基于verilog的PS2键盘设计进阶.docx

1、基于verilog的PS2键盘设计进阶实验九、基于verilog的PS/2键盘设计进阶一、 前言及背景：说到PS/2相信大家都不会陌生，不错的，我们日常的鼠标键盘大多是基于PS/2接口设计的。虽然USB鼠标大有取而代之之势，但是依然阻止不了我们这群IT菜鸟掌握它的强烈欲望，而使用verilog来做PS/2的解码更是需要我们把PS/2的传输协议理解的更透彻一些。所以，下面就让特权同学带领大家一步一步掌握PS/2。PS/2接口标准的发展过程随着计算机工业的发展，作为计算机最常用输入设备的键盘也日新月异。1981年IBM推出了IBM pc/XT键盘及其接口标准。该标准定义了83键，采用5脚DIN连接

2、器和简单的串行协议。实际上，第一套键盘扫描码集并没有主机到键盘的命令。为此，1984年IBM推出了IBM AT键盘接口标准。该标准定义了84101键，采用5脚DIN连接器和双向串行通讯协议，此协议依照第二套键盘扫描码集设有8个主机到键盘的命令。到了1987年，IBM又推出了PS/2键盘接口标准。该标准仍旧定义了84101键，但是采用6脚mini-DIN连接器，该连接器在封装上更小巧，仍然用双向串行通讯协议并且提供有可选择的第三套键盘扫描码集，同时支持17个主机到键盘的命令。现在，市面上的键盘都和PS/2及AT键盘兼容，只是功能不同而已。 二、 基础知识：电气特性管脚说明：1DATAKey da

3、ta2N.CNo connected3GNDGND4VCC+5V5CLKClock6N.CNo connected数据格式数据帧格式说明：1个起始位总是逻辑08个数据位（LSB）低位在前1个奇偶校验位奇校验1个停止位总是逻辑11个应答位仅用在主机对设备的通讯中表中，如果数据位中的个数为偶数，校验位就为；如果数据位中的个数为奇数，校验位就为；总之，数据位中的个数加上校验位中的个数总为奇数，因此总进行奇校验。（是不是发现它的数据传输协议和串口很像呢！呵呵）PS/2 发送数据到PC的时序键盘接口时序： (a) 键盘发送时序 (b) 键盘接收时序注:在时钟的下降沿读取数据。以下可做具体写代码设计参考：

4、从PS/2向PC机发送一个字节可按照下面的步骤进行：(1) 检测时钟线电平，如果时钟线为低，则延时50us；(2) 检测判断时钟信号是否为高，为高，则向下执行，为低，则转到()；(3) 检测数据线是否为高，如果为高则继续执行，如果为低，则放弃发送（此时PC机在向PS/2设备发送数据，所以PS/2设备要转移到接收程序处接收数据）；(4) 延时20us（如果此时正在发送起始位，则应延时40us）；(5) 输出起始位(0)到数据线上。这里要注意的是：在送出每一位后都要检测时钟线，以确保PC机没有抑制PS/2设备，如果有则中止发送；(6) 输出8个数据位到数据线上；(7) 输出校验位；(8) 输出停止

5、位(1)；(9) 延时30us（如果在发送停止位时释放时钟信号则应延时50us）；通过以下步骤可发送单个位：(1) 准备数据位（将需要发送的数据位放到数据线上）；(2) 延时20us；(3) 把时钟线拉低；(4) 延时40us；(5) 释放时钟线；(6) 延时20us。PS/2设备从PC机接收一个字节由于PS/2设备能提供串行同步时钟，因此，如果PC机发送数据，则PC机要先把时钟线和数据线置为请求发送的状态。PC机通过下拉时钟线大于100us来抑制通讯，并且通过下拉数据线发出请求发送数据的信号，然后释放时钟。当PS/2设备检测到需要接收的数据时，它会产生时钟信号并记录下面8个数据位和一个停止位

6、。主机此时在时钟线变为低时准备数据到数据线，并在时钟上升沿锁存数据。而PS/2设备则要配合PC机才能读到准确的数据。具体连接步骤如下：(1) 等待时钟线为高电平。(2) 判断数据线是否为低，为高则错误退出，否则继续执行。(3) 读地址线上的数据内容，共8个bit，每读完一个位，都应检测时钟线是否被PC机拉低，如果被拉低则要中止接收。(4) 读地址线上的校验位内容，1个bit。(5) 读停止位。(6) 如果数据线上为0（即还是低电平），PS/2设备继续产生时钟，直到接收到且产生出错信号为止（因为停止位是1，如果PS/2设备没有读到停止位，则表明此次传输出错）。(7) 输出应答位。(8) 检测奇偶

7、校验位，如果校验失败，则产生错误信号以表明此次传输出现错误。(9) 延时45us，以便PC机进行下一次传输。读数据线的步骤如下：(1) 延时20us；(2) 把时钟线拉低 (3) 延时 (4) 释放时钟线 (5) 延时 (6) 读数据线。下面的步骤可用于发出应答位；(1) 延时；(2) 把数据线拉低；(3) 延时；(4) 把时钟线拉低；(5) 延时；(6) 释放时钟线；(7) 延时；(8) 释放数据线。键盘编码返回值介绍：注意：键盘的返回值并不是和一般ASCII码相对应！键盘的处理器如果发现有键被按下、释放或按住键盘，将发送扫描码的信息包到计算机。扫描码有两种不同类型的通码和断码，当一个键被按

8、下或按住，就发送通码；当一个键被释放，就发送断码。每个按键被分配了唯一的通码和断码，这样主机通过查找唯一的扫描码就可以测定是哪个按键。每个键一整套的通断码组成了扫描码集，有三套标准的扫描码集，分别是第一套、第二套和第三套。所有现代的键盘默认使用第二套扫描码。虽然多数第二套通码都只有一个字节宽，但也有少数扩展按键的通码是两字节或四字节宽，这类的通码第一个字节总是为E0H。正如有键按下，通码就被发往计算机一样，只要键一释放，断码就会被发送。每个键都有它自己唯一的通码，它们也都有唯一的断码。幸运的是你不用总是通过查表来找出按键的断码，在通码和断码之间存在着必然的联系。多数第二套断码有两字节长，它们的

9、第一个字节是F0H；第二个字节是这个键的通码扩展按键的断码，通常有三个字节，它们前两个字节是E0H,F0H，最后一个字节是这个按键通码的最后一个字节。作为例子讲解，下面列出了几个按键的第二套通码和断码。No.KEY通码(第二套)断码(第二套)1A1CF0 1C252EF0 2E3F1009F0 094Right ArrowE074E0 F0 745Right CtrlE0 14E0 F0 14一个键盘发送值的例子: 通码和断码是以什么样的序列发送到你的计算机，从而使得字符G 出现在你的字处理软件里的呢？因为这是一个大写字母，需要发生这样的事件次序:按下Shift 键，按下G键，释放G 键，释放

10、Shift 键，与这些时间相关的扫描码如下：Shift 键的通码12H，G 键的通码34H， G 键的断码F0H 34H， Shift 键的断码F0H 12H，因此发送到你的计算机的数据应该是：12H 34H F0H 34H F0H 12H。第二套扫描码：101 102 和104 键的键盘:KEY通码断码KEY通码断码KEY通码断码A1CF0 1C 946F0 46 54F0 54B32F0 320EF0 0EINSERTE0 70E0F0 70C21F0 21-4EF0 4EHOMEE0 6CE0F06CD23F0 23=55F0 55PG UPE0 7DE0F07DE24F0 245DF0

11、 5DDELETEE0 71E0F071F2BF0 2BBKSP66F066ENDE0 69E0F069G34F034SPACE29F029PG DNE0 7AE0F07AH33F033TAB0DF00DU ARROWE0 75E0F075I43F043CAPS58F058L ARROWE0 6BE0F06BJ3BF03BL SHFT12F012D ARROWE0 72E0F072K42F042L CTRL14F014R ARROWE0 74E0F074L4BF04BL GUIE0 1FE0 F0 1FNUM77F077M3AF03AL ALT11F011KP /E0 4AE0F04AN31F

12、031R SHFT59F059KP *7CF07CO44F044R CTRLE0 14E0F0 14KP -7BF07BP4DF0 4DR GUIE0 27E0 F027KP +79F079Q15F015R ALTE0 11E0 F011KP ENE0 5AE0F05AR2DF02DAPPSE0 2FE0 F0 2FKP71F071S1BF01BENTER5AF05AKP 070F070T2CF02CESC76F076KP169F069U3CF03CF105F005KP272F072V2AF02AF206F006KP37AF07AW1DF01DF304F004KP46BF06BX22F022F

13、40CF00CKP573F073Y35F035F503F003KP674F074Z1AF01AF60BF00BKP76CF06C045F045F783F083KP875F075116F016F80AF00AKP97DF07D21EF01EF901F00158F058326F026F1009F009;4CF04C425F025F1178F07852F05252EF02EF1207F007,41F041636F036PRNTSCRNE0 12E0 7CE0 F07C E0F0 12.49F04973DF03DSCROLL7EF0,7E/4AF04A83EF03EPAUSEE1 14 77E1 F0

14、 14F0 77-NONE-ACPI 扫描码:KEY通码断码PowerE0, 37E0, F0, 37SleepE0, 3FE0, F0, 3FWakeE0, 5EE0, F0, 5EWindows 多媒体扫描码:KEY通码断码Next TrackE0, 4DE0, F0, 4DPrevious TrackE0, 15E0, F0, 15StopE0, 3BE0, F0, 3BPlay/PauseE0, 34E0, F0,34MuteE0, 23E0, F0,23Volume UpE0, 32E0, F0,32Volume DownE0, 21E0, F0,21Media SelectE0,

15、50E0, F0,50E-MailE0, 48E0, F0,48CalculatorE0, 2BE0, F0,2bMy ComputerE0, 40E0, F0,40WWW SearchE0, 10E0, F0,10WWW HomeE0, 3AE0, F0,3aWWW BackE0, 38E0, F0,38WWW ForwardE0, 30E0, F0,20WWW StopE0, 28E0, F0,28WWW RefreshE0, 20E0, F0,20WWW FavoritesE0, 18E0, F0,18三、实验说明 上面说了这么一大通，如果是第一次接触PS/2协议的朋友一定是头大了，如果

16、你用别的MPU做过PS/2的通信，那么上面的协议对于你只是小case，权当复习一下好了。 下面要开始动手实践了，协议一大堆内容，我们要做的是一个相对比较容易的实验，达到入门的目的即可，当然更深入的探讨有兴趣的朋友可以在这个基础上继续。实验内容通过FPGA把大写字母A-Z转换成相应的ASCII码，只要字母按键被按下，就能在串口调试助手里显示相应大写字母。四、verilog代码以及详细注释 除了顶层模块（ps2_key），三个底层模块分别为PS/2传输处理模块(ps2scan)、串口传输模块(my_uart_tx)以及串口波特率选择模块(speed_select)（下面只给出顶层模块和PS/2传输处理模块的verilog代码，串口部分的设计可以参考串口通信设计）。 详细的project代码参考在同目录文件夹ps2verilog下，该代码下载配置后，接上PS/2键盘（注意PS/2一般不支持热拔插，最好CPLD下载后在掉电状态下插入PS/2键盘，然后上电），随后打开串口调试助手，如果按下键盘上A-Z任意个键，串口调试助手即可显示相应字母。（串口调试助手在附赠光盘软件目录下，注意设置好波特率，默认波特率为9600bps，代码中可以随意调整；8位数据，不需要校验位）。