红外线遥控鼠标.docx
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红外线遥控鼠标
电路CAD
课程设计报告
学院：
......
专业班级：
信息.....
姓名：
...
同组同学：
......
学号：
...
日期：
2012年11月21日
目录
摘要1
一、设计任务2
二、设计方案阐述2
三、原理框图2
四、工作原理说明2
1、机械式鼠标器工作原理2
2、红外线遥控鼠标器工作原理3
五、部分电路详细说明5
1、编码芯片VD5026/解码芯片VD50275
2、红外遥控集成器CX201066
3、红外接收器电路详细介绍（方波发生器，移相器，控制电路）7
六、设计结果9
1、软件设计9
2、硬件安装和调试（实际未进行）10
七、总结心得11
八、参考文献11
附录：
元件属性表11
红外线遥控鼠标器的设计
摘要：
鼠标是计算机的主要输入设备之一，但同一连线鼠标由于不能由多台计算机分享，而且不能远距离控制，不适宜于多媒体教学使用。
本文根据鼠标和红外遥控的工作原理，用编解码芯片对VD5026/VD5027，开发出红外遥控鼠标。
经测试，可满足计算机输入设备的需求。
关键词：
遥控鼠标；红外；编解码
TheDesignofInfraredRemoteControllingMouse
Abstract：
Themouseisoneofprimaryinputequipmentofcomputer.Butthesameonlinemouseissharedonlybyonecomputer,andcannotbetelecontrolled,soitisnotsuitableforthemulti-mediateachinguse.Thispaperisaccordingtomouseandinfraredremotecontrolledworkprinciple,withthecodecchipspairofVD5026/VD5027,andmanufacturedtheinfraredremotecontrolledmouse.Itwastestedandcanbesatisfiedwiththerequirementofcomputerinputdevice.
Keywords:
remotecontrolledmouse;infrared;codec
一、设计任务
使用Protel99SE软件设计一个红外线遥控鼠标器。
二、设计方案阐述
鼠标器是用来产生控制屏幕光标移动的一种装置，是计算机最重要的外部输入设备之一，可用于人机会话的图形系统。
鼠标器和计算机之间有一根连线，并且需要在桌面（鼠标垫）上进行操作。
在使用计算机和大屏幕投影机作多媒体教学时，由于鼠标器操作的牵制，会使教员的教学活动受到限制，不利于教学双方的交流。
我们对现有鼠标进行改造，在原有鼠标上加入编码遥控集成组件，使其成为遥控和机械双重功能的鼠标器——用红外线取代了鼠标器和计算机之间的连线，用按键控制光标的移动，解决了上述鼠标器使用不便的问题。
三、原理框图
红外线遥控鼠标器由红外发射器和红外接收器两部分组成，其原理方框图如图所示。
四、工作原理说明
1、机械式鼠标器工作原理
为了说明红外线遥控鼠标器的工作原理，有必要先讲一下普通鼠标器的工作原理。
鼠标器按其工作原理可分为机械式和光电式两种，最常见的是机械式鼠标器。
现在的机械鼠标器实际上是光机鼠标器，即将滚轮的机械转动转换成光信号，再变为电信号。
下面以这种鼠标器为例说明其工作原理。
在机械式鼠标器底部有一个露出一部分的塑胶小球,当鼠标器在操作桌面上移动时，小球随之转动，在鼠标器内部装有三个滚轴与小球接触，其中有两个分别是X轴方向和Y轴方向滚轴，用来分别测量X轴方向和Y轴方向的移动量，另一个是空轴，仅起支撑作用。
拖动鼠标器时，由于小球带动三个滚轴转动，X轴方向和Y轴方向滚轴又各带动一个转轴（称为译码轮）转动。
译码轮（见图1）的两侧分别装有红外发光二极管和光敏传感器，组成光电耦合器。
光敏传感器内部沿垂直方向排列有两个光敏晶体管A和B，如图2所示。
由于译码轮有间隙，故当译码轮转动时，红外发光二极管发出的红外线时而照在光敏传感器上，时而被阻断，从而使光敏传感器输出脉冲信号。
光敏晶体管A和B被安放的位置使得其光照和阻断的时间有差异，从而产生的脉冲A和脉冲B有一定的相位差，利用这种方法，就能测出鼠标器的拖动方向。
也就是说，脉冲A比脉冲B的相位提前时，表示一个移动方向；反之，脉冲B比脉冲A的相位提前时，表示另一个移动方向。
同时，脉冲信号周期也能反映出移动速度。
检测到的X轴方向和Y轴方向移动的合成即代表了鼠标器的移动方向。
将上述电信号重新编码后形成串行信号，再通过串行口COM1或COM2输入计算机，计算机即可判断鼠标器的移动方向。
由以上的叙述可以得出结论：
如果给X轴方向和Y轴方向光敏传感器的输出端送入两组脉冲信号，控制每一组脉冲的相位差即能达到与拖动鼠标器相同的作用。
本文介绍的红外线遥控鼠标器正是根据这一原理设计的。
2、红外线遥控鼠标器工作原理
红外线遥控鼠标器由红外发射器和红外接收器两部分组成。
红外发射器电路如图（a）所示。
IC1为编码器集成电路VD5026，和它配对的译码器集成电路为VD5027或VD5028。
VD5026的1～8脚为地址端A0～A7，10～13脚为数据端D0～D3（和VD5028配合使用时可作地址端A8～A11），17脚为编码信号输出端，其输出信号对IC2A、IC2B等组成的40kHz脉冲发生器的信号进行调制。
调制后的脉冲信号经IC2C、IC2D后由VT1推动红外发光二极管VD5、VD6发射红外线。
IC2C、IC2D有缓冲和整形的作用。
R5为编码器VD5026的振荡电阻，它和配对的解码器VD5027的振荡电阻应该取相同的阻值，以保证时钟频率一致，否则将不能译码。
数据端D0～D3的电平决定了鼠标器的移动方向和左、右键的工作状态，其电平受S1～S6的控制，其中S1、S2控制X轴方向的正向和反向移动，S3、S4控制Y轴方向的正向和反向移动，S5、S6分别为鼠标器的左、右控制键。
所按的键同D0～D3电平和工作状态的关系见附表。
由附表可以看出，通过按键即可对鼠标器进行各种操作，例如要使鼠标器向左上方移动，可先按S2向左移动，再按S3向上移动，也可以同时按S2、S3直接向左上方移动。
图（a）红外发射器电路
附表
按键
D0
D1
D2
D3
工作状态
S1
1
0
0
0
X轴正方向移动
S2
0
1
0
0
X轴负方向移动
S3
0
0
1
0
Y轴正方向移动
S4
0
0
0
1
Y轴负方向移动
S1、S3
1
0
1
0
X轴正方向移动、Y轴正方向移动
S1、S4
1
0
0
1
X轴正方向移动、Y轴负方向移动
S2、S3
0
1
1
0
X轴负方向移动、Y轴正方向移动
S2、S4
0
1
0
1
X轴负方向移动、Y轴负方向移动
S5
1
1
0
0
鼠标器左键
S6
0
0
1
1
鼠标器右键
红外线接收器电路如图（b）所示。
CX20106是红外遥控接收集成电路，它由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、峰值检波器和整形电路等组成。
VD1输入IC1的红外信号，经过解调后由7脚输出，再由IC3F反相后得到与VD5026脚输出相同的编码信号。
此信号通过VD5027的脚输入，由于VD5027的地址码A0～A7和发射器VD5026的地址码A0～A7相同（都设置为低电平），所以VD5027能对与其相连的编码信号进行正确解码，其结果是能使VD5027的D0～D3输出与VD5026的D0～D3相同的电平，从而完成相应的动作。
图（b）红外接收器电路
五、部分电路详细说明
1、编码芯片VD5026/解码芯片VD5027
VD5026，VD5027是CMOS大规模集成电路，前者是编码器，通过发射系统发射数字编码。
后者是译码器，二者结合在一起构成一个数字遥控发射接收系统。
VD5026是DIP18脚双列直插芯片，1~8脚是8位地址编码输入端。
每个脚有3个状态，即“0”、“1”、“悬空”。
这样8个脚组合在一起可有（3的8次方）6561个地址编码。
10~13脚是数据编码输入端，每个脚有2个输入状态即“0”、“1”。
14脚是发射命令控制端。
17脚是编码输出端。
当14脚接“0”时，17脚输出由地址编码和数据编码组合在一起的编码。
15、16脚是外接一个几十到数百千欧的电阻组成一个内置振荡器，震荡频率为1600/R（KHz），式中R为KΩ,一般取值为100KΩ。
VD5027需与VD5026配合使用，管脚排列图与VD5026相似，也是DIP18脚双列直插芯片。
其1~8脚是8位地址编码输入端，使用时其状态与VD5026的1~8脚地址状态完全对应，否则VD5027不译码。
14脚是信息码输入端。
10~13脚及17脚是译码输出端。
15、16脚是内置振荡器电阻输入端，使用时必须与VD5026的15、16脚的电阻保持一致。
当VD5027译码到的地址（VD5026的地址编码）与自己的地址编码对应时，接收到的VD5026的10~13脚的输入状态就锁存到VD5027的10~13脚，直到VD5026的10~13脚的输入状态再次改变并被VD5027接收到。
同时当VD5027译码到的地址与自己的地址编码对应时，17脚就输出高电平，但不保持，一旦VD5027接收不到该信息，17脚就返回到低电平。
根据这一特点，设计者可以根据自己的逻辑需要选择合适的控制端。
该编译码集成电路工作电压范围较宽，可以在2~6V范围内正常工作，而且耗电极小，静态电流仅有1uA。
集成电路内部含有振荡电路，不用再外加晶振。
它的外围电路也很简单，也容易与射频、红外线、超声等方式结合起来，组成遥控发射、接收系统。
因此这种电路应用非常广泛。
2、红外接收器电路详细介绍（方波发生器，移相器，控制电路）
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。
IC3的各有关脚的输出波形见图6，从图中可以看出，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7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S1后，接收器IC2的D0端输出高电平，使“与”门IC4D的13脚为高电平，而IC2的D1端为低电平，使IC5D的12脚为高电平，这样就使从IC4D的12脚输入的脉冲信号得以从IC5D的11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S2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S1、S2均不按下时，IC2的D0、D1端均为低电平，IC5D的11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。
相关点的脉冲信号波形见图8。
如果按下发射器的S5，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10脚、IC4D的11脚输出相位相反的脉冲信号，在任一时刻IC5D的12、13脚均有一端为低电平，从而使IC5D的11脚输出高电平，因此按S5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，其工作原理可依此类推。
6、设计结果
1、软件设计
图1红外发射器原理图
图2红外接收器原理图
图3红外发射器PCB图
图4红外接收器PCB图
2、硬件安装和调试（实际未进行）
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，笔者用作试验的鼠标器是美上美机械鼠标器。
根据图5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低电平有效，即不按键时控制端对地为正电压。
满足以上两个条件的机械鼠标器均可使用。
下面以美上美机械鼠标器为例具体说明接线方法。
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，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S1，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S3，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。
为了制作和使用方便，可将鼠标器的电路板拆下，与接收器的电路板装在一个盒子里。
如果用其它机械鼠标器进行改装，接收器部分的控制电路可能要作适当改动。
7、总结心得
通过近两周的努力，我们小组成功完成了此次课程设计。
刚开始时，我们选的课题没考虑好，模块较少，不符合老师要求。
经过深思熟虑我们决定换题。
对新的课题，大家对此都很感兴趣。
接下来，我们通过各种途径查阅相关资料。
在熟悉了课题的基础上，我们着手用Protel99SE软件设计电路原理图、PCB板图。
随之也出现了各种各样的难题，比如新建元件库，不了解元件封装等等，我们小组成员通过请教周围同学以及上网寻求帮助等手段解决了这些问题。
通过这次设计我们进一步熟悉了Protel99SE软件设计电路的具体操作，巩固了所学知识，这对我们以后的学习或工作都有很大的帮助。
当然我们的设计有不足之处，主要是以下两点：
其一是没有进行仿真操作，这主要是由于EWB电路仿真软件不支持我们新建的这些元件；其二是由于时间以及实际条件限制没有进行硬件安装与测试。
八、参考文献
1、《电路CAD讲义》萧宝瑾太原理工大学通信技术研究室
2、实用电子制作网
附录：
元件属性表
1、红外发射器
库中元件名
元件标号
元件参数
元件封装
ELECTRO1
C1
47u
RB.2/.4
ELECTRO1
C2
100u
RB.2/.4
CAP
C3
0.01u
RAD0.2
CAP
C4
560p
RAD0.2
BATTERY
DC
6V
RAD0.4
VD5026
IC1
VD5026
DIP18
4011
IC2A
4011
DIP14
4011
IC2B
4011
DIP14
4011
IC2C
4011
DIP14
4011
IC2D
4011
DIP14
RES2
R1
10k
AXIAL0.3
RES2
R2
10k
AXIAL0.3
RES2
R3
10k
AXIAL0.3
RES2
R4
10k
AXIAL0.3
RES2
R5
100k
AXIAL0.3
RES2
R6
470
AXIAL0.3
RES2
R7
100k
AXIAL0.3
RES2
R8
20k
AXIAL0.3
RES2
R9
20
AXIAL0.3
RES2
R10
3k
AXIAL0.3
SW-PB
S1
SW-PB
DIP4
SW-PB
S2
SW-PB
DIP4
SW-PB
S3
SW-PB
DIP4
SW-PB
S4
SW-PB
DIP4
SW-PB
S5
SW-PB
DIP4
SW-PB
S6
SW-PB
DIP4
SWSPST
S7
RAD0.4
DIODE
VD1
1N4148
DIODE0.4
DIODE
VD2
1N4148
DIODE0.4
DIODE
VD3
1N4148
DIODE0.4
DIODE
VD4
1N4148
DIODE0.4
LED
VD5
SE303
RAD0.2
LED
VD6
SE303
RAD0.2
NPN
VT
9013
SOT-23
2、红外接收器
库中元件名
元件标号
元件参数
元件封装
ELECTRO1
C1
1u
RB.2/.4
ELECTRO1
C2
3.3u
RB.2/.4
CAP
C3
330p
RAD0.2
CAP
C4
0.022u
RAD0.2
CAP
C5
0.01u
RAD0.2
CAP
C6
0.01u
RAD0.2
ELECTRO1
C7
100u
RB.2/.4
BATTERY
DC
6V
RAD0.4
CX20106
IC1
CX20106
SIP8
VD5027
IC2
VD5027
DIP18
4069
IC3A
4069
DIP14
4069
IC3B
4069
DIP14
4069
IC3C
4069
DIP14
4069
IC3D
4069
DIP14
4069
IC3E
4069
DIP14
4069
IC3F
4069
DIP14
4011
IC4A
4011
DIP14
4011
IC4B
4011
DIP14
4011
IC4C
4011
DIP14
4011
IC4D
4011
DIP14
4011
IC5A
4011
DIP14
4011
IC5B
4011
DIP14
4011
IC5C
4011
DIP14
4011
IC5D
4011
DIP14
CON8
P1
8PIN
SIP8
RES2
R1
4.7
AXAIL0.3
RES2
R2
200k
AXAIL0.3
RES2
R3
22k
AXAIL0.3
RES2
R4
220k
AXAIL0.3
RES2
R5
100k
AXAIL0.3
RES2
R6
100k
AXAIL0.3
RES2
R7
100k
AXAIL0.3
SWSPST
S1
RAD0.4
PHOTO
VD1
PH302
RAD0.2
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