PS_2接口協(xié)議解析與應(yīng)用知識(shí)

1、5 / 5PS-2接口協(xié)議解析與應(yīng)用摘要：文中詳細(xì)介紹了PS/2接口協(xié)議的容、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。 關(guān)鍵詞：PS/2接口；串行通訊；單片機(jī)；鍵盤；CD4052 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。年推出了 鍵盤與其接口標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了鍵，采用腳連接器和簡(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，年推出了 鍵盤接口標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了鍵，采用腳

2、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)有個(gè)主機(jī)到鍵盤的命令。到了年，又推出了鍵盤接口標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)仍舊定義了鍵，但是采用腳連接器，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)支持個(gè)主機(jī)到鍵盤的命令。現(xiàn)在，市面上的鍵盤都和與鍵盤兼容，只是功能不同而已。接口硬件 物理連接器一般，具有五腳連接器的鍵盤稱之為鍵盤，而具有六腳連接器的鍵盤則稱之為鍵盤。其實(shí)這兩種連接器都只有四個(gè)腳有意義。它們分別是（時(shí)鐘腳）、數(shù)據(jù)腳、（電源腳）和（電源地）。在鍵盤與機(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。鍵盤靠的端口提供電源，另外兩個(gè)腳（時(shí)鐘腳）和數(shù)據(jù)腳

3、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所示。 電氣特性通訊協(xié)議是一種雙向同步串行通訊協(xié)議。通訊的兩端通過（時(shí)鐘腳）同步，并通過（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（時(shí)鐘腳）拉到低電平。如果是機(jī)和鍵盤間的通訊，則機(jī)必須做主機(jī)，也就是說，機(jī)可以抑制鍵盤發(fā)送數(shù)據(jù)，而鍵盤則不會(huì)抑制機(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，大多數(shù)設(shè)備工作在。推薦值在左右，也就是說，（時(shí)鐘腳）高、低電平的持續(xù)時(shí)間都為。每一數(shù)據(jù)幀包含個(gè)位，具體含義如表所列。數(shù)據(jù)幀格式說明1個(gè)起始位 總是邏輯0

4、 8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1 1個(gè)應(yīng)答位 僅用在主機(jī)對(duì)設(shè)備的通訊中 如果數(shù)據(jù)位中的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，校驗(yàn)位就為；如果數(shù)據(jù)位中的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，校驗(yàn)位就為；總之，數(shù)據(jù)位中的個(gè)數(shù)加上校驗(yàn)位中的個(gè)數(shù)總為奇數(shù)，因此總進(jìn)行奇校驗(yàn)。 設(shè)備和機(jī)的通訊設(shè)備的（時(shí)鐘腳）和數(shù)據(jù)腳都是集電極開路的，平時(shí)都是高電平。當(dāng)設(shè)備等待發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它首先檢查（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)（一般鍵盤有個(gè)字節(jié)的緩沖區(qū)，而鼠標(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（時(shí)鐘腳）為高電平，設(shè)備便開始

5、將數(shù)據(jù)發(fā)送到機(jī)。一般都是由設(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（時(shí)鐘腳）為高電平時(shí)準(zhǔn)備好，在（時(shí)鐘腳）的下降沿被機(jī)讀入。設(shè)備到機(jī)的通訊時(shí)序如圖所示。當(dāng)時(shí)鐘頻率為時(shí)，從（時(shí)鐘腳）的上升沿到數(shù)據(jù)位轉(zhuǎn)變時(shí)間至少要。數(shù)據(jù)變化到（時(shí)鐘腳）下降沿的時(shí)間至少也有 ，但不能大于 ，這是由通訊協(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（）和斷碼（）。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

6、十六進(jìn)制數(shù)來表示。 接口的嵌入式軟件編程方法設(shè)備主要用于產(chǎn)生同步時(shí)鐘信號(hào)和讀寫數(shù)據(jù)。 向機(jī)發(fā)送一個(gè)字節(jié)從向機(jī)發(fā)送一個(gè)字節(jié)可按照下面的步驟進(jìn)行：()檢測(cè)時(shí)鐘線電平，如果時(shí)鐘線為低，則延時(shí)；()檢測(cè)判斷時(shí)鐘信號(hào)是否為高，為高，則向下執(zhí)行，為低，則轉(zhuǎn)到()；()檢測(cè)數(shù)據(jù)線是否為高，如果為高則繼續(xù)執(zhí)行，如果為低，則放棄發(fā)送（此時(shí)機(jī)在向設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，所以設(shè)備要轉(zhuǎn)移到接收程序處接收數(shù)據(jù)）；()延時(shí)（如果此時(shí)正在發(fā)送起始位，則應(yīng)延時(shí)）；（）輸出起始位（）到數(shù)據(jù)線上。這里要注意的是：在送出每一位后都要檢測(cè)時(shí)鐘線，以確保機(jī)沒有抑制設(shè)備，如果有則中止發(fā)送；（）輸出個(gè)數(shù)據(jù)位到數(shù)據(jù)線上；（）輸出校驗(yàn)位；（）輸出停止位

7、（）；（）延時(shí)（如果在發(fā)送停止位時(shí)釋放時(shí)鐘信號(hào)則應(yīng)延時(shí)）；通過以下步驟可發(fā)送單個(gè)位：（）準(zhǔn)備數(shù)據(jù)位（將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)位放到數(shù)據(jù)線上）；（）延時(shí)；（）把時(shí)鐘線拉低；（）延時(shí)；（）釋放時(shí)鐘線；（）延時(shí)。 設(shè)備從機(jī)接收一個(gè)字節(jié)由于設(shè)備能提供串行同步時(shí)鐘，因此，如果機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，則機(jī)要先把時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線置為請(qǐng)求發(fā)送的狀態(tài)。機(jī)通過下拉時(shí)鐘線大于來抑制通訊，并且通過下拉數(shù)據(jù)線發(fā)出請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)的信號(hào)，然后釋放時(shí)鐘。當(dāng)設(shè)備檢測(cè)到需要接收的數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)并記錄下面?zhèn)€數(shù)據(jù)位和一個(gè)停止位。主機(jī)此時(shí)在時(shí)鐘線變?yōu)榈蜁r(shí)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)線，并在時(shí)鐘上升沿鎖存數(shù)據(jù)。而設(shè)備則要配合機(jī)才能讀到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。具體連接步驟如下：

8、（）等待時(shí)鐘線為高電平。（）判斷數(shù)據(jù)線是否為低，為高則錯(cuò)誤退出，否則繼續(xù)執(zhí)行。（）讀地址線上的數(shù)據(jù)容，共個(gè)，每讀完一個(gè)位，都應(yīng)檢測(cè)時(shí)鐘線是否被機(jī)拉低，如果被拉低則要中止接收。（）讀地址線上的校驗(yàn)位容，個(gè)。（）讀停止位。（）如果數(shù)據(jù)線上為（即還是低電平），設(shè)備繼續(xù)產(chǎn)生時(shí)鐘，直到接收到且產(chǎn)生出錯(cuò)信號(hào)為止（因?yàn)橥Ｖ刮皇?，如果設(shè)備沒有讀到停止位，則表明此次傳輸出錯(cuò)）。（ 輸出應(yīng)答位。（） 檢測(cè)奇偶校驗(yàn)位，如果校驗(yàn)失敗，則產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)以表明此次傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤。（）延時(shí) ，以便機(jī)進(jìn)行下一次傳輸。讀數(shù)據(jù)線的步驟如下：（）延時(shí)；（）把時(shí)鐘線拉低（）延時(shí)（）釋放時(shí)鐘線（）延時(shí)（）讀數(shù)據(jù)線。下面的步驟可用于發(fā)出應(yīng)答

9、位；（）延時(shí)；（）把數(shù)據(jù)線拉低；（）延時(shí)；（）把時(shí)鐘線拉低；（）延時(shí)；（）釋放時(shí)鐘線；（）延時(shí)；（）釋放數(shù)據(jù)線。用于工控機(jī)的雙鍵盤設(shè)計(jì)工控機(jī)通常要接標(biāo)準(zhǔn)鍵盤，但是為了方便操作，常常需要外接一個(gè)專用鍵盤。此實(shí)例介紹了在工控機(jī)到總線上再接入一個(gè)自制專用鍵盤的應(yīng)用方法。該設(shè)計(jì)應(yīng)能保證兩個(gè)鍵盤單獨(dú)工作，而且相互不能影響。因此，不能直接把專用鍵盤和標(biāo)準(zhǔn)鍵盤一起接到工控的口。鑒于這種情況，本設(shè)計(jì)使用模擬開關(guān)并通過時(shí)分復(fù)用工控的口，來使在同一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)鍵盤有效，從而解決上述問題。其硬件原理圖如圖所示。其中口和口用于鍵盤掃描電路（圖中未畫出），為數(shù)據(jù)端，為時(shí)鐘端，為模擬開關(guān)選通端。由于專用鍵盤不需要接收工

10、控機(jī)的命令，所以軟件中并不需要寫這部分相應(yīng)的代碼。通過軟件可在專用鍵盤復(fù)位后把清，以使模擬開關(guān)打開相應(yīng)的通道。這時(shí)工控的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤將開始工作。標(biāo)準(zhǔn)鍵盤可以完成工控剛啟動(dòng)時(shí)對(duì)外設(shè)檢測(cè)的應(yīng)答。復(fù)位后的專用鍵盤不停地掃描有沒有按鍵，如果有鍵按下則識(shí)別按鍵，并且按照預(yù)先的設(shè)計(jì)進(jìn)行編碼，同時(shí)調(diào)用發(fā)送程序并通過口發(fā)送到工控。此時(shí)模擬開關(guān)關(guān)閉相應(yīng)通道（將置），專用鍵盤接入工控 口的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線而工作，但標(biāo)準(zhǔn)鍵盤被模擬開關(guān)從的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線中斷而不工作，這樣，雙鍵盤便可時(shí)分復(fù)用同一個(gè)工控機(jī)的口。相應(yīng)的發(fā)送子程序如下： 用做數(shù)據(jù)線 用做時(shí)鐘線 用做的端 用口做讀入口 用口做寫出口 可以實(shí)現(xiàn)個(gè)自定義鍵 （ ） - ,_; _; _ ();(;) _;(_)_!_; (!) ; ()_();() ; _();_();(;) ;_();_;(_);()();_();_(); _();_;_();_(); _(); _(