單片機(jī)系統(tǒng)中PS2鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)系統(tǒng)中 PS/2 鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)摘 要分析 PS/2 協(xié)議;介紹 PS/2 標(biāo)準(zhǔn)健盤(pán)的其次套掃描碼和命令集，并給出在單片機(jī)系統(tǒng)中支持PS/2 健盤(pán)的硬件連接方式和利用Keil C51 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)及局部代碼。該驅(qū)動(dòng)程序可以便利地移植到其他單片機(jī)或嵌入式系統(tǒng)中。關(guān)健詞 PS/2 協(xié)議 PS/2 健盤(pán) 單片機(jī) 驅(qū)動(dòng)程序在單片機(jī)系統(tǒng)中，經(jīng)常使用的鍵盤(pán)都是專(zhuān)用鍵盤(pán)。這類(lèi)鍵盤(pán)都是單獨(dú)設(shè)計(jì)制作的， 本錢(qián)高，連線多，且牢靠性不高。這些問(wèn)題在那些要求鍵盤(pán)按鍵較多的應(yīng)用系統(tǒng)中顯得更加突出。與此相比，在 PC 系統(tǒng)中廣泛使用的 PS/2 鍵盤(pán)具有價(jià)格低、通用牢靠，且使用的連線少(僅使用 2 根信

2、號(hào)線)的特點(diǎn)，并可滿(mǎn)足多數(shù)系統(tǒng)的要求。因此，在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用 PS/2 鍵盤(pán)是一種很好的選擇。本文在分析 PS/2 協(xié)議和 PS/2 鍵盤(pán)工作原理與特點(diǎn)的根底上，給出在 AT89C51單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì) PS/2 鍵盤(pán)支持的硬件連接方法以及驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。PS/2 協(xié)議現(xiàn)在 PC 機(jī)廣泛承受的 PS/2 接口為 mini - DIN 6 引腳的連接器。其引腳如圖 1所示。740)this.width=740“border=undefinedPS/2 設(shè)備有主從之分，主設(shè)備承受 female 插座，從設(shè)備承受 male 插座?，F(xiàn)在廣泛使用的 PS/2 鍵盤(pán)鼠標(biāo)均工作在從設(shè)備方式下。PS/2 接

3、口的時(shí)鐘與數(shù)據(jù)線都是集電極開(kāi)路構(gòu)造的，必需外接上拉電阻。一般上拉電阻設(shè)置在主設(shè)備中。主從設(shè)備之間數(shù)據(jù)通信承受雙向同步串行方式傳輸，時(shí)鐘信號(hào)由從設(shè)備產(chǎn)生。從設(shè)備到主設(shè)備的通信當(dāng)從設(shè)備向主設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先會(huì)檢查時(shí)鐘線，以確認(rèn)時(shí)鐘線是否是高電平。假設(shè)是高電平，從設(shè)備就可以開(kāi)頭傳輸數(shù)據(jù);否則，從設(shè)備要等待獲得總線的把握權(quán)，才能開(kāi)頭傳輸數(shù)據(jù)。傳輸?shù)拿恳粠?11 位組成，發(fā)送時(shí)序及每一位的含義如圖 2 所示。740)this.width=740“border=undefined每一幀數(shù)據(jù)中開(kāi)頭位總是為 0，數(shù)據(jù)校驗(yàn)承受奇校驗(yàn)方式，停頓位始終為 1。從設(shè)備到主設(shè)備通信時(shí)，從設(shè)備總是在時(shí)鐘線為高時(shí)轉(zhuǎn)變數(shù)

4、據(jù)線狀態(tài)，主設(shè)備在時(shí)鐘下降沿讀人數(shù)據(jù)線狀態(tài)。主設(shè)備到從設(shè)備的通信主設(shè)備與從設(shè)備進(jìn)展通信時(shí)，主設(shè)備首先會(huì)把時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線設(shè)置為“懇求發(fā)送”狀態(tài)。具體方式為:首先下拉時(shí)鐘線至少 100 us 來(lái)抑制通信，然后下拉數(shù)據(jù)線“懇求發(fā)送”，最終釋放時(shí)鐘線。在此過(guò)程中，從設(shè)備在不超過(guò) 10us 的間隔內(nèi)就要檢查這個(gè)狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備檢測(cè)到這個(gè)狀態(tài)時(shí)，將開(kāi)頭產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。此時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿恳粠?12 位構(gòu)成，其時(shí)序和每一位含義如圖 3 所示。740)this.width=740“border=undefined與從設(shè)備到主設(shè)備通信相比，其每幀數(shù)據(jù)多了一個(gè) ACK 位。這是從設(shè)備應(yīng)答接收到的字節(jié)的應(yīng)答位，由從設(shè)備通過(guò)

5、拉低數(shù)據(jù)線產(chǎn)生，應(yīng)答位 ACK 總是為。主設(shè)備到從設(shè)備通信過(guò)程中， 主設(shè)備總是在時(shí)鐘為低電尋常轉(zhuǎn)變數(shù)據(jù)線的狀態(tài)，從設(shè)備在時(shí)鐘的上升沿讀入數(shù)據(jù)線狀態(tài)。PS/2 鍵盤(pán)的編碼與命令集PS/2 扭盤(pán)的編碼現(xiàn)在 PC 機(jī)使用的 PS/2 鍵盤(pán)都默認(rèn)承受其次套掃描碼集。該掃描碼集可參考文獻(xiàn)1。掃描碼有兩種不同的類(lèi)型:通碼(make code)和斷碼(break code)。當(dāng)一個(gè)鍵被按下或持續(xù)按住時(shí)，鍵盤(pán)會(huì)將該鍵的通碼發(fā)送給主機(jī);而當(dāng)一個(gè)鍵被釋放時(shí)，鍵盤(pán)會(huì)將該鍵的斷碼發(fā)送給主機(jī)。依據(jù)鍵盤(pán)按鍵掃描碼的不同，在此可將按鍵分為如下幾類(lèi):第一類(lèi)按鍵，通碼為 1 字節(jié)，斷碼為 OxFO+通碼形式。如 A 鍵，其通碼

6、為 Ox1C，斷碼為 OxFO Ox1C, 其次類(lèi)按鍵，通碼為 2 字節(jié) 0 xEO + 0 xXX 形式，斷碼為OxEO+OxFO+OxXX 形式。如 right ctrl 鍵，其通碼為 OxEO 0 x14，斷碼為 OxEO OxFO 0 x14, 第三類(lèi)特別按鍵有兩個(gè)，print screen 鍵通碼為 OxEO 0 x12 OxEO Ox7C， 斷碼為 OxEO OxFO Ox7C OxEO OxFO 0 x12; pause 鍵通碼為 Ox El 0 x14 0 x77 OxEl OxFO 0 x14 OxFO 0 x77，斷碼為空。組合按鍵的掃描碼發(fā)送依據(jù)按鍵發(fā)生的次序，如以下面挨

7、次按左 SHIFT+A 鍵:1 按下左 SHIFT 鍵,2 按下 A鍵，3 釋放 A 鍵,4 釋放左 SHIFT 鍵，那么計(jì)算機(jī)上接收到的一串?dāng)?shù)據(jù)為 0 x12 Ox1C OxFO Ox1C OxFO 0 x12, 在驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中，就是依據(jù)這樣的分類(lèi)來(lái)對(duì)不同的按鍵進(jìn)展不同處理的。PS/2 鍵盤(pán)的命令集主機(jī)可以通過(guò)向 PS/2 鍵盤(pán)發(fā)送命令來(lái)對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)展設(shè)置或者獲得鍵盤(pán)的狀態(tài)等操作。每發(fā)送一個(gè)字節(jié)，主機(jī)都會(huì)從鍵盤(pán)獲得一個(gè)應(yīng)答 0 xFA“重發(fā) resend“和“回應(yīng) echo”，命令例外)。下面簡(jiǎn)要介紹驅(qū)動(dòng)程序在鍵盤(pán)初始化過(guò)程中所用的指令(具體鍵盤(pán)命令集見(jiàn)參考文獻(xiàn)1): OxED 主機(jī)在本命令后

8、跟隨發(fā)送一個(gè)參數(shù)字節(jié)，用于指示鍵盤(pán)上 num lock, caps lock, scroll lock led 的狀態(tài); OxF3 主機(jī)在這條命令后跟隨發(fā)送一個(gè)字節(jié)參數(shù)來(lái)定義鍵盤(pán)機(jī)打的速率和延時(shí); OxF4 用于在當(dāng)主機(jī)發(fā)送 OxF5 制止鍵盤(pán)后，重使能鍵盤(pán)。PS/2 鍵盤(pán)與單片機(jī)的連接電路PS/2 鍵盤(pán)與 AT89C51 單片機(jī)的連接方式如圖 4 所示。Pi. 0 接 PS/2 數(shù)據(jù)線，P3.2 (INTO)接 PS/2 時(shí)鐘線。由于單片機(jī)的 P1,P3 口內(nèi)部是帶上拉電阻的，所以 PS/2 的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線可以直接與單片機(jī)的 P1,P3 相連接。740)this.width=740“bor

9、der=undefined4 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序使用 Keil C51 語(yǔ)言，Keil uVision2 編程環(huán)境。PS/2 104 鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序的主要任務(wù)，是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與鍵盤(pán)間 PS/2 通信，以及將接收到的按鍵掃描碼轉(zhuǎn)換為該按鍵的鍵值 KeyVal，供給應(yīng)系統(tǒng)上層軟件使用。單片機(jī)與健盤(pán)間 PS/2 通信的程序設(shè)計(jì)在 PS/2 通信過(guò)程中，主設(shè)備(單片機(jī))是在時(shí)鐘信號(hào)為低時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)信號(hào)的。由于單片機(jī)到鍵盤(pán)發(fā)送的是指令，需要鍵盤(pán)回應(yīng)，所以這局部程序承受查詢(xún)方式;而單片機(jī)接收鍵盤(pán)數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)線上的信號(hào)在時(shí)鐘為低時(shí)已經(jīng)穩(wěn)定，所以這局部程序承受中斷方式，且不需要在程序中加人延時(shí)程序。健盤(pán)掃描

10、碼轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)由于鍵盤(pán)掃描碼無(wú)規(guī)律可循，因此由鍵盤(pán)掃描碼獲得相應(yīng)按鍵的鍵值(字符鍵為其 ASCII 值，把握鍵如 Fl,CTRL 等為自定義值)，只能通過(guò)查表的方式。由于按鍵的三種類(lèi)型及局部按鍵對(duì)應(yīng)著兩個(gè)鍵值(如 A 鍵的鍵值依據(jù) CAPS 和 SHIFT 鍵狀態(tài)有 0 x41 (A)和 Ox61(a)兩種)，因此綜合考慮查表轉(zhuǎn)換速度和資源消耗，設(shè)計(jì)中使用 4 個(gè)鍵盤(pán)表:鍵盤(pán)掃描碼轉(zhuǎn)換根本集和切換集kb-plain_map NR_ KEYS與 kb- shift- map NR_ KEYS;包含 EO 前綴的鍵盤(pán)掃描碼轉(zhuǎn)換根本集和切換集 kbe0_plain_mapN 又 KEYS與 kbe0

11、_ shift-map NR_ KEYS。PS/2 104 鍵盤(pán)按鍵掃描碼最大值為 0 x83，所以設(shè)置 NR_ KEYS 為132。全部四個(gè)鍵盤(pán)表的定義均為如下形式:KB_ MAP MAKE CODE = KEYVAL，假設(shè)掃描碼對(duì)應(yīng)的按鍵為空，如 KB_MAP0 x00，則定義相應(yīng)鍵值為 NULL-KEY(0 x00)。以下是鍵盤(pán)掃描碼根本集的局部代碼實(shí)例: kb_plain_mapNIZKEYS =NULL- KEY; Ox2C; Ox6B; 0 x69;Ox6F;Ox3O;0 x39;NULL_KEY;/掃描碼 Ox4O-Ox47刀對(duì)應(yīng)按鍵 空，逗號(hào)，K,I,0,0,9，空/對(duì)應(yīng)鍵值

12、0 x00，”k”，”i”，”o”，”0”，”9”,0 x00;如此設(shè)計(jì)鍵盤(pán)轉(zhuǎn)換表的另一個(gè)好處在于，以后如需擴(kuò)展支持有 ACPI, Windows 多媒體按鍵鍵盤(pán)時(shí)，只需要將鍵表中相應(yīng)處修改即可。如 ACPI power 按鍵通碼為 OxEO 0 x37，修改 kbeO _ plain- map 0 x37 = KB _ACPI_PWR 即可。特別按鍵 PAUSE 使用單獨(dú)程序處理，假設(shè)接收到 OxEl 就轉(zhuǎn)入這段程序;而 print screen 鍵則將其看作是兩個(gè)通碼分別為 OxEO 0 x12 和 OxEO Ox7C 的“虛鍵，的組合鍵來(lái)處理。在驅(qū)動(dòng)程序中聲明如下全局變量:led-sta

13、tus 其 bit0 一 scroll lock led 關(guān) 0、開(kāi) 1; bitl 一 num lock led 關(guān)為。，開(kāi)為 1; bit2 一 caps lock led 關(guān)為 0， 開(kāi)為 1; bit3-bit?總是。;agcs_status 記錄左右 shift ctrl gui alt 狀態(tài)，bit0 一左 shift 鍵，bitl 一左。trl 鍵，bit2 一左 gui 鍵, bit3 一左 alt 鍵，bit4- 右 shift 鍵，bit5 一右 ctrl 鍵，bit6 一右 gui 鍵，bit7 一右 alt 鍵，相應(yīng)鍵按下則對(duì)應(yīng)位為 I，釋放為。EO_FLAG 接到Ox

14、EO 置 1; El FLAG 接收到 OxEl 置 1; FO-FLAG 接收到 OxFO 置 1。按鍵鍵值通過(guò)Keyval 供給應(yīng)上層使用。PS/2 鍵盤(pán)掃描碼鍵值轉(zhuǎn)換程序 ps2_codetrans流程如圖 5 所示。第一類(lèi)按鍵的掃描碼鍵值轉(zhuǎn)換程序代碼:if (FO-FLAG) t/接收掃描碼為斷碼switch (mcu_revchar)/處理把握鍵case 0 x11:agcs_status& = OxF7;break;/左 alt 釋放case 0 x12:agcs_status & =0 xFE; break; /左 shift 釋放case 0 x14:agcs_status&=

15、OxFD; break;/左 ctrl 釋放case 0 x58:if (1e 走 status&0 x04)le 走 status&二 0 x03; /caps lock 鍵else led_statusl =0 x04; ps2_ledchange;break;case 0 x59; agcs_status&二 OxEF;break;/右 shift 釋放case 0 x77:if (led status&0 x02 )led_status& = 0 x05; /num lock 鍵else led_status =0 x02; ps2_ledchange;break;case Ox7E;

16、 if(led_status&0 x01) led_status&=0 x06; /scroll lock 鍵else led_statusI =0 x01; ps2_ledchange;break;default; break;FO-FLAG = 0;lse /接收掃描碼為通碼if (1e 走 status 衣 0 x04) caps flag=1;else caps-flag 二 0; if (led-status & 0 x02) num_flag=1;else num-flag 二 0;if (scga_status&0 x11) shift flag=1;else shift fla

17、g=0;刀掃描碼鍵值轉(zhuǎn)換if(capsflag=shift-flag)1(!num_flag) KeyVal=b_plain_mapmciLrevchar;else KeyVal 二 kb-shift mapmcu_revcha;switch (mcu-revchar) /處理把握鍵或狀態(tài)鍵case 0 x11: agcs_statusl 二 0 x08;/左 alt 按下case 0 x12: ages-status二 0 x01;/左 shift 按下case 0 x14: ages-status二 0 x02;/左 ctrl 按下case 0 x59:agcs_status二 0 x10

18、;/右 shift 按下default: break;740)this.width=740“ border=undefined其次類(lèi)按鍵的掃描碼鍵值轉(zhuǎn)換程序與上相像。要留意的是在退出該程序段時(shí)對(duì)EO- FLAG 和 FO_FLAG 標(biāo)志的清 0。PAUSE 鍵的處理程序:假設(shè)接收到 OxEl，置 El-FLAG= 1，然后順次將后續(xù)接收到的 7 個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)和PAUSE 的通碼后 7 個(gè)字節(jié)比較，全都則返回 KeyVal =KB PAUSE。在比較完全部 7 個(gè)字節(jié)后去除 El_ FLAG 標(biāo)志。鍵盤(pán)初始化程序 kb_init流程: 上電后，接收鍵盤(pán)上電自檢通過(guò)信號(hào) 0 xAA，或者自檢出錯(cuò)信號(hào)

19、 OxFC。單片機(jī)接收為 OxAA，進(jìn)人下一步，否則，進(jìn)展出錯(cuò)處理。 關(guān) LED 指示，單片機(jī)發(fā)送 OxED,然后接收鍵盤(pán)回應(yīng) 0 xFA，接著發(fā)送 0 x00接收 O xFA, 設(shè)置機(jī)打延時(shí)和速率。單片機(jī)發(fā)送 0 xF3，接收 0 xFA，發(fā)送 OxOO(250ms,2. Ocps)，接收 OxFA, 檢查 LED，發(fā)送 0 xED，接收 0 xFA，發(fā)送 0 x07 開(kāi)全部 LED)，接收 OxFA。發(fā)送 0 xED，接收 0 xFA，發(fā)送 0 x00(關(guān) LED)，接收 OxFA,允許鍵盤(pán)發(fā)送 OxF4，接收 0 xFA,鍵盤(pán) LED 轉(zhuǎn)變 ps2_ledchange函數(shù)流程:發(fā)送 0 xED 接收 0 xF