PS2鼠標(biāo)接口的設(shè)計(jì)

1、PS/2鼠標(biāo)接口的設(shè)計(jì)本文介紹了一種利用PS/2接口鼠標(biāo),在點(diǎn)陣LCD的單片機(jī)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)圖形化用戶界面的方案用窗口菜單和圖形按鈕取代了傳統(tǒng)的鍵盤操作,具有成本低效果好等特點(diǎn),具有很強(qiáng)的實(shí)用性 1 PS/2接口和協(xié)議 1.1 接口的物理特性 PS/2接口用于許多現(xiàn)代的鼠標(biāo)和鍵盤,由IBM最初開發(fā)和使用物理上的PS/2接口有兩種類型的連接器:5腳的DIN和6腳的mini-DIN圖1就是兩種連接器的引腳定義使用中,主機(jī)提供+5V電源給鼠標(biāo),鼠標(biāo)的地連接到主機(jī)電源地上1.2 接口協(xié)議原理 PS/2鼠標(biāo)接口采用一種雙向同步串行協(xié)議即每在時(shí)鐘線上發(fā)一個(gè)脈沖,就在數(shù)據(jù)線上發(fā)送一位數(shù)據(jù)在相互傳輸中,主機(jī)擁有總

2、線控制權(quán),即它可以在任何時(shí)候抑制鼠標(biāo)的發(fā)送方法是把時(shí)鐘線一直拉低,鼠標(biāo)就不能產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和發(fā)送數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向的傳輸中,時(shí)鐘信號(hào)都是由鼠標(biāo)產(chǎn)生,即主機(jī)不產(chǎn)生通信時(shí)鐘信號(hào) 如果主機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù),它必須控制鼠標(biāo)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)方法如下:主機(jī)首先下拉時(shí)鐘線至少100s抑制通信,然后再下拉數(shù)據(jù)線,最后釋放時(shí)鐘線通過這一時(shí)序控制鼠標(biāo)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)當(dāng)鼠標(biāo)檢測(cè)到這個(gè)時(shí)序狀態(tài),會(huì)在10ms內(nèi)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)如圖3中 A 時(shí)序段主機(jī)和鼠標(biāo)之間,傳輸數(shù)據(jù)幀的時(shí)序如圖2圖3所示2.2 數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)在主機(jī)程序中,利用每個(gè)數(shù)據(jù)位的時(shí)鐘脈沖觸發(fā)中斷,在中斷例程中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)位的判斷和接收在實(shí)驗(yàn)過程中,通過合適的編程,能夠正確控制并接收鼠標(biāo)數(shù)

3、據(jù)但該方案有一點(diǎn)不足,由于每個(gè)CLOCK都要產(chǎn)生一次中斷,中斷頻繁,需要耗用大量的主機(jī)資源2 PS/2鼠標(biāo)的工作模式和協(xié)議數(shù)據(jù)包格式2.1 PS/2鼠標(biāo)的四種工作模式 PS/2鼠標(biāo)的四種工作模式是:Reset模式,當(dāng)鼠標(biāo)上電或主機(jī)發(fā)復(fù)位命令 0xFF給它時(shí)進(jìn)入這種模式;Stream模式鼠標(biāo)的默認(rèn)模式,當(dāng)鼠標(biāo)上電或復(fù)位完成后,自動(dòng)進(jìn)入此模式,鼠標(biāo)基本上以此模式工作;Remote模式,只有在主機(jī)發(fā)送了模式設(shè)置命令 0xF0后,鼠標(biāo)才進(jìn)入這種模式;Wrap模式,這種模式只用于測(cè)試鼠標(biāo)與主機(jī)連接是否正確 PS/2鼠標(biāo)在工作過程中,會(huì)及時(shí)把它的狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)包格式如表1所示 Byte1中的

4、Bit0Bit1Bit2分別表示左右中鍵的狀態(tài),狀態(tài)值0表示釋放,1表示按下Byte2和Byte3分別表示X軸和Y軸方向的移動(dòng)計(jì)量值,是二進(jìn)制補(bǔ)碼值Byte4的低四位表示滾輪的移動(dòng)計(jì)量值,也是二進(jìn)制補(bǔ)碼值,高四位作為擴(kuò)展符號(hào)位這種數(shù)據(jù)包由帶滾輪的三鍵三維鼠標(biāo)產(chǎn)生若是不帶滾輪的三鍵鼠標(biāo),產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包沒有Byte4 其余的相同 3 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3.1 接口設(shè)計(jì) 因?yàn)镻S/2鼠標(biāo)接口采用雙向同步串行協(xié)議,時(shí)鐘脈沖信號(hào) 以下皆稱CLOCK 總是由鼠標(biāo)產(chǎn)生因此,可以考慮這種方案:鼠標(biāo)的CLOCK接主機(jī)的一外中斷線,數(shù)據(jù)線 以下皆稱DATA 接主機(jī)的某一I/O口線,如圖4所示 由于鼠標(biāo)與主機(jī)之間以雙向同步

5、串行協(xié)議傳送數(shù)據(jù),若不考慮CLOCK,僅考慮DATA,則其數(shù)據(jù)幀的時(shí)序與單片機(jī)的UART異步串行時(shí)序類似所以,采用了另一種方案:鼠標(biāo)的CLOCK仍舊接主機(jī)的外中斷,但鼠標(biāo)的DATA接UART的接收腳RxD 參照?qǐng)D4DATA改接RxD在初始化過程中,主機(jī)利用CLOCK的外中斷和RxD腳的I/O口線功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸初始化完成后,切換到RxD功能即UART的接收引腳功能因?yàn)槭髽?biāo)已處于Stream模式的工作狀態(tài),這時(shí)鼠標(biāo)能主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)這樣,主機(jī)可以在每收到一幀數(shù)據(jù)時(shí)才中斷一次中斷次數(shù)大大降低,減少了主機(jī)資源的耗用 不過,在此方案中,必須實(shí)現(xiàn)另一個(gè)功能:主機(jī)波特率的自適應(yīng)因?yàn)镻S/2接口的鼠標(biāo)一般工作

6、在10kHz20kHz時(shí)鐘頻率不同廠家制造的鼠標(biāo)工作的時(shí)鐘頻率不同嵌入設(shè)備主機(jī)要做到與不同鼠標(biāo)的波特率同步和自適應(yīng),才能夠正確接收鼠標(biāo)傳送來的數(shù)據(jù)波特率的自適應(yīng)是這樣實(shí)現(xiàn):鼠標(biāo)上電自檢時(shí)會(huì)產(chǎn)生一串時(shí)鐘脈沖,利用鼠標(biāo)時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生的中斷,結(jié)合主機(jī)的定時(shí)器測(cè)量時(shí)鐘脈沖周期,可以得出所用鼠標(biāo)的時(shí)鐘頻率,進(jìn)而求出波特率通過設(shè)置相應(yīng)的波特率寄存器,實(shí)現(xiàn)了波特率的自適應(yīng) 3.2 軟件實(shí)現(xiàn) 軟件實(shí)現(xiàn)原理框圖如圖5所示(1)鼠標(biāo)初始化 最簡(jiǎn)單的初始化就是當(dāng)鼠標(biāo)上電自檢完成后,主機(jī)給鼠標(biāo)發(fā)送一個(gè)使能鼠標(biāo)數(shù)據(jù)傳送命令字節(jié) (0xf4),鼠標(biāo)就會(huì)在默認(rèn)設(shè)置狀態(tài)下工作主機(jī)也可實(shí)現(xiàn)自定義初始化,如:復(fù)位三次(Snd_CM

7、D(0xff),Snd_CMD(0xff), Snd_CMD(0xff);設(shè)置采樣率:Snd_CMD(0xf3),Snd_CMD(0x0a);設(shè)置解析度(2點(diǎn)/毫米):Snd_CMD (0xe8),Snd_CMD(0x01);設(shè)置縮放比例(1:1):Snd_CMD(0xe6);使能鼠標(biāo)數(shù)據(jù)傳送:Snd_CMD(0xf4)鼠標(biāo)每收到一個(gè)命令字節(jié)都會(huì)給出一個(gè)應(yīng)答字節(jié)(0xfa) (2)兩種方案的實(shí)現(xiàn)過程 兩種方案的軟件實(shí)現(xiàn)過程基本相同只是后一種方案中,初始化時(shí)還要實(shí)現(xiàn)主機(jī)波特率的自適應(yīng),關(guān)閉時(shí)鐘脈沖中斷和打開串口中斷此后主機(jī)利用UART的接收功能接收鼠標(biāo)數(shù)據(jù) (3)圖形化人機(jī)接口(GUI)的實(shí)現(xiàn)

8、在點(diǎn)陣式LCD顯示屏上實(shí)現(xiàn)圖形化的人機(jī)接口界面,主要有兩個(gè)方面:一個(gè)是菜單圖標(biāo)的實(shí)現(xiàn);另一個(gè)是鼠標(biāo)光標(biāo)的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)菜單圖標(biāo),顯示屏一般工作在圖形顯示模式菜單圖標(biāo)有正常顯示狀態(tài)和反顯狀態(tài),它們都用函數(shù)實(shí)現(xiàn):voidDraw_ICON(signed int xICON, signed int yICON,unsigned char *pDatICON)xICONyICON是圖標(biāo)所在位置的左上角坐標(biāo)值,pDatICON是各個(gè)圖標(biāo)及其不同顯示狀態(tài)的點(diǎn)陣碼值反顯狀態(tài)是當(dāng)圖標(biāo)被光標(biāo)滑到或點(diǎn)取時(shí)才顯現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)光標(biāo),又分兩種情況一種是單層顯示的LCD,只能由程序畫出鼠標(biāo)光標(biāo)但是,當(dāng)光標(biāo)移動(dòng)較快時(shí),畫出光標(biāo)的點(diǎn)陣圖形需要耗用較多的主機(jī)資源另一種是有雙層顯示和光標(biāo)功能的LCD,只需程序控制它的光標(biāo)移動(dòng)位置,無需程序畫出光標(biāo)的點(diǎn)陣圖形,因而耗用主機(jī)資源較少,實(shí)現(xiàn)起來效