基于FPGA的PS2鼠标接口设计方法及其应用.pdf

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1、基于FPGA的PS2鼠标接口设计方法及其应用王小明2007.4.10电话：13510618289邮箱：wang.x_m@163.com【摘要】利用现场可编程逻辑器件FPGA接收处理PS/2接口鼠标输入信息，并用VGA作为输出设备，显示当前鼠标状态及位置。【关键词】现场可编程逻辑器件，FPGA，PS/2，状态机。1.引言当前嵌入式系统技术已得到了广泛应用，但传统嵌入式系统的人机接口多采用小键盘操作的文本菜单方式，用户操作较为不便。本设计利用FPGA实现对PS/2接口鼠标的控制，并在以VGA作为输出设备的单片机系统上初步实现图形化用户界面的方案。具有成本低、效果好等特点

2、，具有很强的实用性。FPGA现场可编程门阵列（FieldProgrammableGateArray）是20世纪80年代中期出现的高密度可编程逻辑器件。FPGA及其软件系统是开发数字电路的最新技术。他利用EDA技术，以电路原理图、硬件描述语言、状态机等形式输入设计逻辑；他提供功能模拟、时序仿真等模拟手段，在功能模拟和时序仿真度满足要求后，经过一系列的变换，将输入逻辑转换成FPGA器件的编程文件，以实现专用集成电路。本设计选用Altera公司推出的CycloneII系列的EP2C5T144C8现场可编程门陈列来设计PS/2接口，体积减小，可靠性提高。2.PS/2接口和协

3、议2.1.接口的物理特性PS/2接口用于许多现代的鼠标和键盘，由ＩＢＭ最初开发和使用。物理上的PS/2接口有两种类型的连接器：５脚的DIN和６脚的MINI－DIN。图１就是两种连接器的引脚定义。使用中，主机提供＋５Ｖ电源给鼠标，鼠标的地连接到主机电源地上。图1PS/2接口连接器引脚定义2.2.接口协议原理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

4、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。当鼠标检测到这个时序状态，会在１０ｍｓ内产生时钟信号。如图３中(Ａ)时序段。主机和鼠标之间，传输数据帧的时序如图２、图３所示。图2鼠标到主机传输时序图3主机到鼠标的传输时序2.3.PS/2鼠标的工作模式和协议数据包格式2.3.1.PS/2鼠标的四种工作模式PS/2鼠标的四种工作模式是：Reset模式，当鼠标上电或主机发复位命令(0xFF)给它时进入这种模式；Stream模式　鼠

5、标的默认模式，当鼠标上电或复位完成后，自动进入此模式，鼠标基本上以此模式工作；Remote模式，只有在主机发送了模式设置命令(0xF0)后，鼠标才进入这种模式；Wrap模式，这种模式只用于测试鼠标与主机连接是否正确。2.3.2.数据包结构PS/2鼠标在工作过程中，会及时把它的状态数据发送给主机。发送的数据包格式如表１所示。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。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计量值，也是二进制补码值，高四位作为扩展符

6、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。3.VGA信号时序图4所示是计算机VGA（640×480，60Hz）图像格式的信号时序图，其点时钟DCLK为25．175MHz，场频为59．94Hz。图中，Vsync为场同步信号，场周期Tvsync为16．683ms，每场有525行，其中480行为有效显示行，45行为场消隐期。场同步信号Vs每场有一个脉冲，该脉冲的低电平宽度twv为63μs（2行）。场消隐期包括场同步时间twv、场消隐前肩tHV（13行）、场消隐后肩tVH（30行），共45行。行周期THSYNC

7、为31．78μs，每显示行包括800点，其中640点为有效显示，160点为行消隐期（非显示区）。行同步信号Hs每行有一个脉冲，该脉冲的低电平宽度tWH为3．81μs（即96个DCLK）；行消隐期包括行同步时间tWH，行消隐前肩tHC（19个DCLK）和行消隐后肩tCH（45个DCLK），共160个点时钟。复合消隐信号是行消隐信号和场消隐信号的逻辑与，在有效显示期复合消隐信号为高电平，在非显示区域它是低电平。图4VGA显示驱动时序4.设计实现4.1.实现功能1、用FPGA实现PS/2鼠标接口。2、鼠标左键按下时十字形鼠标图象的中间方块改变颜色，右按下时箭头改变颜色