基于STM32单片机的无线鼠标设计-EW帮帮网

基于STM32单片机的无线鼠标设计

1 系统功能介绍

本设计的目标是利用STM32单片机作为核心控制单元，设计并实现一个具有无线通信能力的鼠标系统。鼠标是计算机最常见的人机交互设备之一，其主要功能包括光标移动、左键与右键点击以及滚轮功能。传统鼠标大多采用有线方式传输数据，而本系统则通过无线传输模块将鼠标操作转换为信号并发送至计算机端，从而实现真正意义上的无线化和便携化。

系统主要功能包括：

光标移动：通过光学传感器或者陀螺仪/加速度传感器获取鼠标的移动数据，经过STM32处理后转化为X、Y方向的位移量，并通过无线模块传输至接收端，从而在计算机屏幕上实现光标移动。
左右键功能：通过按键电路实现鼠标的左键与右键功能，STM32识别按键状态并传输至接收端，最终在电脑上表现为点击操作。
滚轮功能：通过滚轮电路获取滚动方向和步进量，STM32处理后传输数据，实现电脑上的上下滚动。

系统不仅能够完成鼠标的常规操作，还具有功耗低、响应速度快、无线传输稳定等特点，适合在便携式电子设备设计以及低成本人机交互产品中应用。

2 系统电路设计

电路设计是本系统实现的基础。整个系统由STM32最小系统、电源电路、传感器模块、按键电路、滚轮电路和无线通信模块构成。下面对各模块逐一介绍。

2.1 STM32单片机最小系统

STM32F103系列单片机作为本系统的核心控制器，负责采集光标位移、按键信号与滚轮数据，并完成数据处理与无线发送。其优势在于低功耗、高速处理能力以及丰富的外设接口。
最小系统包括电源部分、时钟电路与复位电路，保证单片机稳定运行。电源采用3.3V稳压供电，时钟则使用8MHz晶振提供基础时钟。

2.2 电源电路

无线鼠标通常采用电池供电，因此电源电路需要具备稳压和低功耗设计。系统选用锂电池作为能源，通过LDO稳压芯片将电压稳定至3.3V，保证STM32与其他外围器件的正常工作。同时在电源端加入电容滤波电路，避免电压波动影响无线通信与传感器采集。

2.3 光标移动检测电路

本系统光标移动检测采用光学传感器（如ADNS系列），其通过红外LED照射表面并采集反射图像，利用DSP内部算法输出X、Y位移数据。传感器通过SPI接口与STM32连接，单片机读取位移寄存器即可获得鼠标的移动数据。
另一种方案是利用加速度传感器实现位移检测，但由于精度和稳定性不足，光学方案更为常用。

2.4 按键电路

左右键由独立的轻触按键构成，采用下拉电阻设计。当按键按下时，IO口检测到电平变化并触发中断。STM32判断按键类型并进行消抖处理，最终将数据打包并发送至接收端。

2.5 滚轮电路

滚轮部分通过光电编码器或霍尔传感器获取转动方向和步进信号。当滚轮旋转时，脉冲信号被STM32捕获，通过计数判断滚轮滚动的方向和幅度，再转化为上下滚动指令传输至计算机。

2.6 无线通信模块

无线传输部分采用常见的2.4GHz无线模块（如nRF24L01），该模块具有低功耗、传输速率高、抗干扰能力强等特点。模块与STM32通过SPI接口连接，数据传输以数据包形式进行，接收端通过USB接口与电脑相连，实现无线鼠标的数据传输。

3 程序设计

程序设计是本系统实现的核心内容。通过编写固件程序，STM32能够采集位移数据、处理按键信息、编码滚轮信号，并通过无线模块实现传输。程序设计主要分为以下几个部分。

3.1 主程序设计

主程序主要实现系统初始化、数据采集、数据打包和无线发送。程序采用轮询与中断结合的方式，以保证实时性与低功耗。

#include "stm32f10x.h"
#include "nrf24l01.h"
#include "sensor.h"
#include "key.h"
#include "wheel.h"

int main(void)
{
    // 系统初始化
    SystemInit();
    NRF24L01_Init();
    Sensor_Init();
    Key_Init();
    Wheel_Init();
    
    while(1)
    {
        // 获取光标位移
        int dx, dy;
        Sensor_Read(&dx, &dy);
        
        // 获取按键状态
        uint8_t keyState = Key_Scan();
        
        // 获取滚轮数据
        int wheelData = Wheel_Read();
        
        // 数据打包
        uint8_t buffer[6];
        buffer[0] = (dx >> 8) & 0xFF;
        buffer[1] = dx & 0xFF;
        buffer[2] = (dy >> 8) & 0xFF;
        buffer[3] = dy & 0xFF;
        buffer[4] = keyState;
        buffer[5] = wheelData;
        
        // 无线发送
        NRF24L01_SendData(buffer, 6);
    }
}

3.2 光标移动程序设计

光学传感器通过SPI与STM32通信，程序负责读取传感器的寄存器值并转化为位移数据。

void Sensor_Read(int *dx, int *dy)
{
    uint8_t buf[2];
    SPI_ReadRegister(SENSOR_DX, &buf[0]);
    SPI_ReadRegister(SENSOR_DY, &buf[1]);
    *dx = (int8_t)buf[0];
    *dy = (int8_t)buf[1];
}

3.3 按键程序设计

左右键采用中断检测，程序通过判断IO电平变化来确定按键是否按下。

uint8_t Key_Scan(void)
{
    uint8_t state = 0;
    if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == 0) state |= 0x01; // 左键
    if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) == 0) state |= 0x02; // 右键
    return state;
}

3.4 滚轮程序设计

滚轮采用脉冲计数方式实现，通过外部中断检测滚轮的转动方向和步进量。

int Wheel_Read(void)
{
    static int wheelCount = 0;
    if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_5) == 0) wheelCount++;
    if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_6) == 0) wheelCount--;
    return wheelCount;
}

3.5 无线通信程序设计

无线通信部分调用nRF24L01的驱动程序，将采集到的数据打包发送。

void NRF24L01_SendData(uint8_t *data, uint8_t len)
{
    NRF24L01_TX_Mode();
    NRF24L01_Write_Buf(NRF_WRITE_REG + WR_TX_PLOAD, data, len);
    while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_4) == 1); // 等待发送完成
}

4 总结

本设计实现了基于STM32单片机的无线鼠标系统，涵盖光标移动、左右键和滚轮功能，采用nRF24L01无线模块实现数据传输，保证了传输的稳定性与实时性。系统硬件设计考虑了低功耗与小型化，软件设计实现了模块化与高效性，最终使得无线鼠标具备与传统鼠标相同的功能，同时提升了用户的使用便利性。

该系统的设计不仅有助于深入理解STM32单片机的外设控制与无线通信技术，还能够作为嵌入式系统课程设计或实际产品开发的参考。通过本项目，设计者能够掌握传感器采集、按键控制、数据打包、无线通信等多个环节的综合应用，为今后更复杂的人机交互设备设计打下坚实基础。

基于STM32单片机的无线鼠标设计