PS/2接口協(xié)議解析及應用

摘要：文中詳細介紹了PS/2接口協(xié)議的內容、電氣特性和標準鍵盤(pán)的第二套鍵盤(pán)掃描碼集。給出了基于嵌入式系統的PS/2接口的軟、硬件實(shí)現方法，并介紹了工控PC外接雙鍵盤(pán)的解決方案。通過(guò)使用模擬開(kāi)關(guān)CD4052巧妙地解決了工控PC外接雙鍵盤(pán)的沖突問(wèn)題。

１ ＰＳ／２接口標準的發(fā)展過(guò)程

隨著(zhù)計算機工業(yè)的發(fā)展，作為計算機最常用輸入設備的鍵盤(pán)也日新月異。１９８１年ＩＢＭ推出了ＩＢＭ ＰＣ／ＸＴ鍵盤(pán)及其接口標準。該標準定義了８３鍵，采用５腳ＤＩＮ連接器和簡(jiǎn)單的串行協(xié)議。實(shí)際上，第一套鍵盤(pán)掃描碼集并沒(méi)有主機到鍵盤(pán)的命令。為此，１９８４年ＩＢＭ推出了ＩＢＭ ＡＴ鍵盤(pán)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(xié)議，此協(xié)議依照第二套鍵盤(pán)掃描碼集設有８個(gè)主機到鍵盤(pán)的命令。到了１９８７年，ＩＢＭ又推出了ＰＳ／２鍵盤(pán)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(xié)議并且提供有可選擇的第三套鍵盤(pán)掃描碼集，同時(shí)支持１７個(gè)主機到鍵盤(pán)的命令�，F在，市面上的鍵盤(pán)都和ＰＳ／２及ＡＴ鍵盤(pán)兼容，只是功能不同而已。

２�。校樱�２接口硬件

２．１ 物理連接器

一般，具有五腳連接器的鍵盤(pán)稱(chēng)之為ＡＴ鍵盤(pán)，而具有六腳ｍｉｎｉ－ＤＩＮ連接器的鍵盤(pán)則稱(chēng)之為ＰＳ／２鍵盤(pán)。其實(shí)這兩種連接器都只有四個(gè)腳有意義。它們分別是Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）、Ｄａｔａ?數據腳?、＋５Ｖ（電源腳）和Ｇｒｏｕｎｄ（電源地）。在ＰＳ／２鍵盤(pán)與ＰＣ機的物理連接上只要保證這四根線(xiàn)一一對應就可以了。ＰＳ／２鍵盤(pán)靠ＰＣ的ＰＳ／２端口提供＋５Ｖ電源，另外兩個(gè)腳Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）和Ｄａｔａ?數據腳?都是集電極開(kāi)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(guò)Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）同步，并通過(guò)Ｄａｔａ（數據腳）交換數據。任何一方如果想抑制另外一方通訊時(shí)，只需要把Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）拉到低電平。如果是ＰＣ機和ＰＳ／２鍵盤(pán)間的通訊，則ＰＣ機必須做主機，也就是說(shuō)，ＰＣ機可以抑制ＰＳ／２鍵盤(pán)發(fā)送數據，而ＰＳ／２鍵盤(pán)則不會(huì )抑制ＰＣ機發(fā)送數據。一般兩設備間傳輸數據的最大時(shí)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(shuō)，Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）高、低電平的持續時(shí)間都為４０μｓ。每一數據幀包含１１～１２個(gè)位，具體含義如表１所列。

表1 數據幀格式說(shuō)明

1個(gè)起始位總是邏輯08個(gè)數據位（LSB）低位在前1個(gè)奇偶校驗位奇校驗1個(gè)停止位總是邏輯11個(gè)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(gè)數為偶數，校驗位就為１；如果數據位中１的個(gè)數為奇數，校驗位就為０；總之，數據位中１的個(gè)數加上校驗位中１的個(gè)數總為奇數，因此總進(jìn)行奇校驗。

２．３ ＰＳ／２設備和ＰＣ機的通訊

ＰＳ／２設備的Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）和Ｄａｔａ?數據腳?都是集電極開(kāi)路的，平時(shí)都是高電平。當ＰＳ／２設備等待發(fā)送數據時(shí)，它首先檢查Ｃｌｏｃｋ（時(shí)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(shí)它必須緩沖需要發(fā)送的數據直到重新獲得總線(xiàn)的控制權（一般ＰＳ／２鍵盤(pán)有１６個(gè)字節的緩沖區，而ＰＳ／２鼠標只有一個(gè)緩沖區僅存儲最后一個(gè)要發(fā)送的數據）。如果Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）為高電平，ＰＳ／２設備便開(kāi)始將數據發(fā)送到ＰＣ機。一般都是由ＰＳ／２設備產(chǎn)生時(shí)鐘信號。發(fā)送時(shí)一般都是按照數據幀格式順序發(fā)送。其中數據位在Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）為高電平時(shí)準備好，在Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）的下降沿被ＰＣ機讀入。ＰＳ／２設備到ＰＣ機的通訊時(shí)序如圖２所示。

當時(shí)鐘頻率為１５ｋＨｚ時(shí)，從Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）的上升沿到數據位轉變時(shí)間至少要５μｓ。數據變化到Ｃｌｏｃｋ（時(shí)鐘腳）下降沿的時(shí)間至少也有５ μｓ，但不能大于２５ μｓ，這是由ＰＳ／２通訊協(xié)議的時(shí)序規定的。如果時(shí)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(pán)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(lái)編碼。其中鍵盤(pán)碼分為通碼（Ｍａｋｅ）和斷碼（Ｂｒｅａｋ）。通碼是按鍵接通時(shí)所發(fā)送的編碼，用兩位十六進(jìn)制數來(lái)表示，斷碼通常是按鍵斷開(kāi)時(shí)所發(fā)送的編碼，用四位十六進(jìn)制數來(lái)表示。

３ ＰＳ／２接口的嵌入式軟件編程方法

ＰＳ／２設備主要用于產(chǎn)生同步時(shí)鐘信號和讀寫(xiě)數據。

３．１ ＰＳ／２向ＰＣ機發(fā)送一個(gè)字節

從ＰＳ／２向ＰＣ機發(fā)送一個(gè)字節可按照下面的步驟進(jìn)行：

(１)檢測時(shí)鐘線(xiàn)電平，如果時(shí)鐘線(xiàn)為低，則延時(shí)５０μｓ；

(２)檢測判斷時(shí)鐘信號是否為高，為高，則向下執行，為低，則轉到(１)；

(３)檢測數據線(xiàn)是否為高，如果為高則繼續執行，如果為低，則放棄發(fā)送（此時(shí)ＰＣ機在向ＰＳ／２設備發(fā)送數據，所以ＰＳ／２設備要轉移到接收程序處接收數據）；

(４)延時(shí)２０μｓ（如果此時(shí)正在發(fā)送起始位，則應延時(shí)４０μ

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