1  引言

　　個(gè)人計(jì)算機(jī)早已走入千家萬戶。成為工作、生活不可或缺的組成部分。但種類繁多的計(jì)算機(jī)接13線。如電源線、顯示器線、打印機(jī)電纜、網(wǎng)線、音箱線、鼠標(biāo)線、鍵盤線以及各種各樣的USB接口線，常常計(jì)算機(jī)的后面凌亂不堪。隨著無線技術(shù)的迅速發(fā)展。計(jì)算機(jī)的各種附屬設(shè)備也有無線化的趨勢(shì)。其中典型的是無線鍵盤和無線鼠標(biāo)。當(dāng)前的大部分無線鍵盤采用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)鍵盤與計(jì)算機(jī)之間的通信。將其作用距離限制在2米以內(nèi)。本文設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)為的、利用無線射頻技術(shù)的無線鍵盤接口。可以有效克服紅外接13元線鍵盤作用距離短的問題。

　　2  AVR單片機(jī)特點(diǎn)

　　AVR單片機(jī)吸取了PIC及8051等系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上還作了一些重大改進(jìn)。其主要的優(yōu)點(diǎn)如下：

　?。?）內(nèi)嵌高質(zhì)量的Flash程序存儲(chǔ)器，可反復(fù)擦寫，支持ISP和lAP，便于產(chǎn)品的調(diào)試、開發(fā)、生產(chǎn)、更新。內(nèi)嵌長(zhǎng)壽命的EEPROM，可長(zhǎng)期保存關(guān)鍵數(shù)據(jù)。避免斷電丟失。片內(nèi)大容量的RAM不儀能滿足一般場(chǎng)合的使用。同時(shí)也更有效的支持使用語(yǔ)言開發(fā)系統(tǒng)程序。

　?。?）高速度、低功耗。具有SLEEP（休眠）功能。AVR的一條指令執(zhí)行速度可達(dá)50ns（20MHz）。而耗電則在luA～2.5mA間。AVR采用Harvard結(jié)構(gòu)。以及流水線的預(yù)取指令功能，即對(duì)程序的讀取和數(shù)據(jù)的操作使用不同的數(shù)據(jù)總線。因此。當(dāng)執(zhí)行某一指令時(shí)，下一指令被預(yù)先從程序存儲(chǔ)器中取出。這使得指令可以在每一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)被執(zhí)行。

　?。?）外設(shè)豐富。AVR單片機(jī)包含的外設(shè)有12C、SPI、EEPROM、RTC、看門狗定時(shí)器、ADC、PWM和片內(nèi)振蕩器等。可以真正做到單片。

　　（4）抗干擾性好。有看門狗定時(shí)器m巾n安全保護(hù)，可防止程序走飛，提高產(chǎn)品的抗干擾能力。此外，電源抗干擾能也很強(qiáng)。

　?。?）高度保密?？啥啻螣龑懙腇lash且具有多重密碼保護(hù)鎖定（LOCK）功能，因此可低價(jià)快速完成產(chǎn)品商品化，且可多次更改程序（產(chǎn)品升級(jí)），方便了系統(tǒng)調(diào)試。而且不必浪費(fèi)IC或電路板。大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量及競(jìng)爭(zhēng)力。

　?。?）驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。具有大電流10～20mA（輸出電流）或40mA（吸電流）的特點(diǎn)，可直接驅(qū)動(dòng)LED、SSR或繼電器。

　　（7）低功耗。具有6種休眠功能，能夠從低功耗模式迅速喚醒。

　?。?）超功能精簡(jiǎn)指令。具有32個(gè)通用工作寄存器（相當(dāng)于8051中的32個(gè)累加器1。克服了單一累加器數(shù)據(jù)處理造成的瓶頸現(xiàn)象。片內(nèi)含有128-4K字節(jié)SRAM?？伸`活使用指令運(yùn)算，適合使用功能很強(qiáng)的C語(yǔ)言編程，易學(xué)、易寫、易移植。

　?。?）中斷向量豐富。有34個(gè)中斷源。不同中斷向量人13地址不一樣?？煽焖夙憫?yīng)中斷。

　　（10）可靠性高。AVR單片機(jī)內(nèi)部有電源上電啟動(dòng)計(jì)數(shù)器，當(dāng)系統(tǒng)RESET復(fù)位上電后。利用內(nèi)部的RC看門狗定時(shí)器，可延遲MCU正式開始讀取指令執(zhí)行程序的時(shí)間。這種延時(shí)啟動(dòng)的特性，可使MCU在系統(tǒng)電源、外部電路達(dá)到穩(wěn)定后再正式開始執(zhí)行程序。提高了系統(tǒng)工作的可靠性，同時(shí)也可節(jié)省外加的復(fù)位延時(shí)電路。此外。內(nèi)置的電源上電復(fù)位（POR）和電源掉電檢測(cè)（BOD）。也有效提高了單片機(jī)的可靠性。

　　3  總體設(shè)計(jì)

　　無線鍵盤的總體組成框圖如圖1所示。系統(tǒng)主要由一個(gè)常規(guī)的102鍵ps／2鍵盤，兩個(gè)AVR單片機(jī)。一個(gè)433.92MHz的發(fā)射裝置和一個(gè)433.92MHz的接收裝置構(gòu)成。其中AVR單片機(jī)選用的是ATmega32。

圖1 無線鍵盤總體框圖

　　由圖可以看出，無線鍵盤主要由兩部分組成：鍵盤端和計(jì)算機(jī)端。在鍵盤端，一片ATmega32單片機(jī)一頭連接鍵盤。另一頭連接著射頻發(fā)射裝置。鍵盤與單片機(jī)及單片機(jī)與射頻發(fā)射裝置之間的通信都通過單片機(jī)內(nèi)置的UART接口來完成。在計(jì)算機(jī)端，另一片ATmega32單片機(jī)與射頻接收裝置及計(jì)算機(jī)相連。接收裝置與單片機(jī)及單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信同樣是利用單片機(jī)內(nèi)置的UART接口模塊來完成。(更多關(guān)于單片機(jī)的應(yīng)用方案，請(qǐng)查看維庫(kù)技術(shù)資料網(wǎng) http://www.hbjingang.com/data)

　　4  硬件設(shè)計(jì)

　　4.1 計(jì)算機(jī)端電路

　　計(jì)算機(jī)端的硬件電路如圖2所示。計(jì)算機(jī)通過6針微型標(biāo)準(zhǔn)接頭與單片機(jī)相連，并為單片機(jī)和射頻接收裝置供電。時(shí)鐘線與單片機(jī)PORTA 13的第5個(gè)引腳相連。數(shù)據(jù)線則與PORTA的第4個(gè)引腳相連。這些引腳設(shè)置為帶上拉電阻的輸入端口。以保證空閑時(shí)時(shí)鐘線與數(shù)據(jù)線都能被拉到高電平。PORTA口的第7個(gè)引腳串接一個(gè)51011的電阻與時(shí)鐘線相連。PORTA口的第6個(gè)引腳串接另一個(gè)51011的電阻與數(shù)據(jù)線相連。這樣就可以分別用PORTA口的第7引腳和第6引腳將時(shí)鐘線與數(shù)據(jù)線下拉到低電平。而不必將第5和第4引腳短接到地以避免端口引腳的燒毀。射頻接收裝置采用的是Radiotronix的RCR一433一RP產(chǎn)品。該設(shè)備接收從無線鍵盤發(fā)送過來的信息。然后將其通過單片機(jī)的RXD發(fā)送到單片機(jī)。

圖2 計(jì)算機(jī)端硬件電路

　　4.2 鍵盤端電路

　　鍵盤端的硬件電路如圖3所示。鍵盤通過6針微型標(biāo)準(zhǔn)插座與單片機(jī)連接。鍵盤數(shù)據(jù)線與單片機(jī)PORTD的第7個(gè)引腳相連。時(shí)鐘線則與單片機(jī)的第17個(gè)引腳相連。也即是說時(shí)鐘線連接的是單片機(jī)的外部中斷1端口。時(shí)鐘線信號(hào)出現(xiàn)下降沿時(shí)觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷。鍵盤將l位數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)。然后單片機(jī)通過UART的TxD引腳將這位數(shù)據(jù)發(fā)送到射頻發(fā)射裝置。發(fā)射裝置采用的是Radiotronix公司的RCT-433-AS.該裝置將從單片機(jī)接收的數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)端。

圖3 鍵盤端硬件電路

　　5  軟件設(shè)計(jì)

　　5.1 計(jì)算機(jī)端軟件

　　計(jì)算機(jī)端的單片機(jī)軟件主要完成從UART口接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位發(fā)送。在每個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)之前，有一串值為0xAA的初始化字節(jié)流。這樣接收裝置可以自動(dòng)調(diào)節(jié)增益以便更好地處理輸入數(shù)據(jù)。在初始化的字節(jié)流后面是0xFF字節(jié)，這表明下一個(gè)字節(jié)將是有效的數(shù)據(jù)字節(jié)。由于單片機(jī)利用UART接口模塊從接收裝置處接收數(shù)據(jù)。因此要不斷有規(guī)律地查詢UART檢查是否新接收到數(shù)據(jù)。單片機(jī)利用如圖4所示的狀態(tài)機(jī)對(duì)所接收的效據(jù)進(jìn)行解碼。

圖4 單片機(jī)解碼狀態(tài)機(jī)

　　5.2 鍵盤端軟件

　　鍵盤端單片機(jī)軟件主要完成兩項(xiàng)任務(wù)：一是從鍵盤讀取數(shù)據(jù)：二是將數(shù)據(jù)發(fā)送到發(fā)射裝置。當(dāng)敲擊鍵盤時(shí)。鍵盤首先要在時(shí)鐘線上產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。同時(shí)將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線。一旦時(shí)鐘信號(hào)變低，單片機(jī)響應(yīng)中斷，從數(shù)據(jù)線上讀取1字節(jié)數(shù)據(jù)。為了充分利用接收裝置的自動(dòng)增益控制功能以更準(zhǔn)確地讀取數(shù)據(jù)。

　　在每個(gè)字節(jié)之前有11字節(jié)的值為0xAA的初始化字節(jié)流及l(fā)字節(jié)的0xFF。此外，還利用定時(shí)器2跟蹤數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間。如果超過25毫秒數(shù)據(jù)還沒有發(fā)送成功。那么單片機(jī)控制發(fā)射裝置不斷地循環(huán)發(fā)送0xAA，0xFF，0xAA，0xFF。這樣接收。

　　6  結(jié)語(yǔ)

　　本文簡(jiǎn)單介紹了AVR單片機(jī)的主要特點(diǎn)。并以ATmega32單片機(jī)為設(shè)計(jì)了一個(gè)無線鍵盤接口。該接口主要由兩個(gè)ATmega32單片機(jī)。一個(gè)射頻發(fā)射裝置和一個(gè)射頻接收裝置構(gòu)成，給出了完整的硬件電路。并介紹了軟件的基本工作過程。該接口與普通的ps／2鍵盤相連即構(gòu)成一個(gè)無線鍵盤。這種無線鍵盤能有效克服普通紅外無線鍵盤作用距離比較短的缺點(diǎn)。