PS/2接口協(xié)議解析及應(yīng)用

時(shí)間：2023-03-18 22:44:37 理工畢業(yè)論文我要投稿

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摘要：文中詳細(xì)介紹了PS/2接口協(xié)議的內(nèi)容、電氣特性和標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的第二套鍵盤掃描碼集。給出了基于嵌入式系統(tǒng)的PS/2接口的軟、硬件實(shí)現(xiàn)方法，并介紹了工控PC外接雙鍵盤的解決方案。通過使用模擬開關(guān)CD4052巧妙地解決了工控PC外接雙鍵盤的沖突問題。

１ＰＳ／２接口標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展過程

隨著計(jì)算機(jī)工業(yè)的發(fā)展，作為計(jì)算機(jī)最常用輸入設(shè)備的鍵盤也日新月異。１９８１年ＩＢＭ推出了ＩＢＭＰＣ／ＸＴ鍵盤及其接口標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了８３鍵，采用５腳ＤＩＮ連接器和簡(jiǎn)單的串行協(xié)議。實(shí)際上，第一套鍵盤掃描碼集并沒有主機(jī)到鍵盤的命令。為此，１９８４年ＩＢＭ推出了ＩＢＭＡＴ鍵盤接口標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了８４～１０１鍵，采用５腳ＤＩＮ連接器和雙向串行通訊協(xié)議，此協(xié)議依照第二套鍵盤掃描碼集設(shè)有８?jìng)€(gè)主機(jī)到鍵盤的命令。到了１９８７年，ＩＢＭ又推出了ＰＳ／２鍵盤接口標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)仍舊定義了８４～１０１鍵，但是采用６腳ｍｉｎｉ－ＤＩＮ連接器，該連接器在封裝上更小巧，仍然用雙向串行通訊協(xié)議并且提供有可選擇的第三套鍵盤掃描碼集，同時(shí)支持１７個(gè)主機(jī)到鍵盤的命令�，F(xiàn)在，市面上的鍵盤都和ＰＳ／２及ＡＴ鍵盤兼容，只是功能不同而已。

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２．１物理連接器

一般，具有五腳連接器的鍵盤稱之為ＡＴ鍵盤，而具有六腳ｍｉｎｉ－ＤＩＮ連接器的鍵盤則稱之為ＰＳ／２鍵盤。其實(shí)這兩種連接器都只有四個(gè)腳有意義。它們分別是Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）、Ｄａｔａ?數(shù)據(jù)腳?、＋５Ｖ（電源腳）和Ｇｒｏｕｎｄ（電源地）。在ＰＳ／２鍵盤與ＰＣ機(jī)的物理連接上只要保證這四根線一一對(duì)應(yīng)就可以了。ＰＳ／２鍵盤靠ＰＣ的ＰＳ／２端口提供＋５Ｖ電源，另外兩個(gè)腳Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）和Ｄａｔａ?數(shù)據(jù)腳?都是集電極開路的，所以必須接大阻值的上拉電阻。它們平時(shí)保持高電平，有輸出時(shí)才被拉到低電平，之后自動(dòng)上浮到高電平�，F(xiàn)在比較常用的連接器如圖１所示。

２．２電氣特性

ＰＳ／２通訊協(xié)議是一種雙向同步串行通訊協(xié)議。通訊的兩端通過Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）同步，并通過Ｄａｔａ（數(shù)據(jù)腳）交換數(shù)據(jù)。任何一方如果想抑制另外一方通訊時(shí)，只需要把Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）拉到低電平。如果是ＰＣ機(jī)和ＰＳ／２鍵盤間的通訊，則ＰＣ機(jī)必須做主機(jī)，也就是說，ＰＣ機(jī)可以抑制ＰＳ／２鍵盤發(fā)送數(shù)據(jù)，而ＰＳ／２鍵盤則不會(huì)抑制ＰＣ機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。一般兩設(shè)備間傳輸數(shù)據(jù)的最大時(shí)鐘頻率是３３ｋＨｚ，大多數(shù)ＰＳ／２設(shè)備工作在１０～２０ｋＨｚ。推薦值在１５ｋＨｚ左右，也就是說，Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）高、低電平的持續(xù)時(shí)間都為４０μｓ。每一數(shù)據(jù)幀包含１１～１２個(gè)位，具體含義如表１所列。

表1 數(shù)據(jù)幀格式說明

1個(gè)起始位總是邏輯08個(gè)數(shù)據(jù)位（LSB）低位在前1個(gè)奇偶校驗(yàn)位奇校驗(yàn)1個(gè)停止位總是邏輯11個(gè)應(yīng)答位僅用在主機(jī)對(duì)設(shè)備的通訊中

表中，如果數(shù)據(jù)位中１的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，校驗(yàn)位就為１；如果數(shù)據(jù)位中１的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，校驗(yàn)位就為０；總之，數(shù)據(jù)位中１的個(gè)數(shù)加上校驗(yàn)位中１的個(gè)數(shù)總為奇數(shù)，因此總進(jìn)行奇校驗(yàn)。

２．３ＰＳ／２設(shè)備和ＰＣ機(jī)的通訊

ＰＳ／２設(shè)備的Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）和Ｄａｔａ?數(shù)據(jù)腳?都是集電極開路的，平時(shí)都是高電平。當(dāng)ＰＳ／２設(shè)備等待發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它首先檢查Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）以確認(rèn)其是否為高電平。如果是低電平，則認(rèn)為是ＰＣ機(jī)抑制了通訊，此時(shí)它必須緩沖需要發(fā)送的數(shù)據(jù)直到重新獲得總線的控制權(quán)（一般ＰＳ／２鍵盤有１６個(gè)字節(jié)的緩沖區(qū)，而ＰＳ／２鼠標(biāo)只有一個(gè)緩沖區(qū)僅存儲(chǔ)最后一個(gè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)）。如果Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）為高電平，ＰＳ／２設(shè)備便開始將數(shù)據(jù)發(fā)送到ＰＣ機(jī)。一般都是由ＰＳ／２設(shè)備產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。發(fā)送時(shí)一般都是按照數(shù)據(jù)幀格式順序發(fā)送。其中數(shù)據(jù)位在Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）為高電平時(shí)準(zhǔn)備好，在Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）的下降沿被ＰＣ機(jī)讀入。ＰＳ／２設(shè)備到ＰＣ機(jī)的通訊時(shí)序如圖２所示。

當(dāng)時(shí)鐘頻率為１５ｋＨｚ時(shí)，從Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）的上升沿到數(shù)據(jù)位轉(zhuǎn)變時(shí)間至少要５μｓ。數(shù)據(jù)變化到Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）下降沿的時(shí)間至少也有５ μｓ，但不能大于２５ μｓ，這是由ＰＳ／２通訊協(xié)議的時(shí)序規(guī)定的。如果時(shí)鐘頻率是其它值，參數(shù)的內(nèi)容應(yīng)稍作調(diào)整。

上述討論中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是指對(duì)特定鍵盤的編碼或者對(duì)特定命令的編碼。一般采用第二套掃描碼集所規(guī)定的碼值來編碼。其中鍵盤碼分為通碼（Ｍａｋｅ）和斷碼（Ｂｒｅａｋ）。通碼是按鍵接通時(shí)所發(fā)送的編碼，用兩位十六進(jìn)制數(shù)來表示，斷碼通常是按鍵斷開時(shí)所發(fā)送的編碼，用四位十六進(jìn)制數(shù)來表示。

３ＰＳ／２接口的嵌入式軟件編程方法

ＰＳ／２設(shè)備主要用于產(chǎn)生同步時(shí)鐘信號(hào)和讀寫數(shù)據(jù)。

３．１ＰＳ／２向ＰＣ機(jī)發(fā)送一個(gè)字節(jié)

從ＰＳ／２向ＰＣ機(jī)發(fā)送一個(gè)字節(jié)可按照下面的步驟進(jìn)行：