基于FPGA的标准PS-2键盘接口电路设计概要

1、一、引言键盘是嵌入式系统的最重要的输入设备之一,是实现人机交互的重要途径。设计者除了可以自行设计扫描式矩阵键盘之外,还可以选择标准PS/2键盘实现人机交互。扫描式矩阵键盘虽然电路简单,但不具有通用性,当需要使用较多的按键输入时,则会占用较多的I /O 端口,在软件上则要进行上电复位、按键扫描及通信的处理,而且还要加上按键的去抖动处理,增大了系统软、硬件的开销,开发周期较长1。标准PS /2键盘由于接口通信协议简单,在系统中占用软硬件资源少,高可靠性,表达信息量大而得到了越来越广泛的应用2。本文根据标准PS/2键盘的通信时序,用硬件描述语言Verilog HDL 设计了基于FPGA 的标准PS/

2、2键盘接口,通过本设计接口,完成把键盘按键扫描码转换成字符ASCII 码过程,成功实现了标准PS/2键盘到NiosII 嵌入式CPU 的数据单向通信。本设计具有较好的通用性和可移植性,可取代自行设计扫描式矩阵键盘而用于嵌入式系统设计中。二、标准PS/2键盘物理接口的定义及其连接图1为标准PS/2键盘mini-DIN 连接器,标准PS/2键盘是通此连接器与外设相连接,其中,第1脚为Data(数据,第5脚为Clock(时钟,第3脚接地,第4脚接电源(5伏,第2与6脚保留。因标准PS/2键盘输出脚是采用集电极开路设计,因此,标准PS/2键盘与接口相连时,输出要接一个上拉电阻方可使用,如图2所示。脚1

3、Data 脚2保留脚3接地脚4接电源脚5Clock 脚6保留图1标准PS/2键盘mini-DIN 连接器图2标准PS/2键盘与接口的连接三、标准PS/2键盘数据输出通信协议3图3为标准PS/2键盘数据输出短帧格式,当PS/2键盘要发数据时,首先要检查Clock 时钟脚的电压情况,如电压为低电平,则表示主机抑制了通信,如电压为高电平,PS/2键盘获得发送数据的控制权。首先发送短帧数据格式的起始位(低电平,然后才发送数据(低位先发送,跟着发送奇校验位,最后才发送帧数据格式的停止位。当时钟为高电平时,改变数据,在时钟的下降沿时,PS/2键盘把数据锁存在Data 数据线上。图3标准PS/2键盘数据输出

4、短帧格式南宁师范高等专科学校学报2009年第3期JOURNAL OF NANNING TEACHERS COLLEGE 第26卷(总第66期 基金项目:广西壮族自治区教育厅科研项目,项目编号:LX382。收稿日期:2009-05-10作者简介:杨秀增(1975-,男,湖南怀化人,广西民族师范学院物信系讲师,主要研究方向为嵌入式系统设计与应用;黎运宇(1974-,男,湖南张家界人,广西民族师范学院物信系助教,主要研究方向为机械电子。基于FPGA 的标准PS/2键盘接口电路设计杨秀增,黎运宇(广西民族师范学院物理与信息技术系,广西龙州摘要:键盘是嵌入式系统的重要的输入设备,是实现人机交互的重要的手

5、段之一,随着标准PS/2键盘技术成熟和价格不断下降,在嵌入系统的设计中,用标准PS/2键盘取代自制简易的扫描式矩阵式键盘成为可能。关键词:PS/2键盘;FPGA ;Verilog HDL 中图分类号:IP331.1文献标识码:A 文章编号: 1008-696X(-0129-03129四、标准PS/2键盘扫描码现阶段的标准PS/2键盘是以第二套扫描码向外设传送信息的,扫描码有通码与断码两种类型。当键盘被按下或连续被按下时,键盘被接通,此时键盘发送通码或连续发送通码;当松开键盘的按键时,才发送断码。根据键盘按键扫描码的不同,在此可将按键分为如下几类:4第一类按键:通码为1字节,断码为0xF0+通码

6、形式。如A键,其通码为0x1C,断码为0xF00x1C。第二类按键:通码为2字节0xE0+0xXX形式,断码为0xE0+0xF0+0xXX形式。如right ctrl键,其通码为0xE00x14,断码为0xE00xF00x14。第三类特殊按键有两个,print screen键通码为0xE00x120xE00x7C,断码为0xE00xF00x7C 0xE00xF00x12;pause键通码为0x E10x140x77 0xE10xF00x140xF00x77,断码为空。本文只利用了标准PS/2键盘的第一类按键扫描码,并且只利用了扫描码的断码。五、标准PS/2键盘接口电路的FPGA实现利用硬件描述

7、语言,对标准PS/2键盘数据输出短帧时序进行描述,其Verilog HDL语言源代码如下:module keyb_module(iclk0,/输入时钟iclk,/键盘Clockidata,/键盘odata,/ASCII码数据req,/握手信号输出reset/握手信号复位输入;input iclk,iclk0,idata;reset;output reg req;output reg70odata;reg30state;reg70mreg;reg mreg0,mrege,mregt;reg mclk;wire70modata;/*分频*/ reg50cont0;always(posedge ic

8、lk0cont0=cont0+1;/*对时钟信号进行整形*/ always(posedge cont05if(!iclkmclk=0;elsemclk=1;/*对输入idata信号进行采样(3次*/ reg30stat0;reg m20;reg md;always(posedge cont05if(!mclkcase(stat00begin m0=idata;stat0=1;end1:begin m1=idata;stat0=2;end2:begin m2=idata;stat0=3;end3:begin if(m0=m1&m0=m2begin md= m2;stat0=0;endelse s

9、tat0=0;enddefault:stat0=0;endcase/*接收数据帧*/ always(posedge mclkbegincase(state0:begin mreg0=idata;state=1;mrege=0;end1:begin if(!mreg0begin state=2;mreg0=md; endelse state=0;end2:begin mreg1=md;state=3;end3:begin mreg2=md;state=4;end4:begin mreg3=md;state=5;end5:begin mreg4=md;state=6;end6:begin mreg

10、5=md;state=7;end7:begin mreg6=md;state=8;end8:begin mreg7=md;state=9;end9:begin mregt=md;state=10;end10:begin if mrege=md;state=0;enddefault:state=0;endcaseendassign modata=(mrege?mreg:8hzz;130Design of FPGA-based Standard PS/2Keyboard Interface CircuitYANG Xiu-zheng,LI Yun-yu(Department of Physics

11、and IT,Guangxi Normal University for Nationalities,Longzhou,Guangxi ,ChinaAbstract:Keyboard is the key input part in embedded system and also the key mean of human-computer interaction.Given the acceptable technology and price,it is possible to replace the scanning matrix keyboard with standard PS/2

12、keyboard.Key words :PS/2keyboard;FPGA;Verilog HDL(责任编辑:何明智责任校对:彭金云/*ASCII 码编码,只对键盘的数字键起作用*/always(posedge cont05or posedge resetif(resetodata=0;else if(mregecase(modata8h70:odata=8h30;/08h69:odata=8h31;/18h72:odata=8h32;/28h7A:odata=8h33;/38h6B:odata=8h34;/48h73:odata=8h35;/58h74:odata=8h36;/68h6C:o

13、data=8h37;/78h75:odata=8h38;/88h7D:odata=8h39;/98h5A:odata=8h0D;/enter 8h71:odata=8h7F;/DEL 8h74:odata=8h74;/右8h75:odata=8h75;/上8h72:odata=8h72;/下8h6b:odata=8h6b;/左8h76:odata=8h1B;/ECS default:odata=8h00;endcase/*握手信号*/always(posedge mrege or posedge resetif(resetreq=0;else req=1;endmodule六、结束语键盘是嵌入式系统的重要的输入设备,是实现人机交互的重要的手段之一,随着标准PS/2键盘技术成熟和价格不断下降,在嵌入系统的设计中,用标准PS/2键盘取代自制简易的扫描式矩阵式键盘成为可能。本文介绍标准PS/2键盘物理接口的定义及其连接和数据输出通信协议,并用硬件描述语言完成了基于FPGA 的标准PS/2键盘接口设计,成功实现了标准PS/2键盘主动向NiosII 处理器发送ASCII 码数据,具有一定的实用性。当然本接口只能实现标准PS/2键盘向Nios IICPU 单向发送数据功能,NiosII 处理器不对PS/2键盘进行操作。如要实现此功能,必须在接口电路中添加