PS2接口協(xié)議解析和應(yīng)用

1、    PS/2接口協(xié)議解析和應(yīng)用    PS/2接口協(xié)議解析和應(yīng)用    類別：嵌入式系統(tǒng)      隨著計算機工業(yè)的發(fā)展，作為計算機最常用輸入設(shè)備的鍵盤也日新月異。1981年IBM推出了IBM pc/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連接器和簡單的串行協(xié)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IBM AT鍵盤接口標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了84101鍵，采用5

2、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(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)仍舊定義了84101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，同時支持17個主機到鍵盤的命令。現(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。 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)、DA

3、TA(數(shù)據(jù)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(yīng)就可以了。PS/2鍵盤靠pc的PS/2端口提供+5V電源，另外兩個腳Clock(時鐘腳)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(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，只需要把Clock(時鐘腳)拉到低電平。如果是pc機和PS

4、/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(fā)送數(shù)據(jù)，而 PS/2鍵盤則不會抑制pc機發(fā)送數(shù)據(jù)。一般兩設(shè)備間傳輸數(shù)據(jù)的最大時鐘頻率是33kHz，大多數(shù)PS/2設(shè)備工作在1020kHz。推薦值在 15kHz左右，也就是說，Clock(時鐘腳)高、低電平的持續(xù)時間都為40s。每一數(shù)據(jù)幀包含1112個位，具體含義如表1所列。 表1 數(shù)據(jù)幀格式說明    1個起始位 總是邏輯0 8個數(shù)據(jù)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1 1個應(yīng)答位 僅用在主機對設(shè)備的通訊中 表中，如果數(shù)據(jù)位中1的個數(shù)為偶數(shù)，校驗

5、位就為1；如果數(shù)據(jù)位中1的個數(shù)為奇數(shù)，校驗位就為0；總之，數(shù)據(jù)位中1的個數(shù)加上校驗位中1的個數(shù)總為奇數(shù)，因此總進行奇校驗。 2.3 PS/2設(shè)備和pc機的通訊 PS/2 設(shè)備的Clock(時鐘腳)和DATA(數(shù)據(jù)腳)都是集電極開路的，平時都是高電平。當(dāng)PS/2設(shè)備等待發(fā)送數(shù)據(jù)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(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個字節(jié)的緩沖區(qū)，而PS/2鼠標(biāo)只有一個緩沖區(qū)僅存儲最后一個要發(fā)送的數(shù)據(jù))。如果Clock(時鐘腳)為高電平，PS/2設(shè)備便開始將數(shù)據(jù)發(fā)送到pc機。一般都

6、是由PS/2設(shè)備產(chǎn)生時鐘信號。發(fā)送時一般都是按照數(shù)據(jù)幀格式順序發(fā)送。其中數(shù)據(jù)位在Clock(時鐘腳)為高電平時準(zhǔn)備好，在Clock(時鐘腳)的下降沿被pc機讀入。PS/2設(shè)備到pc機的通訊時序如圖2所示。 當(dāng)時鐘頻率為15kHz時，從Clock(時鐘腳)的上升沿到數(shù)據(jù)位轉(zhuǎn)變時間至少要5。數(shù)據(jù)變化到Clock(時鐘腳)下降沿的時間至少也有5 ，但不能大于25 ，這是由PS/2通訊協(xié)議的時序規(guī)定的。如果時鐘頻率是其它值，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(guī)定的碼值來編碼。其中鍵盤碼分為通碼(make)和斷碼 (Break)

7、。通碼是按鍵接通時所發(fā)送的編碼，用兩位十六進制數(shù)來表示，斷碼通常是按鍵斷開時所發(fā)送的編碼，用四位十六進制數(shù)來表示。 3 PS/2接口的嵌入式軟件編程方法 PS/2設(shè)備主要用于產(chǎn)生同步時鐘信號和讀寫數(shù)據(jù)。 31 PS/2向pc機發(fā)送一個字節(jié)從PS/2向pc機發(fā)送一個字節(jié)可按照下面的步驟進行： (1)檢測時鐘線電平，如果時鐘線為低，則延時50； (2)檢測判斷時鐘信號是否為高，為高，則向下執(zhí)行，為低，則轉(zhuǎn)到(1)； (3)檢測數(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pc機在向PS/2設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，所以PS/2設(shè)備要轉(zhuǎn)移到接收程序處接收數(shù)據(jù))； ()延時20(如果此時正在發(fā)送起

8、始位，則應(yīng)延時0)； (5)輸出起始位(0)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時鐘線，以確保pc機沒有抑制PS/2設(shè)備，如果有則中止發(fā)送； ()輸出8個數(shù)據(jù)位到數(shù)據(jù)線上； ()輸出校驗位； (8)輸出停止位(1)； ()延時30(如果在發(fā)送停止位時釋放時鐘信號則應(yīng)延時50)； 通過以下步驟可發(fā)送單個位： (1)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)； (2)延時20； (3)把時鐘線拉低； ()延時0； (5)釋放時鐘線； ()延時20。 32 PS/2設(shè)備從pc機接收一個字節(jié) 由于PS/2設(shè)備能提供串行同步時鐘，因此，如果pc機發(fā)送數(shù)據(jù)，則pc機要先把時鐘線和數(shù)據(jù)線置為

9、請求發(fā)送的狀態(tài)。pc機通過下拉時鐘線大于100來抑制通訊，并且通過下拉數(shù)據(jù)線發(fā)出請求發(fā)送數(shù)據(jù)的信號，然后釋放時鐘。當(dāng)PS/2設(shè)備檢測到需要接收的數(shù)據(jù)時，它會產(chǎn)生時鐘信號并記錄下面8個數(shù)據(jù)位和一個停止位。主機此時在時鐘線變?yōu)榈蜁r準(zhǔn)備數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)線，并在時鐘上升沿鎖存數(shù)據(jù)。而PS/2設(shè)備則要配合pc機才能讀到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。具體連接步驟如下： (1)等待時鐘線為高電平。 (2)判斷數(shù)據(jù)線是否為低，為高則錯誤退出，否則繼續(xù)執(zhí)行。 (3)讀地址線上的數(shù)據(jù)內(nèi)容，共8個bit，每讀完一個位，都應(yīng)檢測時鐘線是否被pc機拉低，如果被拉低則要中止接收。 ()讀地址線上的校驗位內(nèi)容，1個bit。 (5)讀停止位。 ()

10、如果數(shù)據(jù)線上為0(即還是低電平)，PS/2設(shè)備繼續(xù)產(chǎn)生時鐘，直到接收到1且產(chǎn)生出錯信號為止(因為停止位是1，如果PS/2設(shè)備沒有讀到停止位，則表明此次傳輸出錯)。 ( 輸出應(yīng)答位。 (8) 檢測奇偶校驗位，如果校驗失敗，則產(chǎn)生錯誤信號以表明此次傳輸出現(xiàn)錯誤。 ()延時5 ，以便pc機進行下一次傳輸。 讀數(shù)據(jù)線的步驟如下： (1)延時20； (2)把時鐘線拉低(3)延時0 ()釋放時鐘線 (5)延時20 ()讀數(shù)據(jù)線。 下面的步驟可用于發(fā)出應(yīng)答位； (1)延時15； (2)把數(shù)據(jù)線拉低； (3)延時5； ()把時鐘線拉低； (5)延時0； ()釋放時鐘線； ()延時5； (8)釋放數(shù)據(jù)線。用于工

11、控機的雙鍵盤設(shè)計 工控機通常要接標(biāo)準(zhǔn)鍵盤，但是為了方便操作，常常需要外接一個專用鍵盤。此實例介紹了在工控pc機到PS/2總線上再接入一個自制專用鍵盤的應(yīng)用方法。 該設(shè)計應(yīng)能保證兩個鍵盤單獨工作，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pc的PS/2口。鑒于這種情況，本設(shè)計使用模擬開關(guān)052并通過時分復(fù)用工控pc的PS/2口，來使在同一個時刻只有一個鍵盤有效，從而解決上述問題。其硬件原理圖如圖3所示。其中2口和1口用于鍵盤掃描電路(圖中未畫出)，p00為數(shù)據(jù)端，p01為時鐘端，p02為模擬開關(guān)選通端。由于專用鍵盤不需要接收工控pc機的命令，所以軟件中并不需要寫這部分相應(yīng)的

12、代碼。 通過軟件可在專用鍵盤復(fù)位后把p02清0，以使模擬開關(guān)052打開相應(yīng)的通道。這時工控pc的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤將開始工作。標(biāo)準(zhǔn)鍵盤可以完成工控pc剛啟動時對外設(shè)檢測的應(yīng)答。復(fù)位后的專用鍵盤不停地掃描有沒有按鍵，如果有鍵按下則識別按鍵，并且按照預(yù)先的設(shè)計進行編碼，同時調(diào)用發(fā)送程序并通過PS/2口發(fā)送到工控pc。此時模擬開關(guān)關(guān)閉相應(yīng)通道(將p02置1)，專用鍵盤接入工控pc PS/2口的時鐘線和數(shù)據(jù)線而工作，但標(biāo)準(zhǔn)鍵盤被模擬開關(guān)從PS/2的時鐘線和數(shù)據(jù)線中斷而不工作，這樣，雙鍵盤便可時分復(fù)用同一個工控pc機的PS/2 口。相應(yīng)的發(fā)送子程序如下： #define DATA p00 用p00做數(shù)據(jù)線 #de

13、fine CLK p01    用p01做時鐘線 #define INHIbit p02 用p02做052的INH端 #define PORTR p1 用P1口做讀入口 #define PORTW p2 用P2口做寫出口 可以實現(xiàn)個自定義鍵 void send(uCHAR x) / function for send a CHAR data/ uCHAR i,TEMP,CHAR_TEMP; bit flag_check =1; INHIBIT =1; /disable STANDARD KEYBOARD delay_ms(3); TEMP = x; fo

14、r( i=0; i<8; i+) /find the NUMBER start bit 0 delay_us(10); CLK =0; delay_us(5); TEMP =x; for(i=0;i<8;i+) /send 8 bits LSB first CLK =1; delay_us(5); CHAR_TEMP = TEMP & 0x01; if ( CHAR_TEMP = 0x01) DATA =1; ELSE DATA =0; /DATA=(bit)(TEMP&0x01); /LSB delay_us(10); CLK = 0; delay_us(5);

15、TEMP = TEMP>>1; CLK = 1; /send check bit delay_us(5); DATA = flag_check; delay_us(10); CLK = 0; delay_us(5); CLK =1; /send stop bit delay_us(5); DATA =1; dalay_us(10); CLK = 0; delay_us(5); CLK =1; delay_us(30); CLK =1; DATA =1 ; /send 1 to P1 then read P1 if(CLK =1 && DATA = 0) return ; /pc is sending data