基于EDA技术的PS∕2接口电路设计.pdf

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1、基于EDA技术的PS／2接口电路设计王勇1宋潇1孙孟方2(1．河南科技大学电气工程学院，河南洛阳471023；2．中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，河南洛阳471009)基金项目学术探讨i一-==二：：=：：：：==：=二=：：：=：：±：：2014隼第5期：[摘要]基于EDA技术，使用FPGA芯片和VHDL语言，设计了一种Ps／2设备接口电路。介绍了硬件连接、通信协议、设计过程及仿真结果。采用自顶向下的设计思路，充分发挥EDA技术的优势，大大缩短了设计周期。软件仿真及硬件调试表明，设计中的各个模块之间能够正确地传送数据，性能稳定，达到了预期目标

2、。[关键字]Ps／2接口；FPGA；VHDL；通信协议1．引言PS／2作为常用的人机接口，在嵌入式系统中有着广泛应用。例如PS／2键盘内含自动去抖功能，软硬件开发简便，价格便宜，通用性强Ⅲ。基于FPGA的EDA技术在近些年发展迅速，正逐渐成为电子系统设计的主流，设计人员利用它可以设计出自定义功能的专用集成电路，缩短了开发周期，降低了开发成本。FPGA还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件功能可以像软件一样通过编程来修改。vHDL主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口，除了含有具有硬件特征的语句外，其语言形式、描述风格与句法类似于一般

3、的计算机高级语言。ⅦDL程序的结构特点是将一项工程设计分成外部接口部分和内部结构部分，一旦内部开发完成，其它的设计可以直接调用这个实体。因此采用ⅧDL硬件描述编程语言，在FPGA系统中嵌入PS／2设备接口电路，在产品开发中是可行和必要的。2．PS／2接口及通信协议2．1PS／2接口物理上的PS／2接口有两种连接类型，即5脚的D烈和6脚的MINI．DIN。实质上，这两种类型都只有4个脚有意义，它们分别是1脚数据(data)、3脚电源地(GND)、4脚电源(VCC)和5脚时钟(clk)。在PS／2设备与主机的物理连接上只要保证这四根线一一对应即可。PS／2

4、设备靠主机提供+5V电源，另外两个脚clk和da协都是集电极开路的，需要在外围硬件设计上进行上拉，相应电路如图l所示。图lPS，2接口外围硬件电路2．2通信协议Ps／2接口遵循一种双向同步串行通信协议。Ps／2设备可以发送数据到主机，主机也可以发送数据到Ps／2设备，主机在总线上有优先控制权，它可以在任何时候抑制来自于PS／2设备的通信。PS／2设备发送到主机的数据在时钟信号的下降沿被读取：主机发送到PS／2设备的数据在上升沿被读取。不管通信的方向怎样，PS／2设备总是产生时钟信号，最大的时钟频率是33KHz，一般设计为15KHz左右。通信数据安排在字

5、节中，每个字节为一帧，包含了11或12位，如图2所示。其中第1位是起始位(低有效)，紧跟8个数据位(低位在前)，第10位为校验位(奇校验)，第11位为停止位(高有效)，第12位为应答位(仅用在主机对设备的通信中)。若数据中包含偶数个“1”，校验位置“l”；若数据中包含奇数个“l”，校验位置“0”。数据位中“1”的个数加上校验位为奇数，这可用来检测传输过程是否有错。当主机发送数据给PS／2设备时，设备回送一个信号来应答数据包，表示已经收到，该位不会出现在设备发送数据到主机的过程中。下面以设备到主机的数据传输过程为例阐述PS／2的通信过程m，。当PS／2设

6、备等待发送数据时，它首先检查时钟以确认它是否为高电平，如果不是，则说明主机抑制了通信，设备必须缓冲任何要发送的数据直到重新获得总线的控制权；如果时钟此时为高电平，设备则可以传送数据。每位在时钟的下降沿被主机读入，通信时序如图2所示。当时钟为高时，数据线作者简介：王勇，男，河南淮滨人，硕士，讲师，研究方向：应用电子电路开发与设计。基金项目：河南省教育厅科学技术研究重点项目，项目编号：14A510003；河南省教育厅自然科学研究项目，项目编号：13A510263。一33．学术探讨基金项目2014隼第5明改变状态，在时钟信号下降沿，数据被锁存。从时钟脉冲的上

7、升沿到一个数据传送的时间至少需要5LIs。数据变化到时钟脉冲的下降沿的时间也至少需要5us，这个定时应该严格遵循。在停止位发送后，设备在发送下一帧数据前至少应该等待50ms，这是因为主机在处理接收字节时抑制了发送。图2Ps／2设备到主机通信时序2．3PS／2设备返回值介绍PS／2设备(以键盘为例)的处理器如果发现有键被按下或释放将发送扫描码信息到主机。扫描码有两种不同的类型：通码和断码。当某键被按下则发送通码，当该键被释放则发送断码，每个按键被分配了唯一的通码和断码。这样主机通过查找扫描码就可以识别按键。一整套的通断码组成了扫描码集，目前常用的有三套标

8、准的扫描码集，现代的Ps／2键盘几乎均默认使用第二套扫描码。设计者不用总是通过查表来找出按键的