PS/2接口協議解析及應用

時間：2024-10-21 08:07:41 理工畢業論文

PS/2接口協議解析及應用

摘要：文中詳細介紹了PS/2接口協議的內容、電氣特性和標準鍵盤的第二套鍵盤掃描碼集。給出了基于嵌入式系統的PS/2接口的軟、硬件實現方法，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接口標準的發展過程

隨著計算機工業的發展，作為計算機最常用輸入設備的鍵盤也日新月異。１９８１年ＩＢＭ推出了ＩＢＭＰＣ／ＸＴ鍵盤及其接口標準。該標準定義了８３鍵，采用５腳ＤＩＮ連接器和簡單的串行協議。實際上，第一套鍵盤掃描碼集并沒有主機到鍵盤的命令。為此，１９８４年ＩＢＭ推出了ＩＢＭＡＴ鍵盤接口標準。該標準定義了８４～１０１鍵，采用５腳ＤＩＮ連接器和雙向串行通訊協議，此協議依照第二套鍵盤掃描碼集設有８個主機到鍵盤的命令。到了１９８７年，ＩＢＭ又推出了ＰＳ／２鍵盤接口標準。該標準仍舊定義了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議并且提供有可選擇的第三套鍵盤掃描碼集，同時支持１７個主機到鍵盤的命令。現在，市面上的鍵盤都和ＰＳ／２及ＡＴ鍵盤兼容，只是功能不同而已。

２　ＰＳ／２接口硬件

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。其實這兩種連接器都只有四個腳有意義。它們分別是Ｃｌｏｃｋ（時鐘腳）、Ｄａｔａ?數據腳?、＋５Ｖ（電源腳）和Ｇｒｏｕｎｄ（電源地）。在ＰＳ／２鍵盤與ＰＣ機的物理連接上只要保證這四根線一一對應就可以了。ＰＳ／２鍵盤靠ＰＣ的ＰＳ／２端口提供＋５Ｖ電源，另外兩個腳Ｃｌｏｃｋ（時鐘腳）和Ｄａｔａ?數據腳?都是集電極開路的，所以必須接大阻值的上拉電阻。它們平時保持高電平，有輸出時才被拉到低電平，之后自動上浮到高電平。現在比較常用的連接器如圖１所示。

２．２電氣特性

ＰＳ／２通訊協議是一種雙向同步串行通訊協議。通訊的兩端通過Ｃｌｏｃｋ（時鐘腳）同步，并通過Ｄａｔａ（數據腳）交換數據。任何一方如果想抑制另外一方通訊時，只需要把Ｃｌｏｃｋ（時鐘腳）拉到低電平。如果是ＰＣ機和ＰＳ／２鍵盤間的通訊，則ＰＣ機必須做主機，也就是說，ＰＣ機可以抑制ＰＳ／２鍵盤發送數據，而ＰＳ／２鍵盤則不會抑制ＰＣ機發送數據。一般兩設備間傳輸數據的最大時鐘頻率是３３ｋＨｚ，大多數ＰＳ／２設備工作在１０～２０ｋＨｚ。推薦值在１５ｋＨｚ左右，也就是說，Ｃｌｏｃｋ（時鐘腳）高、低電平的持續時間都為４０μｓ。每一數據幀包含１１～１２個位，具體含義如表１所列。

表1 數據幀格式說明

1個起始位總是邏輯08個數據位（LSB）低位在前1個奇偶校驗位奇校驗1個停止位總是邏輯11個應答位僅用在主機對設備的通訊中

表中，如果數據位中１的個數為偶數，校驗位就為１；如果數據位中１的個數為奇數，校驗位就為０；總之，數據位中１的個數加上校驗位中１的個數總為奇數，因此總進行奇校驗。

２．３ＰＳ／２設備和ＰＣ機的通訊

ＰＳ／２設備的Ｃｌｏｃｋ（時鐘腳）和Ｄａｔａ?數據腳?都是集電極開路的，平時都是高電平。當ＰＳ／２設備等待發送數據時，它首先檢查Ｃｌｏｃｋ（時鐘腳）以確認其是否為高電平。如果是低電平，則認為是ＰＣ機抑制了通訊，此時它必須緩沖需要發送的數據直到重新獲得總線的控制權（一般ＰＳ／２鍵盤有１６個字節的緩沖區，而ＰＳ／２鼠標只有一個緩沖區僅存儲最后一個要發送的數據）。如果Ｃｌｏｃｋ（時鐘腳）為高電平，ＰＳ／２設備便開始將數據發送到ＰＣ機。一般都是由ＰＳ／２設備產生時鐘信號。發送時一般都是按照數據幀格式順序發送。其中數據位在Ｃｌｏｃｋ（時鐘腳）為高電平時準備好，在Ｃｌｏｃｋ（時鐘腳）的下降沿被ＰＣ機讀入。ＰＳ／２設備到ＰＣ機的通訊時序如圖２所示。

當時鐘頻率為１５ｋＨｚ時，從Ｃｌｏｃｋ（時鐘腳）的上升沿到數據位轉變時間至少要５μｓ。數據變化到Ｃｌｏｃｋ（時鐘腳）下降沿的時間至少也有５ μｓ，但不能大于２５ μｓ，這是由ＰＳ／２通訊協議的時序規定的。如果時鐘頻率是其它值，參數的內容應稍作調整。

上述討論中傳輸的數據是指對特定鍵盤的編碼或者對特定命令的編碼。一般采用第二套掃描碼集所規定的碼值來編碼。其中鍵盤碼分為通碼（Ｍａｋｅ）和斷碼（Ｂｒｅａｋ）。通碼是按鍵接通時所發送的編碼，用兩位十六進制數來表示，斷碼通常是按鍵斷開時所發送的編碼，用四位十六進制數來表示。

３ＰＳ／２接口的嵌入式軟件編程方法

ＰＳ／２設備主要用于產生同步時鐘信號和讀寫數據。

３．１ＰＳ／２向ＰＣ機發送一個字節

從ＰＳ／２向ＰＣ機發送一個字節可按照下面的步驟進行：