PS/2接口协议的剖析

　　论文关键词：PS/2接口　串行通讯　单片机　键盘　CD4052

　　论文摘要：文中详细介绍了PS/2接口协议的内容、电气特性和标准键盘的第二套键盘扫描码集。给出了基于嵌入式系统的PS/2接口的软、硬件实现方法，并介绍了工控PC外接双键盘的解决方案。通过使用模拟开关CD4052巧妙地解决了工控PC外接双键盘的冲突问题。

　　１ 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ＩＢＭＡＴ键盘接口标准。该标准定义了８４～１０１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８４～１０１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。

　　２　ＰＳ／２接口硬件

　　２．１ 物理连接器

　　一般，具有五脚连接器的键盘称之为ＡＴ键盘，而具有六脚ｍｉｎｉ－ＤＩＮ连接器的键盘则称之为ＰＳ／２键盘。其实这两种连接器都只有四个脚有意义。它们分别是Ｃｌｏｃｋ（时钟脚）、Ｄａｔａ?数据脚?、＋５Ｖ（电源脚）和Ｇｒｏｕｎｄ（电源地）。在ＰＳ／２键盘与ＰＣ机的物理连接上只要保证这四根线一一对应就可以了。ＰＳ／２键盘靠ＰＣ的ＰＳ／２端口提供＋５Ｖ电源，另外两个脚Ｃｌｏｃｋ（时钟脚）和Ｄａｔａ?数据脚?都是集电极开路的，所以必须接大阻值的上拉电阻。它们平时保持高电平，有输出时才被拉到低电平，之后自动上浮到高电平。现在比较常用的连接器如图１所示。

　　２．２ 电气特性

　　ＰＳ／２通讯协议是一种双向同步串行通讯协议。通讯的两端通过Ｃｌｏｃｋ（时钟脚）同步，并通过Ｄａｔａ（数据脚）交换数据。任何一方如果想抑制另外一方通讯时，只需要把Ｃｌｏｃｋ（时钟脚）拉到低电平。如果是ＰＣ机和ＰＳ／２键盘间的通讯，则ＰＣ机必须做主机，也就是说，ＰＣ机可以抑制ＰＳ／２键盘发送数据，而ＰＳ／２键盘则不会抑制ＰＣ机发送数据。一般两设备间传输数据的最大时钟频率是３３ｋＨｚ，大多数ＰＳ／２设备工作在１０～２０ｋＨｚ。推荐值在１５ｋＨｚ左右，也就是说，Ｃｌｏｃｋ（时钟脚）高、低电平的持续时间都为４０μｓ。每一数据帧包含１１～１２个位，具体含义如表１所列。

　　表1 数据帧格式说明

1个起始位

总是逻辑0

8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1

1个应答位

仅用在主机对设备的通讯中

　　表中，如果数据位中１的个数为偶数，校验位就为１；如果数据位中１的个数为奇数，校验位就为０；总之，数据位中１的个数加上校验位中１的个数总为奇数，因此总进行奇校验。

　　２．３ ＰＳ／２设备和ＰＣ机的通讯

　　ＰＳ／２设备的Ｃｌｏｃｋ（时钟脚）和Ｄａｔａ?数据脚?都是集电极开路的，平时都是高电平。当ＰＳ／２设备等待发送数据时，它首先检查Ｃｌｏｃｋ（时钟脚）以确认其是否为高电平。如果是低电平，则认为是ＰＣ机抑制了通讯，此时它必须缓冲需要发送的数据直到重新获得总线的控制权（一般ＰＳ／２键盘有１６个字节的缓冲区，而ＰＳ／２鼠标只有一个缓冲区仅存储最后一个要发送的数据）。如果Ｃｌｏｃｋ（时钟脚）为高电平，ＰＳ／２设备便开始将数据发送到ＰＣ机。一般都是由ＰＳ／２设备产生时钟信号。发送时一般都是按照数据帧格式顺序发送。其中数据位在Ｃｌｏｃｋ（时钟脚）为高电平时准备好，在Ｃｌｏｃｋ（时钟脚）的下降沿被ＰＣ机读入。ＰＳ／２设备到ＰＣ机的通讯时序如图２所示。

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