ps2键盘接口原理

研究生课程设计报告课程名称：基于FPGA的现代数字系统设计设计名称： PS/2键盘接口设计姓名：学号:课程教师：起止日期： 2016,西南科技大学信息工程学院制设计任务书学生班级：学生姓名：学号：设计名称：PS/2键盘接口设计起止日期： 2016,12,21至2016，12，28 课程教师：设计题目一、设计目的和意义键盘是嵌入式系统的最重要的输入设备之一，是实现人机交互的重要途径。

除了可以自行设计扫描式矩阵键盘之外，还可以选择标准 PS/2键盘实现人机交互。

扫描式矩阵键盘虽然电路简单，但不具有通用性，当需要使用较多的按键输入时，则会占用较多的I/O 端口，在软件上则要进行上电复位、按键扫描及通信的处理，而且还要加上按键的去抖动处理，增大了系统软、硬件的开销，开发周期较长。

标准PS/2 键盘由于接口通信协议简单，在系统中占用软硬件资源少，高可靠性，表达信息量大而得到了越来越广泛的应用本设计根据PS/2键盘的通信时序，利用Verilog HDL硬件描述语言来设计PS/2接口键盘的输入识别电路，并在CPLD/FPGA上实现，避免了硬件电路的焊接与测试。

Verilog HDL语言满足数字系统设计和综合的所有要求，设计中充分运用Verilog HDL层次化与模块化的思想，使整个设计过程简单、灵活。

同时运用EDA工具ISE Design Suite10.1验证设计。

经过对系统进行编译、仿真、测试，完成把键盘按键扫描码转的通码的显示，成功实现PS/2接口键盘的输入识别及显示的功能。

本设计具有较好的通用性和可移植性，可取代自行设计扫描式矩阵键盘而用于许多嵌入式系统设计中。

二、设计原理1 PS/2模块1.1、SP/2键盘接口PS/2通信协议是一种双向同步串行通迅协议。

通迅的两端通过CLOCK（时钟信号端）同步，并通过DATA（数据端口）交换数据。

任何一方如果想要抑制另外一方的通迅时，只需要把CLOCK 拉到低电平。

ps2协议原理PS2协议原理PS2协议是一种用于连接计算机和键盘或鼠标的串行通信协议。

它是由IBM公司在20世纪90年代初开发的，作为PC/AT键盘和鼠标接口的一种替代方案。

PS2协议通过两根数据线（Clock线和Data 线）实现通信，具有简单、稳定、低成本等特点。

PS2协议工作原理如下：1. 握手阶段计算机在启动时会向键盘或鼠标发送复位命令，以确保设备处于初始状态。

在此阶段，计算机会不断发送复位命令，直到设备响应。

2. 通信模式设备收到复位命令后，会进入通信模式。

在通信模式下，设备会定期发送数据包给计算机。

3. 数据包格式PS2协议中的数据包包含8个字节，分为三个部分：帧开始位、数据位和校验位。

其中，帧开始位用于标识数据包的开始，数据位用于传输键盘或鼠标的按键信息，校验位用于检验数据的正确性。

4. 通信流程计算机在接收到设备发送的数据包后，会对数据进行解析。

根据数据包的内容，计算机会执行相应的操作，比如响应键盘按键、移动鼠标等。

5. 错误处理PS2协议中设备和计算机之间是以同步方式进行通信的，所以在通信过程中，如果发生错误，比如数据丢失或校验失败，设备会向计算机发送错误信号，以便重新发送数据。

6. 热插拔PS2协议支持热插拔功能，即在计算机运行时，可以插入或拔出键盘或鼠标设备。

当设备被插入时，计算机会自动检测并初始化设备；当设备被拔出时，计算机会停止接收来自该设备的数据。

7. 多设备支持PS2协议可以支持多个键盘或鼠标设备同时连接到计算机上。

每个设备都会被分配一个独立的设备编号，计算机可以通过设备编号来区分不同的设备。

总结：PS2协议是一种简单、稳定且低成本的串行通信协议，用于计算机与键盘或鼠标之间的连接。

它通过握手阶段、通信模式、数据包格式、通信流程、错误处理、热插拔和多设备支持等步骤，实现了设备与计算机的可靠通信。

这种协议的设计使得键盘和鼠标等外设在计算机中得以广泛应用，为用户提供了良好的操作体验。

PS2接口键盘显示实验一、实验目的1、学习用FPGA设计简单通信协议的方法。

2、学习PS2的工作原理，扫描码的ASCII码的转换。

3、掌握VHDL编写中的一些小技巧。

二、实验原理PS2通信协议是一种双向同步串行通迅协议。

通迅的两端通过CLOCK（时钟信号端）同步，并通过DATA（数据端口）交换数据。

任何一方如果想要抑制另外一方的通迅时，只需要把CLOCK拉到低电平。

PS2标准，规范每笔数据传输包含起始位(start bit)、扫描码(scan code)、奇同位检查(odd parity)、以及终止位(stop bit)共计11位，并以双向串行数据传输的方式，达到通信的目的。

且当主机端(host)或从机端(slave)并无传送或接收数据时，数据传输端口及频率均将升为高电位。

图21-1所示为每一笔数据传输所包含之内容如下：1.起始位(“0”)2.8位数据宽度的扫描码( scan code )。

3.奇同位检查，使扫描码与奇同位加起来1的数字为奇数个。

4.终止位(“1”)图21-1 PS2 串行传输标准Male(Plug)Female(Socket)6-pin Mini-DIN (PS2):1 - Data2 - Not Implemented3 - Ground4 - Vcc (+5V)5 - Clock6 - Not Implemented 图21-2 PS2 端口脚位定义PS2控制接口仅使用到两条传输端口，一为频率端口，另一则为数据端口如图21-2所示，且此传输埠必为三态(Tri-State)并具有双向(bidirectional)特性。

PS2 传输产品上，常见为鼠标与键盘，两者的驱动原理均相同，仅扫描码(scan code)不同。

因此我们以PS2键盘为例进行说明。

键盘其实就是一个大型的按键矩阵，它们由安装在电路板上的处理器（叫做“键盘编码器”）来监视着。

虽然不同的键盘可能采用不同的处理器，但是它们完成的任务都是一样的，即监视哪些按键被按下，哪些按键被释放了，并将这些信息传送到主机。

ps2协议原理PS2协议原理PS2协议是一种用于连接计算机和键盘/鼠标等外设的串行通信协议。

它是由IBM公司在1987年推出的，目前已经被USB协议所取代，但在一些旧版计算机上仍在使用。

PS2协议的原理是通过两根数据线实现数据传输。

其中一根线是数据线（Data line），用于双向传输数据；另一根线是时钟线（Clock line），用于发送时钟信号，以同步数据传输。

PS2协议采用同步传输方式，即每个数据位都在时钟信号的边沿进行传输。

数据传输的起始由计算机发出一个低电平的起始位信号来表示，然后发送8位数据位，最后发送一个校验位和一个高电平的停止位信号。

校验位用于检测数据传输的正确性，停止位用于标识数据传输的结束。

PS2协议的传输速率相对较低，一般为10Kbps。

这是因为PS2协议主要用于键盘和鼠标等外设的输入，其数据量较小且实时性要求较高，因此并不需要高速传输。

在PS2协议中，数据传输是由计算机主动发起的。

计算机通过发送特定的命令来读取键盘或鼠标的状态信息。

键盘或鼠标在接收到命令后，会将相应的状态信息按照PS2协议的规定进行编码，并通过数据线和时钟线发送给计算机。

计算机在接收到数据后，会解析数据，并根据解析结果进行相应的操作。

PS2协议的优点是传输稳定可靠，且占用系统资源较少。

由于PS2协议的传输速率较低，因此在传输过程中很少出现数据丢失或错误的情况。

同时，PS2协议只需要占用两根数据线，相对于其他协议来说，占用的系统资源更少。

然而，随着USB协议的普及和发展，PS2协议逐渐被取代。

USB 协议具有更高的传输速率和更广泛的应用范围，能够同时连接多个外设，因此成为了主流的连接方式。

而且，随着技术的发展，越来越多的新款计算机已经取消了PS2接口，只保留了USB接口。

PS2协议是一种用于连接计算机和键盘/鼠标等外设的串行通信协议。

它通过两根数据线实现数据传输，采用同步传输方式，传输速率相对较低。

PS2协议的优点是传输稳定可靠，且占用系统资源较少，但随着USB协议的普及和发展，PS2协议逐渐被取代。

ps2标准键盘PS2标准键盘。

PS2标准键盘是一种常见的计算机外设，它是计算机输入设备中最为基本的一种。

PS2标准键盘采用PS2接口连接到计算机主机，它是一种传统的键盘类型，虽然在现代计算机时代已经被USB键盘所取代，但PS2标准键盘仍然在一些特殊场合得到广泛应用。

PS2标准键盘具有传统的布局和设计，通常包括数字键盘、字母键盘、功能键、控制键等。

它的按键采用机械式结构，手感良好，按键反馈清晰，使用寿命长。

PS2标准键盘的设计简洁，操作方便，适合长时间的文字输入和操作。

PS2标准键盘的连接方式是通过PS2接口连接到计算机主机的键盘接口上。

PS2接口是一种圆形接口，分为键盘接口和鼠标接口，它具有独立的时钟信号和数据信号线路，能够保证键盘和鼠标在高速数据传输时不会发生冲突，提高了数据传输的稳定性和可靠性。

PS2标准键盘的优点之一是它的稳定性和兼容性。

由于PS2接口是一种通用的接口标准，几乎所有的计算机主板都配备有PS2接口，因此PS2标准键盘可以在各种不同型号和品牌的计算机上使用，而且不需要安装驱动程序，插上即可使用，非常方便。

另外，PS2标准键盘还具有热插拔功能，即在计算机运行过程中可以随时插拔键盘，而不会影响计算机的正常工作。

这对于一些需要频繁更换键盘的场合来说非常方便，比如在服务器机房、数据中心等环境中，管理员可以随时更换键盘而不需要关机重启计算机。

然而，随着USB接口的普及和应用，PS2标准键盘逐渐被USB键盘所取代。

USB接口具有更高的传输速度和更大的带宽，能够支持更多的外设设备，因此在现代计算机中，大部分都采用USB键盘。

而且，USB接口还具有热插拔功能，使用更加方便。

尽管如此，PS2标准键盘仍然在一些特殊场合得到广泛应用。

比如在一些老旧的计算机设备上，由于其主板不支持USB接口，只能使用PS2接口的键盘；又或者在一些对稳定性和可靠性要求较高的场合，PS2标准键盘也能发挥其优势，保证系统的稳定运行。

ps2标准键盘PS2标准键盘。

PS2标准键盘是一种常见的计算机外设，它是一种标准的键盘接口，用于连接计算机主机。

PS2标准键盘具有许多优点，比如稳定性好、响应速度快、兼容性强等特点，因此在许多领域都得到了广泛的应用。

首先，PS2标准键盘的稳定性非常好。

由于PS2接口采用了独立的中断控制器，因此键盘和鼠标的输入不会受到其他设备的干扰，保证了输入的稳定性。

这对于一些对输入要求较高的应用场景，比如游戏、图像处理等来说，是非常重要的。

其次，PS2标准键盘的响应速度也非常快。

PS2接口采用了中断请求方式进行数据传输，相比于USB接口的轮询方式，PS2接口的响应速度更快，能够更快地将输入的数据传输到计算机主机，提高了用户的输入体验。

另外，PS2标准键盘具有很强的兼容性。

几乎所有的计算机主机都支持PS2接口，因此PS2标准键盘可以在各种不同的计算机设备上使用，而且不需要安装驱动程序，插上即可使用，非常方便。

总的来说，PS2标准键盘是一种稳定性好、响应速度快、兼容性强的计算机外设，适用于各种不同的应用场景。

在日常办公、游戏娱乐、图像处理等方面都能发挥重要作用，是一种非常实用的设备。

除了以上的优点之外，PS2标准键盘还具有一些其他的特点。

比如，PS2接口可以支持热插拔，不需要关闭计算机就可以插拔键盘，非常方便。

另外，PS2接口还可以支持多媒体按键，比如音量调节、播放控制等，提高了键盘的功能性。

在使用PS2标准键盘的过程中，也需要注意一些问题。

比如，PS2接口是一个圆形的接口，需要正确插入，否则容易造成接触不良。

另外，PS2接口也不支持热插拔，插拔键盘时需要注意关闭计算机，以免损坏设备。

综上所述，PS2标准键盘是一种稳定性好、响应速度快、兼容性强的计算机外设，适用于各种不同的应用场景。

在使用时，需要注意一些细节问题，以保证设备的正常使用。

希望本文对您了解PS2标准键盘有所帮助。

当前嵌入式系统技术已得到了广泛应用,但传统嵌入式系统的人机接口多采用小键盘操作的文本菜单方式,用户操作较为不便｡本文介绍了一种利用PS/2接口鼠标,在点阵LCD的单片机系统上实现图形化用户界面的方案｡用窗口菜单和图形按钮取代了传统的键盘操作,具有成本低､效果好等特点,具有很强的实用性｡1 PS/2接口和协议1.1 接口的物理特性PS/2接口用于许多现代的鼠标和键盘,由IBM最初开发和使用｡物理上的PS/2接口有两种类型的连接器:5脚的DIN和6脚的mini-DIN｡图1就是两种连接器的引脚定义｡使用中,主机提供+5V电源给鼠标,鼠标的地连接到主机电源地上｡1.2 接口协议原理PS/2鼠标接口采用一种双向同步串行协议｡即每在时钟线上发一个脉冲,就在数据线上发送一位数据｡在相互传输中,主机拥有总线控制权,即它可以在任何时候抑制鼠标的发送｡方法是把时钟线一直拉低,鼠标就不能产生时钟信号和发送数据｡在两个方向的传输中,时钟信号都是由鼠标产生,即主机不产生通信时钟信号｡如果主机要发送数据,它必须控制鼠标产生时钟信号｡方法如下:主机首先下拉时钟线至少100μs抑制通信,然后再下拉数据线,最后释放时钟线｡通过这一时序控制鼠标产生时钟信号｡当鼠标检测到这个时序状态,会在10ms内产生时钟信号｡如图3中 A 时序段｡主机和鼠标之间,传输数据帧的时序如图2､图3所示｡2.2 数据包结构在主机程序中,利用每个数据位的时钟脉冲触发中断,在中断例程中实现数据位的判断和接收｡在实验过程中,通过合适的编程,能够正确控制并接收鼠标数据｡但该方案有一点不足,由于每个CLOCK都要产生一次中断,中断频繁,需要耗用大量的主机资源｡2 PS/2鼠标的工作模式和协议数据包格式2.1 PS/2鼠标的四种工作模式PS/2鼠标的四种工作模式是:Reset模式,当鼠标上电或主机发复位命令0xFF给它时进入这种模式;Stream模式鼠标的默认模式,当鼠标上电或复位完成后,自动进入此模式,鼠标基本上以此模式工作;Remote模式,只有在主机发送了模式设置命令0xF0后,鼠标才进入这种模式;Wrap模式,这种模式只用于测试鼠标与主机连接是否正确｡PS/2鼠标在工作过程中,会及时把它的状态数据发送给主机｡发送的数据包格式如表1所示｡Byte1中的Bit0､Bit1､Bit2分别表示左､右､中键的状态,状态值0表示释放,1表示按下｡Byte2和Byte3分别表示X轴和Y轴方向的移动计量值,是二进制补码值｡Byte4的低四位表示滚轮的移动计量值,也是二进制补码值,高四位作为扩展符号位｡这种数据包由带滚轮的三键三维鼠标产生｡若是不带滚轮的三键鼠标,产生的数据包没有Byte4 其余的相同｡3 设计与实现3.1 接口设计因为PS/2鼠标接口采用双向同步串行协议,时钟脉冲信号以下皆称CLOCK 总是由鼠标产生｡因此,可以考虑这种方案:鼠标的CLOCK接主机的一外中断线,数据线以下皆称DATA 接主机的某一I/O口线,如图4所示｡由于鼠标与主机之间以双向同步串行协议传送数据,若不考虑CLOCK,仅考虑DATA,则其数据帧的时序与单片机的UART异步串行时序类似｡所以,采用了另一种方案:鼠标的CLOCK仍旧接主机的外中断,但鼠标的DATA接UART的接收脚RxD ｡参照图4DATA改接RxD｡在初始化过程中,主机利用CLOCK的外中断和RxD脚的I/O口线功能实现数据的传输｡初始化完成后,切换到RxD功能即UART的接收引脚功能｡因为鼠标已处于Stream模式的工作状态,这时鼠标能主动发送数据｡这样,主机可以在每收到一帧数据时才中断一次｡中断次数大大降低,减少了主机资源的耗用｡不过,在此方案中,必须实现另一个功能:主机波特率的自适应｡因为PS/2接口的鼠标一般工作在10kHz~20kHz时钟频率｡不同厂家制造的鼠标工作的时钟频率不同｡嵌入设备主机要做到与不同鼠标的波特率同步和自适应,才能够正确接收鼠标传送来的数据｡波特率的自适应是这样实现:鼠标上电自检时会产生一串时钟脉冲,利用鼠标时钟脉冲产生的中断,结合主机的定时器测量时钟脉冲周期,可以得出所用鼠标的时钟频率,进而求出波特率｡通过设置相应的波特率寄存器,实现了波特率的自适应｡3.2 软件实现软件实现原理框图如图5所示｡(1)鼠标初始化最简单的初始化就是当鼠标上电自检完成后,主机给鼠标发送一个使能鼠标数据传送命令字节(0xf4),鼠标就会在默认设置状态下工作｡主机也可实现自定义初始化,如:复位三次(Snd_CMD(0xff),Snd_CMD(0xff), Snd_CMD(0xff);设置采样率:Snd_CMD(0xf3),Snd_CMD(0x0a);设置解析度(2点/毫米):Snd_CMD (0xe8),Snd_CMD(0x01);设置缩放比例(1:1):Snd_CMD(0xe6);使能鼠标数据传送:Snd_CMD(0xf4)｡鼠标每收到一个命令字节都会给出一个应答字节(0xfa)｡(2)两种方案的实现过程两种方案的软件实现过程基本相同｡只是后一种方案中,初始化时还要实现主机波特率的自适应,关闭时钟脉冲中断和打开串口中断｡此后主机利用UART的接收功能接收鼠标数据｡(3)图形化人机接口(GUI)的实现在点阵式LCD显示屏上实现图形化的人机接口界面,主要有两个方面:一个是菜单图标的实现;另一个是鼠标光标的实现｡实现菜单图标,显示屏一般工作在图形显示模式｡菜单图标有正常显示状态和反显状态,它们都用函数实现:voidDraw_ICON(signed int xICON, signed int yICON,unsigned char *pDatICON)｡xICONyICON是图标所在位置的左上角坐标值,pDatICON是各个图标及其不同显示状态的点阵码值｡反显状态是当图标被光标滑到或点取时才显现的｡实现鼠标光标,又分两种情况｡一种是单层显示的LCD,只能由程序画出鼠标光标｡但是,当光标移动较快时,画出光标的点阵图形需要耗用较多的主机资源｡另一种是有双层显示和光标功能的LCD,只需程序控制它的光标移动位置,无需程序画出光标的点阵图形,因而耗用主机资源较少,实现起来效果较好｡两种方案简单､明了,容易实现,都已在实验中得到验证｡并且,后一种方案已在某一仪表系统中得到成功应用｡总体来说,随着嵌入式处理器性能的不断提高,在嵌入设备中接入鼠标,既可灵活使用,也可减少因接入许多按键而占用的口线数,还能使LCD的图形化显示界面更美观､更人性化｡。

一般键盘接口为紫色，鼠标接口为绿色。

它们的数据信号和时钟信号都由南桥芯片和I/O芯片输出，其主要组成部分如下：
*电源
*保险电感
*贴片电感
*排容
*排阻
*跳线
其针脚图及定义如下
电路原理图如下：
电源是通过跳线和保险电感L1电源给鼠标和键盘供电（第四针脚）。

同时，电源又通过排阻连接到鼠标和键盘的1、5针脚和南桥或I/O芯片，起到提升信号的作用，鼠标和键盘接口的第1、5针脚与南桥或I/O芯片之间连接有电感，在数据传输中起到缓冲的作用。

关于维修
一般故障由以下几个元件损坏引起：
*供电部分电感损坏
*供电部分电容损坏
*上拉电阻损坏
*滤波电容损坏
*数据线上电感损坏
1.滤波电容
损坏将导致无法正常传输数据，无法为键盘鼠标提供时钟信号，
观察电容是否鼓泡，漏液，烧坏，且用万用表测量
2.上拉电阻
损坏将导致数据信号变弱，使鼠标，键盘工作不稳定
万用表测阻值，与标称值对比，在外壳一般有标示
3.贴片电感
损坏将导致无法为鼠标键盘提供时钟信号，无法传输数据，严重时鼠键无法使用。

万用表蜂鸣档，测电感两端，若显示0，说明电感断路，若显示数字一直跳动，说明电感内部接触不良。

4.保险电阻
若烧毁，将无法为鼠键供电，
检测保险电阻的阻值，若阻值过大，说明烧毁。

第11章PS2键盘11.1概述这一章要了解PS2键盘的工作原理。

老实说这一章的笔记记录有点不完全，而且键盘的解码程式也是半成品，但是这些问题妨碍不了我们理解键盘的工作原理。

补上一句话，键盘的工作原理很简单也很容易理解。

11.2PS2键盘概念：PS2的接口带有6空，PIN2和PIN6是保留位（未使用），Pin1为传输数据，Pin5是输出的时间。

Pin3和4分别对应电源地和电源5v。

PS2接盘输出的帧格式，与我们练习USART的时候很相似，一帧为11位，而帧格式如下表：图上是PS2键盘输出的时序图，如果主机要读入数据，是在时钟信号的"下降沿"有效。

一般上我们利用单盘机进行解码的时候，我们会先判断开始位，然后读入8位数据，抛弃最后两位。

11.3扫描码，断码和组合扫描码每当我们敲击键盘的时候，按下按键会输出特定的通码（MAKE），释放按键后会输出和特定的段码（BREAK），这些码组合成扫描码。

Eg：按下F键输出0x2B的通码，释放F键会输出0xF0，0x2B的断码。

这里有一个问题，就是组合键到底是如何形成的？用最常用的Shift键来介绍看看。

当我们按下Shift键，会输出0x12的通码，在这个瞬间有按下B键，会输出0x32的通码。

然后先释放B键(B键的断码为0xF0，0x32)，同Shift键（Shift键断码为0xF0，0x34），会产生以下的组合扫描码：0x12，0x32，0xF0，0x32，0xF0，0x34PS2键盘有3套的扫描码，但是默认上都是使用第二套的扫描11.4HJ-2G上的PS2接口。

根据原理图，INT0是用来接收时钟，而ADC0（PA0）是用来接收数据，每一次时钟信号输入的下降沿，外部中断0都会触发。

<----PS2接口原理图11.5实验一-无组合键的PS2键盘解码无组合键的解码工作是很容易，我们通过读取通码，然后进行通码ASCII码转换，经发送函数发送出去。