Arduino开发实例-PS/2键盘驱动

PS/2键盘驱动

1、PS/2通信协议介绍

物理 PS/2 端口是 6 针 DIN 连接器。连接器引脚如下所示：

Vcc/Ground 为设备提供电源 (5V)，而 Data 和 Clock 是两条集电极开路线，带有上拉电阻到 Vcc。电阻值并不重要（1 – 10 KOhm），最小值给出最短的上升时间，而较大的值允许更少的功耗。

PS/2 协议是一种双向串行同步协议。当数据线和时钟线为高电平时，总线空闲，键盘/鼠标可以开始传输数据；主机可以随时通过将时钟线拉低 100 微秒来禁止传输。设备总是产生时钟信号，如果主机想要通信，它可以通过将时钟线拉低（禁止设备传输）、将数据线拉低然后释放时钟线来实现：这是发送的请求状态并告诉设备开始生成时钟脉冲。

总线状态如下：
数据 = 高电平，时钟 = 高电平：空闲状态。
数据 = 高电平，时钟 = 低电平：禁止通信。
数据 = 低电平，时钟 = 高电平：主机请求发送

数据帧由 11 位或 12 位组成（取决于数据方向）：

一个起始位（总是低）
8 个数据位，LSB 在前
奇校验位
一个停止位（总是高）
一个确认位（从主机传输到设备时，设备将数据线拉低）

如果数据位中有偶数个 1，则设置奇偶校验位，如果数据位中有奇数个 1，则重置 (0)。数据位中 1 的数量加上奇偶校验位总是加起来为奇数（奇校验）。这用于错误检测。键盘/鼠标必须检查该位，如果不正确，它应该像收到无效命令一样响应。

从设备发送到主机的数据在时钟信号的下降沿被读取；从主机发送到设备的数据在上升沿被读取。时钟频率必须在 10 - 16.7 kHz 范围内。这意味着时钟必须高 30 - 50 微秒，低 30 - 50 微秒。

1）设备到主机通信

数据线和时钟线都是集电极开路。每条线和+5V之间接一个电阻，所以总线空闲状态为高。当键盘或鼠标要发送信息时，它首先检查时钟线以确保它处于高逻辑电平。如果不是，则主机正在禁止通信，并且设备必须缓冲任何要发送的数据，直到主机释放时钟。在设备可以开始传输其数据之前，时钟线必须连续保持高电平至少 50 微秒。

1 个起始位。这始终为 0。
8 个数据位，最低有效位在前。
1 个奇偶校验位（奇校验）。
1 个停止位。这始终是 1。

设备检查时钟线的状态：如果它为高电平，则开始传输数据（时钟线必须在设备开始传输之前连续保持高电平至少 50 微秒）。设备产生时钟脉冲，数据必须在时钟信号的下降沿稳定，在上升沿后变化：

从数据跳变到时钟信号下降沿的时间必须大于 5 微秒且小于 25 微秒，而从时钟信号的上升沿到数据跳变的时间必须至少为 5 微秒（因此我们可以采样时钟信号低电平期间的数据，而高电平期间数据变化）。如果主机通过在第 11 个时钟脉冲之前将时钟拉低 100 微秒来禁止传输，则设备必须在时钟线再次为高电平时重新发送帧（并且主机不再禁止通信）。在通信被禁止时创建的任何数据都必须被缓冲（为此目的，键盘有一个 16 字节的缓冲区，而鼠标只存储当前的移动数据包）。

例如，扫描从键盘发送到计算机的“Q”键 (15h) 的代码。通道 A 是时钟信号；通道 B 是数据信号。

2）主机到设备通信

由于设备总是产生时钟信号，主机必须通过将时钟线拉低 100 微秒，然后将数据线拉低并再次拉高时钟线，将时钟线和数据线置于请求发送状态

a)当设备检测到这种状态时，它将开始产生时钟脉冲，并将时钟输入帧的数据位
b)主机在时钟为低电平时更改数据，而设备在时钟为高电平时对数据线进行采样（此与设备到主机通信期间发生的情况相反）：

由上图可以知道，主机要查找两个时间量：

(a) 是主机最初将时钟线拉低后设备开始产生时钟脉冲的时间，该时间不得超过 15 毫秒。
(b) 是发送数据包所需的时间，必须不大于 2ms。如果不满足这些时间限制中的任何一个，则主机应生成错误。收到“ack”后，主机可以立即将时钟线拉低以在处理数据时禁止通信。如果主机发送的命令需要响应，则必须在主机释放时钟线后 20 毫秒内收到该响应。如果这没有发生，主机会生成错误。

输入停止位后，设备将数据线拉低以确认数据，然后产生最后一个时钟脉冲并释放数据和时钟线。主机到设备的通信对于向键盘发送命令很有用。

主机到设备通信步骤如下：

1）将时钟线拉低至少 100 微秒。
2）将数据线拉低。
3）释放时钟线。
4）等待设备将时钟线拉低。
5）设置/复位数据线以发送第一个数据位
6）等待设备将时钟拉高。
7）等待设备将时钟拉低。
8）对其他 7 个数据位和奇偶校验位重复步骤 5-7
9）释放数据线。
10）等待设备将数据拉低。
11）等待设备将时钟拉低。
12）等待设备释放数据和时钟

2、PS/2键盘鼠标驱动

键盘是由板载控制器监控的按键矩阵，称为**键盘编码器(Keyboard Encoder)**。该控制器监控哪个键被按下或释放，并将相应的数据发送到主机。

控制器向主机发送的数据是已按下或释放的键的扫描码（Scan Code控制器扫描键盘是否有按键）。有两种代码：Make Code和 Break Code。每当按下或按住一个键时都会发送一个 Make Code；释放键时会发送Break Code。

键盘上的每个键都有其唯一的Make Code和Scan Code，因此主机可以通过查看扫描码知道哪个键发生了什么。所有的扫码组成一个扫码集：有三个Scan Code集（Scan Code Set 1、Scan Code Set 2或Scan Code Set 3），所有现代键盘默认为Scan Code Set 2：

即使大多数Make Code只有一个字节长，也有一些扩展Make Code由两个或四个字节组成（所有这些扫描码都以字节 0xE0 开头）。

每当按下一个键时，就会向主机发送一个扫描码。需要注意的是，扫描码对应于键盘上的物理键，与特定字符集的字符无关，主机将扫描码转换为匹配字符。

当一个键被释放时，一个Break Code被发送到主机：Break Code是前面有 0xF0 的Make Code（扩展键Break Code是 0xE0、0xF0 和键码）。

当一个键被按下时，该键变为**打字键(Typematic )**，并且（片刻之后）键盘将继续发送它的 Make Code，直到它被释放或按下另一个键。打字键数据不会在键盘内缓冲：当按下多个键时，只有最后一个键变成打字键，即使其他键可能仍被按下，打字重复也会停止。

重置时，键盘执行所谓的 BAT（Basic Assurance Test，基本保证测试），如果成功则发送 0xAA，如果失败则发送 0xFC（如果有，键盘上的 LED 会闪烁）。

3、Arduino 驱动PS/2键盘实现

本次PS/2驱动支持库：https://github.com/PaulStoffregen/PS2Keyboard

接线示例如下：

简单示例如下：

#include <PS2Keyboard.h>

const int DataPin = 4;
const int IRQpin =  3;

PS2Keyboard keyboard;

void setup() {
  //delay(1000);
  keyboard.begin(DataPin, IRQpin);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Keyboard Test:");
}

void loop() {
  if (keyboard.available()) {
    
    // read the next key
    char c = keyboard.read();
    
    // check for some of the special keys
    if (c == PS2_ENTER) {
      Serial.println();
    } else if (c == PS2_TAB) {
      Serial.print("[Tab]");
    } else if (c == PS2_ESC) {
      Serial.print("[ESC]");
    } else if (c == PS2_PAGEDOWN) {
      Serial.print("[PgDn]");
    } else if (c == PS2_PAGEUP) {
      Serial.print("[PgUp]");
    } else if (c == PS2_LEFTARROW) {
      Serial.print("[Left]");
    } else if (c == PS2_RIGHTARROW) {
      Serial.print("[Right]");
    } else if (c == PS2_UPARROW) {
      Serial.print("[Up]");
    } else if (c == PS2_DOWNARROW) {
      Serial.print("[Down]");
    } else if (c == PS2_DELETE) {
      Serial.print("[Del]");
    } else {
      
      // otherwise, just print all normal characters
      Serial.print(c);
    }
  }
}

文章来源: https://iotsmart.blog.csdn.net/article/details/127932248