基于ZigBee的無線鍵盤設(shè)計研究

曾鶴瓊　楊祖芳　王瑞瑛

摘 要：ZigBee是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，為小型廉價設(shè)備的無線聯(lián)網(wǎng)和控制提供了一種較好的解決方案。文章對ZigBee技術(shù)的特點和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了探討，并提出了一種基于ZigBee技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的無線鍵盤設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：ZigBee；低功耗；無線鍵盤

中圖分類號：TP334.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）29-0063-02

ZigBee是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)。與其他的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如Bluetooth、Wi-Fi、手機(jī)通信等無線技術(shù)相比，ZigBee的超低能耗及支持更低速率數(shù)據(jù)的傳輸，使其在家庭智能控制自動化、樓宇自動化以及工業(yè)自動化等場合的應(yīng)用更具有優(yōu)勢。本文將ZigBee技術(shù)應(yīng)用于無線鍵盤系統(tǒng)中，該設(shè)計能實現(xiàn)傳統(tǒng)鍵盤的功能；在室內(nèi)30 m的范圍內(nèi)，不再受線纜的限制；可與周圍控制鍵盤的ZigBee設(shè)備隨時通信，與傳統(tǒng)鍵盤相比，使用起來更為方便。

1 系統(tǒng)概述

該設(shè)計實現(xiàn)的是點到點的ZigBee無線鍵盤系統(tǒng)，其構(gòu)架框圖如圖1所示，系統(tǒng)主要由兩部分組成：發(fā)送端和接收端。選用具有ZigBee功能的芯片架構(gòu)來實現(xiàn)鍵盤和主機(jī)的無線通信。

工作原理：發(fā)送端，在PS/2的協(xié)議下，MCU（MC9S08GT60）接收從鍵盤發(fā)過來的數(shù)據(jù)，包括鍵盤的自檢信息、鍵盤的掃描碼等，或接收從PC對鍵盤的命令，將其打包成符合ZigBee協(xié)議通信的數(shù)據(jù)包，并通過調(diào)制解調(diào)器MC13192以射頻信號（RF）發(fā)送出去。接收端，調(diào)制解調(diào)器MC13192接收射頻信號（RF），MCU（MC9S08GT60）對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解包，并在PS/2的協(xié)議下，發(fā)送鍵盤的數(shù)據(jù)到PC或發(fā)送PC的命令到鍵盤。

2 系統(tǒng)電路設(shè)計

基于ZigBee的無線鍵盤系統(tǒng)硬件以MC9S08GT60MCU為核心，主要包括：ZigBee模塊、PS/2模塊、RS232模塊、監(jiān)控模塊、電源模塊。

2.1 ZigBee模塊

ZigBee模塊電路如圖2所示，主要由主控芯片MC9S08GT60、調(diào)制解調(diào)器MC13192及相關(guān)外圍電路組成。SPI是一個同步串行外圍接口，允許MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信。MCU和MC13192之間數(shù)據(jù)的通訊是通過SPICLK來同步的，SPICLK由MCU提供。MCU里的數(shù)據(jù)經(jīng)MOSI線傳遞給MC13192，而MC13192的數(shù)據(jù)通過MISO傳遞給MCU的。其中13192 SPI連接到MCU的包括，/CE，MOSI，MISO和SPICLK，SPI的頻率不大于8 MHz。IRQ腳互連，通過中斷的形式使13192實現(xiàn)各種模式的轉(zhuǎn)換。另外：CLKO可為MCU提供外部時鐘；ATTN線由MCU GPIO控制，這樣可以MCU使進(jìn)入睡眠模式，當(dāng)CLKO有效時醒來，并通過ATTN線喚醒MC13192；同樣RXTXEN，RST也由MCU GPIO控制。

2.2 PS/2模塊

PS/2模塊電路如圖3所示，根據(jù)PS/2協(xié)議，PS/2設(shè)備和PS/2主機(jī)是一個六腳mini-Din的連接器。本設(shè)計中，鍵盤供電為5 V，而MC13192和MCU的供電電壓都在3 V左右。必須加一個電平轉(zhuǎn)換的電路，用COMS三極管可實現(xiàn)。在鍵盤和MCU連接一端，拉低時鐘線和數(shù)據(jù)線是通過在端口寫入‘0實現(xiàn)的。其中PTA6（Clock）一開始處于KBI模式，它的主要作用是當(dāng)MCU偵測到KBI端口引腳電平上升或者下降時，發(fā)生中斷執(zhí)行中斷函數(shù)，執(zhí)行PS/2數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。

2.3 RS232模塊

RS232模塊電路如圖4所示，設(shè)計利用MAX3232實現(xiàn)COMS和TTL電平的轉(zhuǎn)換，RS232接口與PC相連。此電路在用串口裝載程序和調(diào)試程序時用，用到MCU的SCI模式。當(dāng)作調(diào)試程序用，MCU和PC是一個異步串行通信。當(dāng)SCI緩沖區(qū)滿時，在PC串口打印相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

2.4 監(jiān)控模塊

監(jiān)控模塊電路如圖5所示，主要由四個開關(guān)、四個LED組成，用于程序裝載和相關(guān)功能演示。用串口download程序時，4個燈全亮?xí)r，說明已經(jīng)進(jìn)入Bootloader模式，用Freescale的Test Tool軟件可以將生成的擴(kuò)展名為.S19文件download到目標(biāo)器件。

2.5 電源模塊

系統(tǒng)電源模塊電路如圖6所示，系統(tǒng)中的元件和模塊需要兩種不同電壓的直流電源：5 V電源和3 V電源。系統(tǒng)設(shè)計利用9 V的電池，要得到5 V電源和3 V電源，用到電壓輸出可調(diào)的電壓調(diào)整器。輸入，輸出補償電容C（in），C（out）取值為10 uF，旁路電容C（adj）的取值是由紋波頻率f（ripple）決定，而f由RR（Ripple Rejection）決定。

3 結(jié) 語

本設(shè)計方案實現(xiàn)了基于ZigBee的無線鍵盤的功能，系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果證明了設(shè)計的合理性和正確性，由于采用了ZigBee技術(shù)，此設(shè)計方案具有較高的可靠性和抗干擾性。在本設(shè)計中，要保證MCU正確無誤接收發(fā)送PS/2數(shù)據(jù)是一個關(guān)鍵。要真正實現(xiàn)多個ZigBee設(shè)備的通信，實現(xiàn)ZigBee設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，將是以后進(jìn)一步研究和探索的課題。

參考文獻(xiàn)：

[1] ZigBee Alliance ZigBee Specification 2006[M].ZigBee Document 053

474r13，December lth，2006.

[2] Motorola，MC13192 Data Sheet[M].America：Freescale Semiconductor Inc.2004.

摘 要：ZigBee是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，為小型廉價設(shè)備的無線聯(lián)網(wǎng)和控制提供了一種較好的解決方案。文章對ZigBee技術(shù)的特點和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了探討，并提出了一種基于ZigBee技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的無線鍵盤設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：ZigBee；低功耗；無線鍵盤

中圖分類號：TP334.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）29-0063-02

ZigBee是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)。與其他的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如Bluetooth、Wi-Fi、手機(jī)通信等無線技術(shù)相比，ZigBee的超低能耗及支持更低速率數(shù)據(jù)的傳輸，使其在家庭智能控制自動化、樓宇自動化以及工業(yè)自動化等場合的應(yīng)用更具有優(yōu)勢。本文將ZigBee技術(shù)應(yīng)用于無線鍵盤系統(tǒng)中，該設(shè)計能實現(xiàn)傳統(tǒng)鍵盤的功能；在室內(nèi)30 m的范圍內(nèi)，不再受線纜的限制；可與周圍控制鍵盤的ZigBee設(shè)備隨時通信，與傳統(tǒng)鍵盤相比，使用起來更為方便。

1 系統(tǒng)概述

該設(shè)計實現(xiàn)的是點到點的ZigBee無線鍵盤系統(tǒng)，其構(gòu)架框圖如圖1所示，系統(tǒng)主要由兩部分組成：發(fā)送端和接收端。選用具有ZigBee功能的芯片架構(gòu)來實現(xiàn)鍵盤和主機(jī)的無線通信。

工作原理：發(fā)送端，在PS/2的協(xié)議下，MCU（MC9S08GT60）接收從鍵盤發(fā)過來的數(shù)據(jù)，包括鍵盤的自檢信息、鍵盤的掃描碼等，或接收從PC對鍵盤的命令，將其打包成符合ZigBee協(xié)議通信的數(shù)據(jù)包，并通過調(diào)制解調(diào)器MC13192以射頻信號（RF）發(fā)送出去。接收端，調(diào)制解調(diào)器MC13192接收射頻信號（RF），MCU（MC9S08GT60）對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解包，并在PS/2的協(xié)議下，發(fā)送鍵盤的數(shù)據(jù)到PC或發(fā)送PC的命令到鍵盤。

2 系統(tǒng)電路設(shè)計

基于ZigBee的無線鍵盤系統(tǒng)硬件以MC9S08GT60MCU為核心，主要包括：ZigBee模塊、PS/2模塊、RS232模塊、監(jiān)控模塊、電源模塊。

2.1 ZigBee模塊

ZigBee模塊電路如圖2所示，主要由主控芯片MC9S08GT60、調(diào)制解調(diào)器MC13192及相關(guān)外圍電路組成。SPI是一個同步串行外圍接口，允許MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信。MCU和MC13192之間數(shù)據(jù)的通訊是通過SPICLK來同步的，SPICLK由MCU提供。MCU里的數(shù)據(jù)經(jīng)MOSI線傳遞給MC13192，而MC13192的數(shù)據(jù)通過MISO傳遞給MCU的。其中13192 SPI連接到MCU的包括，/CE，MOSI，MISO和SPICLK，SPI的頻率不大于8 MHz。IRQ腳互連，通過中斷的形式使13192實現(xiàn)各種模式的轉(zhuǎn)換。另外：CLKO可為MCU提供外部時鐘；ATTN線由MCU GPIO控制，這樣可以MCU使進(jìn)入睡眠模式，當(dāng)CLKO有效時醒來，并通過ATTN線喚醒MC13192；同樣RXTXEN，RST也由MCU GPIO控制。

2.2 PS/2模塊

PS/2模塊電路如圖3所示，根據(jù)PS/2協(xié)議，PS/2設(shè)備和PS/2主機(jī)是一個六腳mini-Din的連接器。本設(shè)計中，鍵盤供電為5 V，而MC13192和MCU的供電電壓都在3 V左右。必須加一個電平轉(zhuǎn)換的電路，用COMS三極管可實現(xiàn)。在鍵盤和MCU連接一端，拉低時鐘線和數(shù)據(jù)線是通過在端口寫入‘0實現(xiàn)的。其中PTA6（Clock）一開始處于KBI模式，它的主要作用是當(dāng)MCU偵測到KBI端口引腳電平上升或者下降時，發(fā)生中斷執(zhí)行中斷函數(shù)，執(zhí)行PS/2數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。

2.3 RS232模塊

RS232模塊電路如圖4所示，設(shè)計利用MAX3232實現(xiàn)COMS和TTL電平的轉(zhuǎn)換，RS232接口與PC相連。此電路在用串口裝載程序和調(diào)試程序時用，用到MCU的SCI模式。當(dāng)作調(diào)試程序用，MCU和PC是一個異步串行通信。當(dāng)SCI緩沖區(qū)滿時，在PC串口打印相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

2.4 監(jiān)控模塊

監(jiān)控模塊電路如圖5所示，主要由四個開關(guān)、四個LED組成，用于程序裝載和相關(guān)功能演示。用串口download程序時，4個燈全亮?xí)r，說明已經(jīng)進(jìn)入Bootloader模式，用Freescale的Test Tool軟件可以將生成的擴(kuò)展名為.S19文件download到目標(biāo)器件。

2.5 電源模塊

系統(tǒng)電源模塊電路如圖6所示，系統(tǒng)中的元件和模塊需要兩種不同電壓的直流電源：5 V電源和3 V電源。系統(tǒng)設(shè)計利用9 V的電池，要得到5 V電源和3 V電源，用到電壓輸出可調(diào)的電壓調(diào)整器。輸入，輸出補償電容C（in），C（out）取值為10 uF，旁路電容C（adj）的取值是由紋波頻率f（ripple）決定，而f由RR（Ripple Rejection）決定。

3 結(jié) 語

本設(shè)計方案實現(xiàn)了基于ZigBee的無線鍵盤的功能，系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果證明了設(shè)計的合理性和正確性，由于采用了ZigBee技術(shù)，此設(shè)計方案具有較高的可靠性和抗干擾性。在本設(shè)計中，要保證MCU正確無誤接收發(fā)送PS/2數(shù)據(jù)是一個關(guān)鍵。要真正實現(xiàn)多個ZigBee設(shè)備的通信，實現(xiàn)ZigBee設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，將是以后進(jìn)一步研究和探索的課題。

參考文獻(xiàn)：

[1] ZigBee Alliance ZigBee Specification 2006[M].ZigBee Document 053

474r13，December lth，2006.

[2] Motorola，MC13192 Data Sheet[M].America：Freescale Semiconductor Inc.2004.

摘 要：ZigBee是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，為小型廉價設(shè)備的無線聯(lián)網(wǎng)和控制提供了一種較好的解決方案。文章對ZigBee技術(shù)的特點和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了探討，并提出了一種基于ZigBee技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的無線鍵盤設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：ZigBee；低功耗；無線鍵盤

中圖分類號：TP334.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）29-0063-02

ZigBee是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)。與其他的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如Bluetooth、Wi-Fi、手機(jī)通信等無線技術(shù)相比，ZigBee的超低能耗及支持更低速率數(shù)據(jù)的傳輸，使其在家庭智能控制自動化、樓宇自動化以及工業(yè)自動化等場合的應(yīng)用更具有優(yōu)勢。本文將ZigBee技術(shù)應(yīng)用于無線鍵盤系統(tǒng)中，該設(shè)計能實現(xiàn)傳統(tǒng)鍵盤的功能；在室內(nèi)30 m的范圍內(nèi)，不再受線纜的限制；可與周圍控制鍵盤的ZigBee設(shè)備隨時通信，與傳統(tǒng)鍵盤相比，使用起來更為方便。

1 系統(tǒng)概述

該設(shè)計實現(xiàn)的是點到點的ZigBee無線鍵盤系統(tǒng)，其構(gòu)架框圖如圖1所示，系統(tǒng)主要由兩部分組成：發(fā)送端和接收端。選用具有ZigBee功能的芯片架構(gòu)來實現(xiàn)鍵盤和主機(jī)的無線通信。

工作原理：發(fā)送端，在PS/2的協(xié)議下，MCU（MC9S08GT60）接收從鍵盤發(fā)過來的數(shù)據(jù)，包括鍵盤的自檢信息、鍵盤的掃描碼等，或接收從PC對鍵盤的命令，將其打包成符合ZigBee協(xié)議通信的數(shù)據(jù)包，并通過調(diào)制解調(diào)器MC13192以射頻信號（RF）發(fā)送出去。接收端，調(diào)制解調(diào)器MC13192接收射頻信號（RF），MCU（MC9S08GT60）對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解包，并在PS/2的協(xié)議下，發(fā)送鍵盤的數(shù)據(jù)到PC或發(fā)送PC的命令到鍵盤。

2 系統(tǒng)電路設(shè)計

基于ZigBee的無線鍵盤系統(tǒng)硬件以MC9S08GT60MCU為核心，主要包括：ZigBee模塊、PS/2模塊、RS232模塊、監(jiān)控模塊、電源模塊。

2.1 ZigBee模塊

ZigBee模塊電路如圖2所示，主要由主控芯片MC9S08GT60、調(diào)制解調(diào)器MC13192及相關(guān)外圍電路組成。SPI是一個同步串行外圍接口，允許MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信。MCU和MC13192之間數(shù)據(jù)的通訊是通過SPICLK來同步的，SPICLK由MCU提供。MCU里的數(shù)據(jù)經(jīng)MOSI線傳遞給MC13192，而MC13192的數(shù)據(jù)通過MISO傳遞給MCU的。其中13192 SPI連接到MCU的包括，/CE，MOSI，MISO和SPICLK，SPI的頻率不大于8 MHz。IRQ腳互連，通過中斷的形式使13192實現(xiàn)各種模式的轉(zhuǎn)換。另外：CLKO可為MCU提供外部時鐘；ATTN線由MCU GPIO控制，這樣可以MCU使進(jìn)入睡眠模式，當(dāng)CLKO有效時醒來，并通過ATTN線喚醒MC13192；同樣RXTXEN，RST也由MCU GPIO控制。

2.2 PS/2模塊

PS/2模塊電路如圖3所示，根據(jù)PS/2協(xié)議，PS/2設(shè)備和PS/2主機(jī)是一個六腳mini-Din的連接器。本設(shè)計中，鍵盤供電為5 V，而MC13192和MCU的供電電壓都在3 V左右。必須加一個電平轉(zhuǎn)換的電路，用COMS三極管可實現(xiàn)。在鍵盤和MCU連接一端，拉低時鐘線和數(shù)據(jù)線是通過在端口寫入‘0實現(xiàn)的。其中PTA6（Clock）一開始處于KBI模式，它的主要作用是當(dāng)MCU偵測到KBI端口引腳電平上升或者下降時，發(fā)生中斷執(zhí)行中斷函數(shù)，執(zhí)行PS/2數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。

2.3 RS232模塊

RS232模塊電路如圖4所示，設(shè)計利用MAX3232實現(xiàn)COMS和TTL電平的轉(zhuǎn)換，RS232接口與PC相連。此電路在用串口裝載程序和調(diào)試程序時用，用到MCU的SCI模式。當(dāng)作調(diào)試程序用，MCU和PC是一個異步串行通信。當(dāng)SCI緩沖區(qū)滿時，在PC串口打印相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

2.4 監(jiān)控模塊

監(jiān)控模塊電路如圖5所示，主要由四個開關(guān)、四個LED組成，用于程序裝載和相關(guān)功能演示。用串口download程序時，4個燈全亮?xí)r，說明已經(jīng)進(jìn)入Bootloader模式，用Freescale的Test Tool軟件可以將生成的擴(kuò)展名為.S19文件download到目標(biāo)器件。

2.5 電源模塊

系統(tǒng)電源模塊電路如圖6所示，系統(tǒng)中的元件和模塊需要兩種不同電壓的直流電源：5 V電源和3 V電源。系統(tǒng)設(shè)計利用9 V的電池，要得到5 V電源和3 V電源，用到電壓輸出可調(diào)的電壓調(diào)整器。輸入，輸出補償電容C（in），C（out）取值為10 uF，旁路電容C（adj）的取值是由紋波頻率f（ripple）決定，而f由RR（Ripple Rejection）決定。

3 結(jié) 語

本設(shè)計方案實現(xiàn)了基于ZigBee的無線鍵盤的功能，系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果證明了設(shè)計的合理性和正確性，由于采用了ZigBee技術(shù)，此設(shè)計方案具有較高的可靠性和抗干擾性。在本設(shè)計中，要保證MCU正確無誤接收發(fā)送PS/2數(shù)據(jù)是一個關(guān)鍵。要真正實現(xiàn)多個ZigBee設(shè)備的通信，實現(xiàn)ZigBee設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，將是以后進(jìn)一步研究和探索的課題。

參考文獻(xiàn)：

[1] ZigBee Alliance ZigBee Specification 2006[M].ZigBee Document 053

474r13，December lth，2006.

[2] Motorola，MC13192 Data Sheet[M].America：Freescale Semiconductor Inc.2004.