PS2键盘控制器.doc

PS/2键盘控制器的设计一、 设计要求：设计一个PS/2键盘控制器，用两个LED数码管以两位十六进制ASCII码显示每一个键盘的编码。二、 PS/2接口及键盘工作原理：（一）键盘工作原理：到目前为止，人们已设计的键盘有83键、84键、101键、102键等多种，采用的一般都是由单片机（8048、8035、8044等）扫描、编码的智能化键盘。当前人们所用的一般都是非编码键盘，它仅仅是按行、列排列起来的的矩阵开关，键盘内部使用的单片机能够自动地识别键的按下与释放，自动生成相应的扫描码（即行列位置码），并以串行方式送往接口。此外，它还具有若干个键扫描码的缓冲能力和出错下的自动重发能力，但是，由于是非编码键盘，所以它向接口提供的只是键的行列位置码（即键盘扫描码），而不是键的含义和功能直接对应的ASCII码，因此设计时需要将键盘扫描码转化成反映键意的ASCII码。由于最初人们设计的键盘只有83键，它的键号（即ASCII码）与键盘扫描码是一致的，随着键盘功能和按键数目的扩充，为了实现各种不同功能和按键数目键盘与PC 机之间的兼容性，84/101/102等键盘的键盘扫描码还是采用了83键的键盘的那83个键盘扫描码，只是在送到PC机以后再由PC机来完成将83个键盘扫描码转化成相应个数的系统扫描码。键盘被按键的识别和行列位置扫描码（即键盘扫描码）产生是由键盘内部的单片机通过译码来实现的。单片机在周期性扫描行、列的同时，读回扫描信号线结果，判断是否有键按下，并计算位置得到行列位置码（即键盘扫描码）。当有键按下时，键盘分两次将行列位置扫描码发送到键盘接口。按下时先发一次，叫接通扫描码，释放时在发一次，叫断开扫描码，断开扫描码与接通扫描码之间是有一定关系的，断开扫描码有两个字节，第一个字节是表明键已释放的前缀F0H，第二个字节与接通扫描码同。目前已有的键盘扫描码共有三套，我们现在使用的一般是第二套键盘扫描码(101,102,104键)，其接通扫描码的编码表如下：KEYCODEKEY CODEKEYCODEA1C94654B320EINSERTE0,70C21-4EHOMEE0,6CKEYCODEKEYCODEKEYCODED23=55PGUPE0,7DE245DDELETEE0,71F2BBKSP66ENDE0,69G34SPACE29PGDNE0,7AH33TAB0DU ARROWE0,75I43CAPS58L ARROWE0,6BJ3BL SHIFT12D ARROWE0,72K42R SHIFT14R ARROWE0,74L4BL WINE0,1FNUM77M3AL ALT11KP/E0,4AN31R SHIFT59KP*7CO44R CTRLE0,14KP-7BP4DR WIN E0,27KP+79Q15R ALTE0,11KP ENE0,5AR2DAPPSE0,2FKP.71S1BENTER5AKP070T2CESC76KP169U3CF105KP272V2AF206KP37AW1DF304KP46BX22F40CKP573Y35F503KP674Z1AF60BKP76C045F783KP875116F80AKP97D21EF901;4C326F100952425F1178,4152EF120749636PRINTE0,12/4AKEYCODEKEYCODEKEYCODE73DSCROLL7E5B83EPAUSEE1,14上表中的数据均为16进制数。（二）PS/2硬件接口 键盘与其他硬件的接口采用PS/2硬件接口，其物理连接方式通常有2种：5pinDIN和6pinminiDIN，目前所用的连接方式一般是后一种，其引脚排列和外形如下图所示：（三）PS/2通信协议PS/2通信协议是键盘与其他硬件通信时的一种半双工通信协议，键盘通过Data线向外发送数据，数据时钟由键盘产生，在协议中数据的传送格式为短帧格式，一般为11位，各位的含义如下图所示：StartD0D1D2D3D4D5D6D7ParityStopStart：起始位，总为0（低电平）D0D7：8位数据位（低位在前，高位在后）Parity：奇偶校验位（为奇校验）Stop：停止位，总为1（高电平） 键盘向外发送数据的时序图如下图所示： 键盘首先检查Clock线和Data线是否同时为高电平时，若是，则键盘产生Clock信号，并将待发的数据按照数据帧的格式逐位放在数据线上，数据线在时钟的高电平期间改变状态，时钟的下降沿将数据锁定到数据线上，此时外界就可以到数据线上读取数据。键盘同步时钟的最大频率为33KHZ，一般情况下使用1020KHZ的频率。三、程序设计思路本次设计需要设计以下5部分程序：串并转换程序，时钟分频程序，缓冲程序，扫描码与ASCII码转换程序，LED显示驱动程序。其中部分程序实现的功能简要陈诉如下：1、 串并转换程序该程序主要是接收由键盘Data线发送过来的11位串行数据。用的是11位移位寄存器的基本原理。2、 时钟分频程序该程序主要是实现将硬件箱上的25175M的时钟分频。用的是计数器的基本原理。3、 缓冲程序该部分程序主要实现的功能是将键盘按下的32个键进行缓存，在硬件箱上实现人为控制显示。用的是FIFO（先如先出堆栈）的基本原理。4、 扫描码与ASCII码转换程序该部分程序实现将由键盘发送过来的键盘扫描码转换成ASCII码。三、 源程序PACKAGE huancun_constants ISconstant data_width: POSITIVE:=8;constant num_words: POSITIVE:=32;constant data_widthu: POSITIVE:=5;END huancun_constants;LIBRARY ieee;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_unsigned.ALL;LIBRARY lpm;USE lpm.lpm_components.ALL;LIBRARY work;USE work.huancun_constants.ALL;ENTITY dataflow ISPORT( clk:in std_logic; clk_25m: INSTD_LOGIC; datain: INSTD_LOGIC; read: in std_logic; ledsegh: OUT STD_LOGIC_vector(0 to 7); ledsegl: OUT STD_LOGIC_vector(0 to 7);END dataflow;ARCHITECTURE sxj OF dataflow ISSIGNAL data: STD_LOGIC_vector(0 TO 10);SIGNAL indata,saomiao,asc: STD_LOGIC_vector(0 TO 7); SIGNAL h4,l4:STD_LOGIC_vector(0 to 3); SIGNAL clk_1khz:STD_LOGIC; SIGNAL op:STD_LOGIC; SIGNAL s:std_logic_vector(0 to 14);beginhuancun:LPM_FIFOGENERIC MAP(LPM_WIDTH=data_width,LPM_NUMWORDS=num_words,LPM_WIDTHU=data_widthu);PORT MAP(clock=clk_1khz,wrreq=data(10),rdreq=read,data=indata,q=saomiao);h4=asc(4 to 7);l4=asc(0 to 3);process(clk)beginif(clkevent and clk=0)thendata(0)=datain;data(1)=data(0);data(2)=data(1);data(3)=data(2);data(4)=data(3);data(5)=data(4);data(6)=data(5);data(7)=data(6);data(8)=data(7);data(9)=data(8);data(10)=data(9);end if;op=data(2)xor data(3)xor data(4)xor data(5)xor data(6)xor data(7)xor data(8)xor data(9)xor 1;end process;process (clk)beginif(data(10)=0 and data(0)=1 and data(1)=op)thenindata=data(2 to 9);end if;end process;process(clk_25m) begin if(clk_25mevent and clk_25m=1) then if(s=12587) then s=000000000000000; clk_1khz=not clk_1khz; else sascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascascledseghledseghledseghledseghledseghledseghledseghledseghledseghledseghl