射模块建立双向串行通信，无线接收模块接收到无线发射模块发送的编码信息后送往接收处理器，接收处理器对编码信息解码所得键盘信息和鼠标信息转换为HID数据格式后经USB接口传输到主机。本发明实现了在无线模式下对PS2鼠标及键盘信息的采集、编码、发射和接收。
文档编号G08C17/02GK101901058SQ20091006224
公开日2010年12月1日 申请日期2009年5月26日 优先权日2009年5月26日
发明者余超, 郝莉, 陈矛 申请人:华中师范大学