基于fpga 的ps2鼠标控制器设计

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1、基于FPGA的PS/2鼠标控制器设计1PS/2介绍PS/2接口作为传统的鼠标键盘接口已经被大部分人所熟知，虽然随着USB接口键鼠的普及，绝大多数PC用户均选择了USB的键鼠，但目前主流PC中依旧保留了PS/2键鼠的接口，由于PS/2接口实现简单，使用方便的特点，在许多领域如工控机等仍旧采用PS/2接口来完成基本的人机交互。1.1PS/2的接口特性PS/2接口多用于鼠标和键盘，IBM是开发和使用最早的。PS/2接口从物理上有两种类型的连接器，它们分别是5脚的DIN和6脚的MINI-DIN，如图1-1所示。图1-1PS/2接口连接

2、器引脚定义1.2PS/2的接口协议PS/2鼠标接口采用一种双向同步串行协议。即每在时钟线上发一个脉冲，就在数据线上发送一位数据。在相互传输中，主机拥有总线控制权，即它可以在任何时候抑制鼠标的发送。方法是把时钟线一直拉低，鼠标就不能产生时钟信号和发送数据。在两个方向的传输中，时钟信号都是由鼠标产生，即主机不产生通信时钟信号。如果主机要发送数据，它必须控制鼠标产生时钟信号。方法如下：主机首先下拉时钟线至少100μs抑制通信，然后再下拉数据线，最后释放时钟线。通过这一时序控制鼠标产生时钟信号。PS/2接口的鼠标一般工作在10KHz-

3、20KHz时钟频率，不同厂家制造的鼠标工作的时钟频率不同，推荐值在15kHz左右，也就是说，Clock（时钟脚）高、低电平的持续时间都为40μs。PS/2接口分为两种通讯模式：设备到主机的通讯、主机到设备的通讯。时序如图1-2。当时钟为高时，设备驱动数据线改变状态，在时钟信号的下降沿数据被控制器锁存。图1-3为主机到设备的通讯时序。图1-2鼠标到主机的通信时序图1-3主机到的鼠标通信时序1.3PS/2的鼠标工作模式PS/2鼠标有四种工作模式，它们分别为：Reset模式：当鼠标上电或主机发复位命令给它时，进入Reset模式；St

4、ream模式：这是鼠标的默认模式，当鼠标上电或复位完成后，鼠标自动进Stream模式，鼠标大部分就是用此模式工作；Remote模式：只有当主机发送了设置命令后，鼠标才进入Remote模式;Wrap模式：Wrap模式只用于测试鼠标与主机连接是否正确。1.4PS/2的数据帧格式鼠标在实际工作中，会把及时收到的数据状态发送给主机，让主机做出相应的动作。发送的数据包格式如图1-4所示。图1-4鼠标发送数据格式鼠标发送数据的具体方式如下：Byte1中的Bit0、Bit1、Bit2分别表示左、右、中键的状态，状态值０表示释放，１表示按下；

5、Byte2和Byte3分别表示Ｘ轴和Ｙ轴方向的移动计量值，是二进制补码值；Byte4的低四位表示滚轮的移动二进制补码值，高四位作为扩展符号位。这种数据包由带滚轮的三键三维鼠标产生，若是不带滚轮的三键鼠标，产生的数据包没有Byte4，其余的相同。数据帧格式如图1-5所示。图1-5数据帧格式2硬件相关介绍2.1PS/2接口DE2-115包含一个标准的PS/2接口，可以用来外接PS/2鼠标或键盘。图2-1给出了PS/2接口相关的原理图。图2-1PS/2接口原理图PS/2接口相关的引脚配置信息可以在图2-2中找到。图2-2PS/2接口

6、引脚配置2.2按键及拨码开关电路DE2-115提供了四个按钮开关，如图1-8所示。每个按钮开关都通过一个施密特触发器进行了去抖处理。四个施密特触发器的输出信号，分别为KEY0、KEY1、KEY2、KEY3，直接连接到了CycloneIVEFPGA。当按钮没有被按下的时候，它的输出是高电平，按下去则给出一个低电平。得益于去抖动电路，这些按钮开关适合用来给内部电路提供（模拟的）时钟信号或者复位信号。图1-8KEY电路示意图图1-9按键消抖DE2-115开发板上还有18个拨动开关，如图1-10所示。这些开关没有去抖电路，它们可以作为

7、对电平敏感的电路的输入数据。每个开关都直接连接到CycloneIVE。当拨动开关在DOWN位置（靠近开发板边缘）的时候输出为低电平，当在UP位置是输出为高电平。图1-10拨码开关电路示意图2.3LED电路DE2-115开发板共有27个直接由FPGA控制的LED.18个红色的LED位于18个拨动开关的正上方，8个绿色LED可以在按钮开关的上方找到（第九个LED位于七段数码管的中间）。每一个LED都由CycloneIVEFPGA的一个引脚直接驱动，其输出高电平则点亮LED，输出低电平LED熄灭。图1-11给出了LED和Cyclon

8、eIVEFPGA之间的连接示意图。图1-11LED电路示意图CycloneIVEFPGA到拨动开关间的详细引脚连接信息请参考附录。2.4数码管电路DE2-115配有八个七段数码管。它们被分成两组，每组四个，用来作为数字显示用。正如图1-12所示，七段数码管的每个引脚（共阳模式