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基于PS2鼠標接口單片機輸入設備的實現.doc

'基于PS2鼠標接口單片機輸入設備的實現.doc'
?基于PS/2鼠標接口單片機輸入設備的實現摘 要:PS/2接口是較早出現的計算機接口,也是現在使用最廣泛的接口之一,它主要應用于鼠標、鍵盤和游戲手柄的輸入。PS/2接口協議簡潔易于實現,而且多年來PS/2設備一直運行穩定,這使得古老的PS/2接口至今在輸入接口中具有舉足輕重的地位。本課題在詳細分析PS/2協議的基礎上,提出了一套實現PS/2鼠標接口設備的可行方案。該方案提供了一個PS/2鼠標接口設備的硬件和軟件的實現方法,其中著重介紹了單片機中PS/2接口驅動的實現方法,PS/2鼠標的Reset模式和Stream模式的工作流程等容。依據上述設計方案實現了一個PS/2鼠標接口設備。本論文中為該設備設計了兩項基本功能測試、兩項性能測試和一項兼容性測試。該設備在測試中取得了十分理想的成績。最后對PS/2鼠標接口設備進行擴展,實現了串口轉PS/2鼠標設備。該設備的實現證明了本課題實現的PS/2鼠標接口設備具有良好的可擴展性。關鍵詞:PS/2接口 通信協議 單片機 鼠標 驅動程序 前  言PS/2接口鼠標是被現代個人微機廣泛采用的外部定點輸入設備,它易于操作而且價格低廉,如果能夠利用PS/2鼠標的標準接口特性,在單片機應用系統中設計一個PS/2接口作為系統的輸入設備,不僅占用系統的資源少、成本低而且操作簡單,具有廣泛的應用領域。作為一個出現較早的輸入接口,基于PS/2的開發技術已經相當成熟,但是這些成熟的技術主要掌握在部分主板開發商和鼠標鍵盤開發商手上。而且PS/2協議的官方參考資料已經很難找到,所以本課題將以監控并分析PS/2鼠標在實際工作中的數據流并結合前人開發經驗心得為主要開發依據,通過不斷調試改進來完成PS/2鼠標接口的開發。國外除了少數的研究學習的人員鮮少有人做基于PS/2的產品開發,市場上有一些串口轉PS/2的轉接器,但其兼容性和穩定性都不是很高。PS/2產品的發展趨勢可能主要是為一些特定的項目提供接口。實現PS/2鼠標接口可以擴展實現基于PS/2接口的鼠標、USB轉PS/2鼠標轉接器、PS/2轉USB鼠標轉接器、串口轉PS/2鼠標轉接器的開發,且開發成本較低,開發周期較短,產品穩定性和可靠性在理論上和實際使用中都已經證明可以滿足工業生產或日常生活需求。PS/2協議本身也較簡單,這樣就有利于開發者較深入完整的理解協議本身及其實現過程,為以后的項目開發積累很好的經驗。1 背  景1.1 PS/2協議的發展PS/2協議的發展主要經歷過三個階段:1981年IBM推出了IBM PC/XT接口標準。該標準采用5腳DIN連接器和簡單的串行協議。1984年IBM推出了IBM AT接口標準。該標準采用5腳DIN連接器和雙向串行通訊協議。1987年,IBM又推出了PS/2接口標準。該標準采用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議。PS/2接口標準在在IBM技術參考手冊里,而該手冊已經很多年沒有印刷了,因此關于這個容現在沒有官方的出版物。所以我們可以認為能夠被IBM提供的PS/2接口上識別并穩定運行的設備就實現了PS/2協議。PS/2接口標準設備主要應用于鼠標,鍵盤和游戲手柄。1.2 PS/2鼠標接口的優點PS/2鼠標接口很早就成為了計算機計算機鼠標的標準輸入接口,它有如下三個優點:適用圍和機型眾多PS/2鼠標接口在現存的幾乎所有的臺式PC機上都能找到,這就意味著基于PS/2鼠標接口的設備可以在現在的絕大多數PC機上運行。開發成本低,開發周期短PS/2協議是一種簡單的串行通信協議,不需要專門的接口芯片,只需要在單片機中用軟件模擬就可以完成通信。一個基于PS/2的設備可以在較短的時間完成。穩定性高,速度快PS/2協議自問世以來,基于它的產品已經在PC機上穩定運行了幾十年,經過實踐檢驗PS/2設備在穩定性和反應速度方面完全可以滿足日常需求。2 協議分析2.1 PS/2物理接口定義物理上的PS/2 端口分為兩類連接器:一種5 腳的DIN ;一種是6 腳的mini-DIN。兩種連接器的區別只是引腳的排列,鑒于目前5 腳的DIN已經很少使用,對于5 腳的DIN我們將不予介紹。mini-DIN的接口定義如圖2.1所示。圖2.1 mini-DIN的接口定義2.2 PS/2數據幀定義和傳輸PS/2 鼠標和鍵盤履行一種雙向同步串行協議。換句話說每次數據線上發送一位數據并且每在時鐘線上發一個脈沖就被讀入。鍵盤/鼠標可以發送數據到主機而主機也可以發送數據到設備,但主機總是在總線上有優先權,它可以在任何時候抑制來自于鍵盤/鼠標的通訊,只要把時鐘拉低即可。數據傳輸過程中的時鐘始終都由設備提供,如果主機要想設備發送數據就必需先告訴設備產生一個時鐘信號(具體的過程將在后面描述)。從設備到主機的數據在時鐘的下降沿被讀取,從主機到設備的數據在時鐘的上升沿被讀取。1.設備到主機的通訊過程從設備到主機的通訊過程中共定義11個數據位,如表2.1所示。表2.1 從設備到主機的數據幀格式1 個起始位,總是為08 個數據位,低位在前1 個校驗位,奇校驗1 個停止位,總是為1通訊的時鐘頻率為10-16.7kHz。通訊過程應該符合以下要求。從時鐘脈沖的上升沿到一個數據轉變的時間至少要有5微秒。數據變化到時鐘脈沖的下降沿的時間至少要有5微秒,并且不大于25微秒。這個定時非常重要。主機可以在第11個時鐘脈沖(停止位)之前把線拉低,這樣設備將放棄發送當前字節(這是非常罕見的)。在停止位發送后,設備在發送下個包前至少應該等待50微秒。這將給主機時間,當它處理接收到的字節時抑制發送(主機在收到每個包時通常自動做這個),在主機釋放抑制后設備至少應該在發送任何數據前等50微秒。設備到主機的通訊時序如圖2.2所示。圖2.2 設備到主機通訊時序圖2.主機到設備的通訊過程:從主機到設備的通訊過程的數據幀與設備到主機有所不同,表2.1給出了主機到設備的數據幀格式。表2.2 從主機到設備的數據幀格式8 個數據位,低位在前1 個校驗位,奇校驗1 個停止位,總是為11 個應答位,由設備向主機發送因為時鐘總是由設備提供,所以主機要想發送數據它必須向設備 “請求發送”,過程如下:1)主機通過下拉時鐘線至少100微秒來抑制通訊。2)主機通過下拉數據線來應用請求發送然后釋放時鐘。通訊時序如圖2.3所示。圖2.3 主機到設備的通信時序圖2.3 PS/2數據報定義標準的PS/2鼠標發送位移和按鍵信息給主機采用3字節數據包格式。數據包的具體定義如表2.3所示。表2.3 標準PS/2鼠標數據報格式Bit 7Bit 6Bit 5Bit 4Bit 3Bit 2Bit 1Bit 0Byte 1Y overflowX overflowY sign bitX sign bitAlways 1Middle BtnRight BtnLeft BtnByte 2。省略部分。膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈
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接口 ps 鼠標 單片機 ps2 輸入設備 實現 基于
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本文標題:基于PS2鼠標接口單片機輸入設備的實現.doc
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