導(dǎo)語：PS2接口協(xié)議解析管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：文中詳細(xì)介紹了PS/2接口協(xié)議的內(nèi)容、電氣特性和標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的第二套鍵盤掃描碼集。給出了基于嵌入式系統(tǒng)的PS/2接口的軟、硬件實(shí)現(xiàn)方法，并介紹了工控PC外接雙鍵盤的解決方案。通過使用模擬開關(guān)CD4052巧妙地解決了工控PC外接雙鍵盤的沖突問題。

關(guān)鍵詞：PS/2接口；串行通訊；單片機(jī)；鍵盤；CD4052

1PS／2接口標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展過程

隨著計(jì)算機(jī)工業(yè)的發(fā)展，作為計(jì)算機(jī)最常用輸入設(shè)備的鍵盤也日新月異。1981年IBM推出了IBMPC／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(jiǎn)單的串行協(xié)議。實(shí)際上，第一套鍵盤掃描碼集并沒有主機(jī)到鍵盤的命令。為此，1984年IBM推出了IBMAT鍵盤接口標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)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)議依照第二套鍵盤掃描碼集設(shè)有8個(gè)主機(jī)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掃描碼集，同時(shí)支持17個(gè)主機(jī)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。

2PS／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(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(shù)據(jù)腳、＋5V（電源腳）和Ground（電源地）。在PS／2鍵盤與PC機(jī)的物理連接上只要保證這四根線一一對(duì)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(gè)腳Clock（時(shí)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(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(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(shí)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(shí)，只需要把Clock（時(shí)鐘腳）拉到低電平。如果是PC機(jī)和PS／2鍵盤間的通訊，則PC機(jī)必須做主機(jī)，也就是說，PC機(jī)可以抑制PS／2鍵盤發(fā)送數(shù)據(jù)，而PS／2鍵盤則不會(huì)抑制PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。一般兩設(shè)備間傳輸數(shù)據(jù)的最大時(shí)鐘頻率是33kHz，大多數(shù)PS／2設(shè)備工作在10～20kHz。推薦值在15kHz左右，也就是說，Clock（時(shí)鐘腳）高、低電平的持續(xù)時(shí)間都為40μs。每一數(shù)據(jù)幀包含11～12個(gè)位，具體含義如表1所列。

表1數(shù)據(jù)幀格式說明

1個(gè)起始位總是邏輯0

8個(gè)數(shù)據(jù)位（LSB）低位在前

1個(gè)奇偶校驗(yàn)位奇校驗(yàn)

1個(gè)停止位總是邏輯1

1個(gè)應(yīng)答位僅用在主機(jī)對(duì)設(shè)備的通訊中

表中，如果數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，校驗(yàn)位就為1；如果數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，校驗(yàn)位就為0；總之，數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)加上校驗(yàn)位中1的個(gè)數(shù)總為奇數(shù)，因此總進(jìn)行奇校驗(yàn)。

2．3PS／2設(shè)備和PC機(jī)的通訊

PS／2設(shè)備的Clock（時(shí)鐘腳）和Data數(shù)據(jù)腳都是集電極開路的，平時(shí)都是高電平。當(dāng)PS／2設(shè)備等待發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它首先檢查Clock（時(shí)鐘腳）以確認(rèn)其是否為高電平。如果是低電平，則認(rèn)為是PC機(jī)抑制了通訊，此時(shí)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(gè)字節(jié)的緩沖區(qū)，而PS／2鼠標(biāo)只有一個(gè)緩沖區(qū)僅存儲(chǔ)最后一個(gè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)）。如果Clock（時(shí)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(jī)。一般都是由PS／2設(shè)備產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。發(fā)送時(shí)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(shí)鐘腳）為高電平時(shí)準(zhǔn)備好，在Clock（時(shí)鐘腳）的下降沿被PC機(jī)讀入。PS／2設(shè)備到PC機(jī)的通訊時(shí)序如圖2所示。

當(dāng)時(shí)鐘頻率為15kHz時(shí)，從Clock（時(shí)鐘腳）的上升沿到數(shù)據(jù)位轉(zhuǎn)變時(shí)間至少要5μs。數(shù)據(jù)變化到Clock（時(shí)鐘腳）下降沿的時(shí)間至少也有5μs，但不能大于25μs，這是由PS／2通訊協(xié)議的時(shí)序規(guī)定的。如果時(shí)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(duì)特定鍵盤的編碼或者對(duì)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）。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(shù)來表示，斷碼通常是按鍵斷開時(shí)所發(fā)送的編碼，用四位十六進(jìn)制數(shù)來表示。

3PS／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(shí)鐘信號(hào)和讀寫數(shù)據(jù)。

3．1PS／2向PC機(jī)發(fā)送一個(gè)字節(jié)

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

(1)檢測(cè)時(shí)鐘線電平，如果時(shí)鐘線為低，則延時(shí)50μs；

(2)檢測(cè)判斷時(shí)鐘信號(hào)是否為高，為高，則向下執(zhí)行，為低，則轉(zhuǎn)到(1)；

(3)檢測(cè)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(shí)PC機(jī)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)）；

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

（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(cè)時(shí)鐘線，以確保PC機(jī)沒有抑制PS／2設(shè)備，如果有則中止發(fā)送；

（6）輸出8個(gè)數(shù)據(jù)位到數(shù)據(jù)線上；

（7）輸出校驗(yàn)位；

（8）輸出停止位（1）；

（9）延時(shí)30μs（如果在發(fā)送停止位時(shí)釋放時(shí)鐘信號(hào)則應(yīng)延時(shí)50μs）；

通過以下步驟可發(fā)送單個(gè)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(shí)20μs；

（3）把時(shí)鐘線拉低；

（4）延時(shí)40μs；

（5）釋放時(shí)鐘線；

（6）延時(shí)20μs。

3．2PS／2設(shè)備從PC機(jī)接收一個(gè)字節(jié)

由于PS／2設(shè)備能提供串行同步時(shí)鐘，因此，如果PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，則PC機(jī)要先把時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線置為請(qǐng)求發(fā)送的狀態(tài)。PC機(jī)通過下拉時(shí)鐘線大于100μs來抑制通訊，并且通過下拉數(shù)據(jù)線發(fā)出請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)的信號(hào)，然后釋放時(shí)鐘。當(dāng)PS／2設(shè)備檢測(cè)到需要接收的數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)并記錄下面8個(gè)數(shù)據(jù)位和一個(gè)停止位。主機(jī)此時(shí)在時(shí)鐘線變?yōu)榈蜁r(shí)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)線，并在時(shí)鐘上升沿鎖存數(shù)據(jù)。而PS／2設(shè)備則要配合PC機(jī)才能讀到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。具體連接步驟如下：

（1）等待時(shí)鐘線為高電平。

（2）判斷數(shù)據(jù)線是否為低，為高則錯(cuò)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(gè)bit，每讀完一個(gè)位，都應(yīng)檢測(cè)時(shí)鐘線是否被PC機(jī)拉低，如果被拉低則要中止接收。

（4）讀地址線上的校驗(yàn)位內(nèi)容，1個(gè)bit。

（5）讀停止位。

（6）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(shí)鐘，直到接收到1且產(chǎn)生出錯(cuò)信號(hào)為止（因?yàn)橥Ｖ刮皇?，如果PS／2設(shè)備沒有讀到停止位，則表明此次傳輸出錯(cuò)）。

（7輸出應(yīng)答位。

（8）檢測(cè)奇偶校驗(yàn)位，如果校驗(yàn)失敗，則產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)以表明此次傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤。

（9）延時(shí)45μs，以便PC機(jī)進(jìn)行下一次傳輸。

讀數(shù)據(jù)線的步驟如下：

（1）延時(shí)20μs；

（2）把時(shí)鐘線拉低

（3）延時(shí)40μs

（4）釋放時(shí)鐘線

（5）延時(shí)20μs

（6）讀數(shù)據(jù)線。

下面的步驟可用于發(fā)出應(yīng)答位；

（1）延時(shí)15μs；

（2）把數(shù)據(jù)線拉低；

（3）延時(shí)5μs；

（4）把時(shí)鐘線拉低；

（5）延時(shí)40μs；

（6）釋放時(shí)鐘線；

（7）延時(shí)5μs；

（8）釋放數(shù)據(jù)線。

4用于工控機(jī)的雙鍵盤設(shè)計(jì)

工控機(jī)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(gè)專用鍵盤。此實(shí)例介紹了在工控PC機(jī)到PS／2總線上再接入一個(gè)自制專用鍵盤的應(yīng)用方法。

該設(shè)計(jì)應(yīng)能保證兩個(gè)鍵盤單獨(dú)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(jì)使用模擬開關(guān)CD4052并通過時(shí)分復(fù)用工控PC的PS／2口，來使在同一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)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P2口和P1口用于鍵盤掃描電路（圖中未畫出），P0．0為數(shù)據(jù)端，P0．1為時(shí)鐘端，P0．2為模擬開關(guān)選通端。由于專用鍵盤不需要接收工控PC機(jī)的命令，所以軟件中并不需要寫這部分相應(yīng)的代碼。

通過軟件可在專用鍵盤復(fù)位后把P0．2清0，以使模擬開關(guān)CD4052打開相應(yīng)的通道。這時(shí)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(dòng)時(shí)對(duì)外設(shè)檢測(cè)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(shí)別按鍵，并且按照預(yù)先的設(shè)計(jì)進(jìn)行編碼，同時(shí)調(diào)用發(fā)送程序并通過PS／2口發(fā)送到工控PC。此時(shí)模擬開關(guān)關(guān)閉相應(yīng)通道（將P0．2置1），專用鍵盤接入工控PCPS／2口的時(shí)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(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線中斷而不工作，這樣，雙鍵盤便可時(shí)分復(fù)用同一個(gè)工控PC機(jī)的PS／2口。相應(yīng)的發(fā)送子程序如下：

＃defineDATAP00用P0．0做數(shù)據(jù)線

＃defineCLKP01用P0．1做時(shí)鐘線

＃defineINHIBITP02用P0．2做CD4052的INH端

＃definePORTRP1用P1口做讀入口

＃definePORTWP2用P2口做寫出口可以實(shí)現(xiàn)64個(gè)自定義鍵

voidsend（ucharx）／＊＊＊functionforsendacharda-ta＊＊＊／

{

uchari,temp,char_temp;

bitflag_check＝1;

INHIBIT＝1;／／disablestandardkeyboard

delay_ms(3);

temp＝x;

for(i＝0;i＜8;i＋＋)／／findthenumberof1inthisucharxisoddornot

{

char_temp＝temp＆0x01;

if(char_temp＝＝0x01)

{

flag_check＝!flag_check;

}

temp＝temp＞＞1;

}

CLK＝1;／／send1toP1thenreadP1

while(!CLK)／／ifCLKislowwait

{

;

}

CLK＝1;DATA＝1;／／send1toP1thenreadP1

if(CLK＝＝1)

{

delay_us(30);／／

}

if(CLK＝＝1＆＆DATA＝＝1)／／senddata

{

DATA＝0;／／startbit0

delay_us(10);

CLK＝0;

delay_us(5);／／

temp＝x;

for(i＝0;i＜8;i＋＋)／／send8bitsLSBfirst

{

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);

temp＝temp＞＞1;

}

CLK＝1;／／sendcheckbit

delay_us(5);

DATA＝flag_check;

delay_us(10);

CLK＝0;

delay_us(5)

CLK＝1;／／sendstopbit

delay_us(5);

DATA＝1;

delayus10

CLK＝0

delay_us(5);

CLK＝1;

delay_us(30);

CLK＝1;DATA＝1;／／send1toP1thenreadP1

if(CLK＝＝1＆＆DATA＝＝0)

{

return;／／pcissendingdatatomcu,goto

receivingfunction

}

INHIBIT＝0;／／enablestandardkeyboard

}

5結(jié)論

PS／2接口協(xié)議是現(xiàn)在大多數(shù)鍵盤、鼠標(biāo)與PC機(jī)通訊的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。其中鼠標(biāo)對(duì)PC機(jī)的通訊更為簡(jiǎn)單，只是傳輸數(shù)據(jù)的內(nèi)容不一樣而已。充分理解PS／2接口協(xié)議，可以幫助設(shè)計(jì)者自主開發(fā)一些工控機(jī)上的專用鍵盤等外設(shè)，并能夠按照用戶的要求開發(fā)出專用的多功能鍵盤。該工控機(jī)的雙鍵盤設(shè)計(jì)目前已被某工控公司所采納，并已作為組件加入到產(chǎn)品當(dāng)中。