《键盘接口技术》课件

键盘接口技术键盘是电脑重要的输入设备，负责将按键信息传递给计算机。键盘接口技术主要涉及键盘与主板之间的连接和数据传输方式。课程大纲键盘接口技术概述介绍键盘接口标准，包括PS/2、USB等。比较不同接口的优缺点，帮助理解选择。PS/2键盘接口技术深入探讨PS/2键盘接口原理、数据传输协议、键盘扫描码以及中断处理。USB键盘接口技术介绍USB键盘设备类、枚举与配置、HID报告传输等关键技术。键盘驱动程序开发讲解PS/2和USB键盘驱动程序开发，包括驱动程序框架、案例分析等。1.键盘接口标准概述11键盘接口是连接计算机和键盘的重要桥梁22它负责传输键盘按键信息到计算机33不同的接口标准拥有不同的技术特点44例如PS/2、USB和蓝牙接口等1.1PS/2接口PS/2连接器PS/2接口使用6针DIN连接器，用于连接键盘和鼠标。键盘线键盘线连接键盘和主板上的PS/2接口，传输数据信号。电路原理PS/2接口采用双向串行数据传输协议，通过时钟信号和数据信号进行通信。1.2USB接口通用性强USB接口广泛应用于各种设备，包括键盘、鼠标、打印机等。热插拔USB设备可以随时插拔，无需重启系统。数据传输速度快USB接口支持高速数据传输，满足现代键盘的需求。1.3接口选择要点数据传输速率USB接口的传输速率远高于PS/2接口，更适合高速数据传输。兼容性USB接口具有广泛的兼容性，可以连接多种设备，而PS/2接口仅限于键盘和鼠标。成本USB接口的成本略高于PS/2接口，但随着技术的进步，价格差距正在缩小。易用性USB接口的热插拔功能使连接和断开设备更加便捷，而PS/2接口需要手动插拔。2.PS/2键盘接口技术PS/2端口PS/2接口是电脑主板上的一种标准接口，用于连接键盘和鼠标。PS/2接口连接器PS/2接口采用6针圆形连接器，通过它连接键盘或鼠标。PS/2键盘线缆PS/2键盘线缆连接键盘和电脑主板的PS/2端口。2.1原理与结构1数据传输PS/2键盘通过双向数据线与主板上的PS/2接口连接，实现键盘与主板之间的数据传输。2数据传输方式采用同步串行传输方式，通过时钟信号和数据信号进行数据传输。3接口协议PS/2接口采用专有的数据传输协议，定义了数据包格式、数据传输流程等。4硬件结构PS/2键盘接口通常包含6个引脚，分别用于数据传输、时钟信号、电源、接地等。2.2数据传输协议PS/2键盘使用串行数据传输协议，数据以字节为单位进行传输。1起始位标志数据传输开始2数据位键盘扫描码，共8位3奇偶校验位检测传输错误4停止位标志数据传输结束数据传输协议确保了键盘与主板之间的数据交换顺利进行，并保证数据的完整性。2.3键盘扫描码1扫描码定义键盘上的每个按键都对应唯一的扫描码。2数据传输键盘按下或释放时，会生成扫描码并发送给计算机。3ASCII码转换驱动程序将扫描码转换为字符编码，例如ASCII码。扫描码是键盘接口中重要的数据，用于标识按键事件，并作为驱动程序解析按键信息的关键。扫描码是区分不同按键的唯一标识，例如“A”键和“B”键分别对应不同的扫描码。驱动程序通过解析扫描码来识别用户按键，并将按键信息传递给操作系统。2.4中断处理键盘中断当用户按下键盘上的键时，键盘控制器会向CPU发送一个中断请求。中断处理程序中断处理程序会读取键盘控制器中的扫描码，并将扫描码转换为相应的字符码。字符码处理字符码会被送到操作系统，操作系统会将字符码显示在屏幕上。中断处理流程键盘中断处理流程保证了键盘输入的及时响应和准确性。3.USB键盘接口技术通用串行总线USB是一种用于连接电脑和其他设备的总线标准，提供高速数据传输和灵活的连接方式。键盘设备类USB键盘被视为HID（人机接口设备）类，允许电脑识别键盘输入并进行相应操作。枚举和配置连接USB键盘后，电脑会枚举设备，获取其信息，并根据配置信息分配资源。HID报告传输键盘与电脑之间的数据传输通过HID报告协议，发送按键信息和状态，实现键盘的正常工作。3.1USB概述1USB总线USB代表通用串行总线，是一种流行的计算机总线标准，用于连接各种外围设备。2传输速度USB提供多种传输速度，从低速到高速，支持不同设备的需求。3热插拔USB设备支持热插拔，这意味着可以随时连接或断开设备，而无需重新启动计算机。4数据传输USB使用数据包传输数据，确保高效可靠的数据传输。5电源管理USB提供电源管理功能，允许设备在未使用时节约能量。3.2USB键盘设备类1HIDReportDescriptor定义键盘功能和数据格式2USBClassDriver处理通用设备交互3KeyboardDriver解析键盘数据，模拟键盘事件USB键盘设备类遵循HID规范，使用报告描述符定义键盘功能和数据格式。操作系统中的USB类驱动程序负责处理通用设备交互，包括枚举、配置和数据传输。键盘驱动程序解析从USB类驱动程序接收的键盘数据，并将其模拟为键盘事件，例如按键按下和释放。3.3枚举与配置1枚举阶段系统识别并验证USB键盘2配置阶段系统获取设备信息3驱动加载系统加载对应驱动程序枚举和配置是USB设备连接的关键步骤。3.4HID报告传输报告类型USB键盘使用HID报告描述符定义数据格式，包括键值、修饰键状态等。数据封装HID报告通过USB数据包传输，包含报告类型、数据长度和实际数据。主机接收主机接收数据并解析报告内容，识别按键事件，并进行相应操作。中断传输USB键盘通常使用中断传输方式，保证及时响应按键事件。4.键盘驱动程序开发驱动程序的作用驱动程序是操作系统与硬件之间的桥梁，它将键盘硬件与操作系统连接起来，实现键盘输入数据的读取和处理。驱动程序为应用程序提供统一的接口，屏蔽了底层硬件细节。驱动程序类型根据键盘接口标准，驱动程序可以分为两种类型：PS/2键盘驱动程序和USB键盘驱动程序。驱动程序负责处理键盘中断、读取扫描码和字符数据，并将数据传递给应用程序。4.1PS/2驱动程序1设备初始化硬件识别，资源分配2中断处理键盘中断响应，数据读取3键盘扫描码解析将扫描码转换为字符4字符映射根据语言设置，将字符映射为相应的键值5字符输出将字符传递给应用程序PS/2驱动程序负责管理键盘与操作系统的交互。它通过一系列步骤将键盘按键信息转换为字符，并传递给应用程序。此过程涉及设备初始化，中断处理，扫描码解析，字符映射，以及最终的字符输出。4.2USB驱动程序1设备枚举USB驱动程序首先枚举连接的USB设备，识别键盘设备。2配置描述符读取键盘设备的配置描述符，获取键盘信息，如接口类型、报告描述符等。3数据传输根据HID报告描述符，解析键盘按键信息，并将数据传递给操作系统。4.3驱动程序框架模块化设计将驱动程序分解成多个模块，便于维护和扩展。层次结构使用层次化的结构组织代码，提高代码的可读性和可维护性。事件驱动使用中断或事件来响应键盘事件，提高系统的响应速度。设备无关尽量将与特定键盘相关的代码分离，提高驱动程序的可移植性。5.案例分析11.PS/2键盘驱动通过分析PS/2键盘驱动程序的代码，可以深入理解键盘接口的底层工作原理。22.USB键盘驱动对USB键盘驱动的分析能够加深对USB总线协议和HID设备类的理解。33.兼容性测试通过测试不同型号的键盘，可以了解驱动程序的兼容性和稳定性。5.1PS/2键盘驱动中断处理PS/2键盘驱动程序需要处理键盘中断，并根据扫描码识别按键事件。字符映射驱动程序将扫描码转换为相应的字符，并将字符数据传递给操作系统，以便用户使用。状态管理驱动程序需要管理键盘的状态，例如按键状态、键盘布局等，并根据这些状态进行相应的处理。错误处理驱动程序需要处理各种错误情况，例如键盘连接故障、数据传输错误等。5.2USB键盘驱动1驱动初始化枚举USB键盘设备分配设备资源2中断处理接收键盘中断信号解析键盘数据3数据上报将键盘数据传递给操作系统USB键盘驱动程序负责管理USB键盘设备，完成与操作系统之间的交互。驱动程序负责识别键盘，处理键盘输入事件，并将数据发送给操作系统。5.3兼容性测试1硬件兼容性测试不同型号的键盘，确保驱动程序能够识别和正常工作。2操作系统兼容性测试不同版本的Windows操作系统，确保驱动程序能够在不同系统下正常运行。3应用程序兼容性测试常用的应用程序，确保驱动程序不会与其他应用程序冲突。6.课程总结知识回顾学习了PS/2和USB键盘接口标准。掌握了键盘数据传输协议、扫描码和中断处理等关键技术。实践应用课程内容为键盘驱动程序开发提供了理论基础。可以尝试开发自定义键盘驱动，或进行键盘兼容性测试。发展趋势随着技术发展，键盘接口技术不断更新。未来可能会出现更多新接口标准，以及基于人工智能的键盘技术。6.1主要知识点回顾11.键盘接口标准主要包括PS/2和USB接口标准,包括结构、协议和特点。22.键盘扫描码了解键盘扫描码的结构和作用,是理解键盘数据传输的关键。33.键盘驱动开发包括PS/2和USB驱动程序的开发流程,包括中断处理、数据传输等。44.键盘驱动框架驱动程序的设计原则,包括模块化、可扩展性和兼容性。6.2实践应用建议键盘驱动开发掌握键盘驱动程序开发技术，可以深入了解键盘接口工作原理，并进行个性化定制。例如，开发支持多语言输入的驱动程序，或实现特定功能的键盘热键。键盘调试工