畢業(yè)設(shè)計(jì)--ps2鍵盤鼠標(biāo)識(shí)別器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文)</p><p>　　學(xué) 院： 信息工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 通信工程 </p><p>　　題 目： PS/2鍵盤鼠標(biāo)識(shí)別器的設(shè)計(jì) </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明

2、書（論文）中文摘要</p><p>　鍵盤是嵌入式系統(tǒng)的最重要的輸入設(shè)備之一，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的重要途徑，設(shè)計(jì)者除了可以自行設(shè)計(jì)掃描式矩陣鍵盤之外，還可以選擇標(biāo)準(zhǔn)PS/2鍵盤實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。標(biāo)準(zhǔn)PS/2鍵盤由于接口通信協(xié)議簡(jiǎn)單，在系統(tǒng)中占用軟硬件資源少，高可靠性，表達(dá)信息量大而得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。PS/2接口作為傳統(tǒng)的鼠標(biāo)鍵盤接口已經(jīng)被大部分人所熟知，雖然隨著USB接口鍵鼠的普及，絕大多數(shù)PC用戶均選擇了USB的

3、鍵鼠，但目前主流PC中依舊保留了PS/2鍵鼠的接口，由于PS/2接口實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，使用方便的特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域如工控機(jī)等仍舊采用PS/2接口來(lái)完成基本的人機(jī)交互。本文分析了當(dāng)前市場(chǎng)上主流PS/2鍵盤鼠標(biāo)的工作協(xié)議，闡述了PS/2接口鍵盤識(shí)別器的工作原理。關(guān)鍵詞 嵌入式系統(tǒng) PS/2鍵盤鼠標(biāo) 矩陣鍵盤 通信協(xié)議</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）外文摘要</p><p><b

4、>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　1.1 選題的背景1</p><p>　　1.2 課題研究的目的和意義2</p>&l

5、t;p>　　1.3 PS/2的現(xiàn)狀與發(fā)展3</p><p>　　第2章 PS/2鼠標(biāo)、鍵盤協(xié)議4</p><p>　　2.1 PS/2的物理接口 4</p><p>　　2.2 PS/2鍵盤鼠標(biāo)協(xié)議4</p><p>　　2.3 設(shè)備到主機(jī)的通訊過(guò)程5</p><p>　　2.4 主機(jī)到設(shè)備的通訊7&

6、lt;/p><p>　　2.5 本章小結(jié) 9</p><p>　　第3章 PS/2鍵盤接口設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1 PS/2鍵盤接口特性10</p><p>　　3.1.1 PS/2鍵盤接口概述10</p><p>　　3.1.2 掃描碼10</p><p>　　3.1.3 通

7、碼斷碼和機(jī)打重復(fù)率10</p><p>　　3.2 硬件接口設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.2.1 單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)11</p><p>　　3.2.2 單片機(jī)的發(fā)展12</p><p>　　3.2.3 單片機(jī)AT89C51的特性12</p><p>　　3.2.4 硬件電路圖16</p>

8、<p>　　3.3 軟件程序設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.3.1 單片機(jī)與鍵盤間的PS/2通信程序的設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.3.2 鍵盤鍵盤初始化程序19</p><p>　　3.4 本章小結(jié)20</p><p>　　第4章 PS/2鼠標(biāo)接口設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.1 PS/

9、2鼠標(biāo)接口特性21</p><p>　　4.1.1 輸入、分辨率和縮放比例21</p><p>　　4.1.2 位移數(shù)據(jù)包21</p><p>　　4.1.3 PS/2鼠標(biāo)工作模式22</p><p>　　4.1.4 PS/2鼠標(biāo)的數(shù)據(jù)傳送幀過(guò)程詳解22</p><p>　　4.2 單片機(jī)和PS/2鼠標(biāo)的硬件

10、接口23</p><p>　　4.3 PS/2鼠標(biāo)的軟件設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.4 本章小結(jié)25</p><p><b>　　總 結(jié)26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p><b>　　致謝28</

11、b></p><p><b>　　附錄29</b></p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 選題的背景</b></p><p>　　PS/2接口是計(jì)算機(jī)發(fā)展到一定階段的一種接口規(guī)范，是1987年，IBM推出的鍵盤接口標(biāo)準(zhǔn)

12、，支持雙向串行通訊協(xié)議。鍵盤和鼠標(biāo)上的口是Male（公的），稱為Plug（插頭）。主板上的接口是Female（母的），稱為Socket（插座）。因此，這兩個(gè)就分別是Plug Socket，簡(jiǎn)稱PS而已，又因?yàn)槠渲С蛛p向通信協(xié)議，故稱為PS/2接口。PS/2是在較早電腦上常見(jiàn)的接口之一，用于鼠標(biāo)、鍵盤等設(shè)備。一般情況下，PS/2接口的鼠標(biāo)為綠色，鍵盤為紫色。以前完全開(kāi)放的PC標(biāo)準(zhǔn)讓IBM覺(jué)得利益受了損失。所以IBM設(shè)計(jì)了PS/2這種電腦，

13、目的是重新定義PC標(biāo)準(zhǔn)，不再采用開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的方式。在這種電腦上IBM使用了新型MCA總線，新的OS/2操作系統(tǒng)。PS/2電腦上使用的鍵盤鼠標(biāo)接口就是現(xiàn)在的PS/2接口。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)不開(kāi)放，PS/2電腦在市場(chǎng)中失敗了。只有PS/2接口一直沿用到今天[1]。</p><p>　　PS/2設(shè)備接口用于許多的現(xiàn)代的鼠標(biāo)和鍵盤，它是由IBM開(kāi)發(fā)并且最初出現(xiàn)在IBM技術(shù)參考手冊(cè)里。標(biāo)準(zhǔn)PS/2鍵盤由于接口通信協(xié)議簡(jiǎn)單，在系統(tǒng)中占用

14、的軟硬件資源少，可靠性高，表達(dá)信息量大而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[2]。</p><p>　　目前，在嵌入式智能儀器儀表中，常用LCD加鍵盤實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口，在實(shí)際應(yīng)用中人機(jī)界面需要顯示漢字，筆者從事的一個(gè)電力保護(hù)項(xiàng)目中還需要輸入并保存漢字以標(biāo)注線路號(hào)的信息，如果用簡(jiǎn)單的控制鍵盤實(shí)現(xiàn)英文甚至漢字的輸入，則程序比較復(fù)雜，筆者考慮到PC上用的標(biāo)準(zhǔn)PS/2鍵盤，可通過(guò)簡(jiǎn)單的接口實(shí)現(xiàn)與MCU的連接，利用成熟且普及的PC鍵盤，可實(shí)

15、現(xiàn)復(fù)雜的輸入，對(duì)于MCU并不占用很多口線，甚至口線復(fù)用，可僅在需要輸入時(shí)再接上鍵盤，是一種廉價(jià)的鍵盤解決方案。</p><p>　　鍵盤是嵌入式系統(tǒng)的重要的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的重要的手段之一，隨著標(biāo)準(zhǔn)PS/2鍵盤急速成熟和價(jià)格不斷下降，在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，用標(biāo)準(zhǔn)PS/2鍵盤取代自制簡(jiǎn)易的掃描式矩陣式鍵盤稱為可能[3]。在單片機(jī)系統(tǒng)中，經(jīng)常使用的鍵盤都是專用鍵盤。此類鍵盤為單獨(dú)設(shè)計(jì)制作的，成本高，使用硬件連

16、接線多，而且可靠性不高，這一狀況在那些要求鍵盤按鍵較多的應(yīng)用系統(tǒng)中更為突出。與此相比，在PC系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用PS/2鍵盤具有價(jià)格低，通用可靠而且連接線少（僅使用2根信號(hào)線）的特點(diǎn)，并且可滿足多種系統(tǒng)的要求。因此在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用PS/2鍵盤是一種很好的選擇。</p><p>　　1.2 課題研究的目的和意義</p><p>　　PS/2接口是輸入裝置接口，而不是傳輸接口。所以PS/2口根本沒(méi)

17、有傳輸速率的概念，只有掃描速率。在Windows環(huán)境下，PS/2鼠標(biāo)的采樣率默認(rèn)為60次/秒，USB鼠標(biāo)的采樣率為120次/秒。較高的采樣率理論上可以提高鼠標(biāo)的移動(dòng)精度。PS/2接口設(shè)備不支持熱插拔，強(qiáng)行帶電插拔有可能燒毀主板。</p><p>　　PS/2可以與USB接口互轉(zhuǎn)，即PS/2接口設(shè)備可以轉(zhuǎn)成USB，USB接口設(shè)備也可以轉(zhuǎn)成PS/2。早期，在PS/2鍵盤中，包含了一個(gè)嵌入式的微控制器(如InDl，80

18、48系列)，以用來(lái)執(zhí)行各項(xiàng)的工作并減少整個(gè)系統(tǒng)工作中的負(fù)擔(dān)。微控制器所要作的工作就是監(jiān)測(cè)所有的按鍵，以及當(dāng)按鍵被按下或放開(kāi)時(shí)，就回報(bào)給主機(jī)。</p><p>　　在單片機(jī)的嵌入式應(yīng)用中，有時(shí)需要輸入較多的參數(shù)，來(lái)完成程序或數(shù)據(jù)參數(shù)的設(shè)定操作，在對(duì)信息安全要求較高的場(chǎng)所（比如銀行系統(tǒng)的一些智能設(shè)備），有時(shí)需要輸入一些敏感的數(shù)字或字母資料，有十多個(gè)按鍵的位置及常規(guī)輸入設(shè)備由于很容易被別人看到操作作者按按鍵的位置及順序

19、從而使得數(shù)據(jù)失密。PS/2接口的鼠標(biāo)是被現(xiàn)代個(gè)人微機(jī)廣泛采用的外部定點(diǎn)輸入設(shè)備，它易于操作而且價(jià)格廉價(jià)。如果能夠利用PS/2鼠標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)接口特性，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一個(gè)PS/2接口作為系統(tǒng)的輸入設(shè)備，不僅占用資源少，成本低而且操作簡(jiǎn)單，同時(shí)具有保密性好的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　1.3 PS/2的現(xiàn)狀與發(fā)展</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)工業(yè)的發(fā)展，作為計(jì)算機(jī)最常用輸入設(shè)備的鍵盤也日新

20、月異。1981年IBM推出了IBM PC/XT鍵盤及其接口標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了83鍵，采用5腳DIN連接器和簡(jiǎn)單的串行協(xié)議。實(shí)際上，第一套鍵盤掃描碼集并沒(méi)有主機(jī)到鍵盤的命令。為此，1984年IBM推出了IBM AT鍵盤接口標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了84-101鍵，采用5腳DIN連接器和雙向串行通訊協(xié)議，此協(xié)議依照第二套鍵盤掃描碼集設(shè)有8個(gè)主機(jī)到鍵盤的命令。到了1987年，IBM又推出了PS/2鍵盤接口標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)仍舊定義了84-101鍵，但是采用

21、6腳mini-DIN連接器，該連接器在封裝上更小巧，仍然用雙向串行通訊協(xié)議并且提供有可選擇的第三套鍵盤掃描碼集，同時(shí)支持17個(gè)主機(jī)到鍵盤的命令?，F(xiàn)在，市面上的鍵盤都和PS/2及AT鍵盤兼容，只是功能不同而已。一般，具有五腳連接器的鍵盤稱之為AT鍵盤，而具有六腳mini-DIN連接器的鍵盤則稱之為PS/2鍵盤。其實(shí)這兩種連接器都只有四個(gè)腳有意義。它們分別是Clock(時(shí)鐘腳)、DATA(數(shù)據(jù)腳)、+5V(電源腳)和Ground(電源地)。

22、在PS/2鍵盤與PC機(jī)的物理連接上只要保證這四根線一一對(duì)應(yīng)就可</p><p>　　PS/2接口是一種PC兼容電腦系統(tǒng)上的接口，可以用來(lái)鏈接鍵盤及鼠標(biāo)。PS/2的命名來(lái)自于1987年IBM所推出的個(gè)人電腦：PS/2系列。PS/2鼠標(biāo)連接通常用來(lái)取代舊式的串行鼠標(biāo)接口（DB -9 RS-232）；而PS/2鍵盤連接則是用來(lái)取代為IBM PC/AT所設(shè)計(jì)的大型5-pin DIN接口。PS/2的鍵盤及鼠標(biāo)接口在電氣特性

23、上十分相似，其中主要的差別在于鍵盤接口需要雙向溝通。在早期如果對(duì)調(diào)鍵盤和鼠標(biāo)的插槽，大部分的臺(tái)式機(jī)主板將不能識(shí)別出鍵盤及鼠標(biāo)?，F(xiàn)在已經(jīng)沒(méi)有關(guān)系了[4]。目前PS/2接口已經(jīng)慢慢的被USB所取代，只有少部分的臺(tái)式機(jī)仍然提供PS/2接口。有些鼠標(biāo)可以使用轉(zhuǎn)換器將接口由USB轉(zhuǎn)換成PS/2，亦有可以從USB分接成鍵盤鼠標(biāo)用PS/2接口的轉(zhuǎn)接線。PS/2接口不支持熱插拔。</p><p>　　可以說(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“

24、電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用

25、領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開(kāi)發(fā)者搞出來(lái)的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。</p><p>　　第2章 PS/2鼠標(biāo)、鍵盤協(xié)議</p&g

26、t;<p>　　2.1 PS/2的物理接口</p><p>　　物理上的PS/2端口是兩類連接器中的一種：5腳的DIN或6腳的Mini-DIN。這兩種連接器（在電氣特性上）是十分類似的，實(shí)際上兩者只有一點(diǎn)不同那就是管腳的排列。這就意味著這兩類連接器可以很容易用一種簡(jiǎn)單的硬件連線的適配器來(lái)轉(zhuǎn)換。這種適配器大約每個(gè)值6美元，或者你可以根據(jù)任意兩種連接器的對(duì)應(yīng)管腳關(guān)系做你自己的適配器。DIN標(biāo)準(zhǔn)是由德國(guó)標(biāo)

27、準(zhǔn)化組織（Deutsches Institut Fuer Norm）建立的。</p><p>　　PC鍵盤可以有6腳的mini-DIN或5腳的DIN連接器[6]。如果你的鍵盤是6腳的mini-DIN而你的計(jì)算機(jī)是5腳的DIN（或者相反），這兩類連接器可以用上面提到的適配器來(lái)兼容。具有6腳mini-DIN的鍵盤通常被叫做“PS/2”鍵盤，而那些有5腳DIN叫做“AT”設(shè)備（“XT”鍵盤也使用5腳DIN，但它們非常古

28、老并且多年前就不生產(chǎn)了）。所有現(xiàn)代的為PC建造的鍵盤不是PS/2，AT就是USB的。這篇文章不適用于USB，設(shè)備它們使用了一種完全不同的接口。</p><p>　　鼠標(biāo)流行著大量的形狀和大小（和接口），最流行的類型可能算是PS/2鼠標(biāo)，現(xiàn)在USB鼠標(biāo)漸漸開(kāi)始流行起來(lái)了。串行鼠標(biāo)同樣非常流行，但計(jì)算機(jī)工業(yè)放棄了它們轉(zhuǎn)而支持USB和PS/2設(shè)備。</p><p>　　每種連接器的引腳定義如下所

29、示</p><p>　　圖2-1 5腳DIN連接器</p><p>　　圖2-2 6腳DIN連接器</p><p>　　2.2 PS/2鍵盤鼠標(biāo)協(xié)議</p><p>　　在剛才提到連接器上有四個(gè)有趣的管腳；電源地、5V、數(shù)據(jù)和時(shí)鐘。Host（計(jì)算機(jī)）提供+5V，并且鍵盤/鼠標(biāo)的地連接到host的電源地上。數(shù)據(jù)和時(shí)鐘都是集電極開(kāi)路的，這就意味著

30、它們通常保持高電平而且很容易下拉到地（邏輯0）。任何你連接到PS/2鼠標(biāo)、鍵盤或host的設(shè)備在時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線上要有一個(gè)大的上拉電阻。置“0” 就把線拉低，置“1”就讓線上浮成高電平。（注意：如果你打算使用象PIC這樣的微控制器，由于它們的I/O管腳是雙向的，你可以跳過(guò)晶體管和緩沖門，并且通用同一個(gè)管腳進(jìn)行輸入和輸出。在這種組態(tài)情況下，要設(shè)置管腳為輸入就寫入1使得電阻上拉線上的電平，要改變管腳為輸出就寫入0到那個(gè)管腳，把線路下拉到地。）&

31、lt;/p><p>　　PS/2鼠標(biāo)和鍵盤履行一種雙向同步串行協(xié)議。換句話說(shuō)，每次數(shù)據(jù)線上發(fā)送一位數(shù)據(jù)并且每在時(shí)鐘線上發(fā)一個(gè)脈沖就被讀入。鍵盤、鼠標(biāo)可以發(fā)送數(shù)據(jù)到主機(jī)，而主機(jī)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)到設(shè)備，但主機(jī)總是在總線上有優(yōu)先權(quán)，它可以在任何時(shí)候抑制來(lái)自于鍵盤/鼠標(biāo)的通訊，只要把時(shí)鐘拉低即可。</p><p>　　從鍵盤、鼠標(biāo)發(fā)送到主機(jī)的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘信號(hào)的下降沿（當(dāng)時(shí)鐘從高變到低的時(shí)候）被讀??；從主機(jī)

32、發(fā)送到鍵盤、鼠標(biāo)的數(shù)據(jù)在上升沿（當(dāng)時(shí)鐘從低變到高的時(shí)候）被讀取。不管通訊的方向怎樣，鍵盤、鼠標(biāo)總是產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。如果主機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)，它必須首先告訴設(shè)備開(kāi)始產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)（這個(gè)過(guò)程在下一章節(jié)中被描述）最大的時(shí)鐘頻率是 33KHZ，而且大多數(shù)設(shè)備工作在10-20KHZ。如果你要制作一個(gè)PS/2設(shè)備，我推薦你把頻率控制在15KHZ左右。這就意味著時(shí)鐘應(yīng)該是高40微秒低40微秒。</p><p>　　所有數(shù)據(jù)安排在字節(jié)中，

33、每個(gè)字節(jié)為一幀，包含了11-12個(gè)位。這些位的含義如下：</p><p>　　表2-1 數(shù)據(jù)幀格式說(shuō)明</p><p>　　如果數(shù)據(jù)位中包含偶數(shù)個(gè)1,校驗(yàn)位就會(huì)置1；如果數(shù)據(jù)位中包含奇數(shù)個(gè)1，校驗(yàn)位就會(huì)置0。數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)加上校驗(yàn)位總是為奇數(shù)（這就是奇校驗(yàn)）這是用來(lái)進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)的。</p><p>　　當(dāng)主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)給鍵盤、鼠標(biāo)時(shí)，設(shè)備回送一個(gè)握手信號(hào)來(lái)應(yīng)答數(shù)據(jù)包

34、已經(jīng)收到。這個(gè)位不會(huì)出現(xiàn)在設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到主機(jī)的過(guò)程中。</p><p>　　2.3 設(shè)備到主機(jī)的通訊過(guò)程</p><p>　　數(shù)據(jù)和時(shí)鐘線都是集電極開(kāi)路結(jié)構(gòu)（正常保持高電平）。當(dāng)鍵盤或鼠標(biāo)等待發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它首先檢查時(shí)鐘以確認(rèn)它是否是高電平。如果不是，那么是主機(jī)抑制了通訊，設(shè)備必須緩沖任何要發(fā)送的數(shù)據(jù)直到重新獲得總線的控制權(quán)（鍵盤有16字節(jié)的緩沖區(qū)，而鼠標(biāo)的緩沖區(qū)僅存儲(chǔ)最后一個(gè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)包

35、）。如果時(shí)鐘線是高電平，設(shè)備就可以開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)。</p><p>　　如我在上一節(jié)提及的，鍵盤和鼠標(biāo)使用一種每幀包含11位的串行協(xié)議[7]。這些位含義是：</p><p>　　表2-2 數(shù)據(jù)幀格式說(shuō)明</p><p>　　每位在時(shí)鐘的下降沿被主機(jī)讀入，如圖2-3：</p><p>　　圖2-3：設(shè)備到主機(jī)</p><p&g

36、t;　　當(dāng)時(shí)鐘為高時(shí)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)線改變狀態(tài)，在時(shí)鐘信號(hào)的下降沿?cái)?shù)據(jù)被控制器鎖存。</p><p>　　時(shí)鐘頻率為10—16.7KHZ，從時(shí)鐘脈沖的上升沿到一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變的時(shí)間至少要有5微秒。數(shù)據(jù)變化到時(shí)鐘脈沖的下降沿的時(shí)間至少要有5微秒并且不大于25微秒。這個(gè)定時(shí)非常重要。主機(jī)可以在第11個(gè)時(shí)鐘脈沖（停止位）之前把線拉低，導(dǎo)致設(shè)備放棄發(fā)送當(dāng)前字節(jié)（這是非常罕見(jiàn)的）。在停止位發(fā)送之后，設(shè)備在發(fā)送下個(gè)包前至少應(yīng)該等待

37、50毫秒。這將給主機(jī)時(shí)間當(dāng)它處理接收到的字節(jié)時(shí)抑制發(fā)送（主機(jī)在收到每個(gè)包時(shí)，通常自動(dòng)做這個(gè)）。在主機(jī)釋放抑制后，設(shè)備至少應(yīng)該在發(fā)送任何數(shù)據(jù)前等50毫秒。</p><p>　　按下面的過(guò)程發(fā)送一個(gè)單一字節(jié)從PS/2到主機(jī)：</p><p>　?。?）檢測(cè)時(shí)鐘線電平，如果時(shí)鐘線為低，則延時(shí)50微秒；</p><p>　　檢測(cè)判斷時(shí)鐘信號(hào)是否為高，為高，則向下執(zhí)行，為低，

38、則轉(zhuǎn)到（1）；</p><p>　?。?）檢測(cè)數(shù)據(jù)線是否為高，如果為高則繼續(xù)執(zhí)行，如果為低，則放棄發(fā)送（此時(shí)PC機(jī)在向PS/2設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，所以PS/2設(shè)備要轉(zhuǎn)移到接收程序處接收數(shù)據(jù)）；</p><p>　?。?）延時(shí)20微秒（如果此時(shí)正在發(fā)送起始位，則應(yīng)延時(shí)40微秒）；</p><p>　　（4）輸出起始位(0)到數(shù)據(jù)線上。這里要注意的是：在送出每一位后都要檢測(cè)時(shí)

39、鐘線，以確保PC機(jī)沒(méi)有抑制PS/2設(shè)備，如果有則中止發(fā)送；</p><p>　?。?）輸出8個(gè)數(shù)據(jù)位到數(shù)據(jù)線上；</p><p><b>　?。?）輸出校驗(yàn)位；</b></p><p>　?。?）輸出停止位（1）；</p><p>　?。?）延時(shí)30微秒（如果在發(fā)送停止位時(shí)釋放時(shí)鐘信號(hào)則應(yīng)延時(shí)50微秒）；</p&g

40、t;<p>　　按如下的過(guò)程發(fā)送單個(gè)位：</p><p>　?。?）準(zhǔn)備數(shù)據(jù)位（將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)位放到數(shù)據(jù)線上）</p><p><b>　?。?）延遲20微秒</b></p><p><b>　?。?）把時(shí)鐘拉低</b></p><p><b>　?。?）延遲40微秒<

41、;/b></p><p><b>　?。?）釋放時(shí)鐘</b></p><p><b>　?。?）延遲20微秒</b></p><p>　　2.4 主機(jī)到設(shè)備的通訊</p><p>　　被發(fā)送的包有點(diǎn)不同于主機(jī)到設(shè)備通訊過(guò)程。首先，PS/2設(shè)備總是產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。如果主機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)，它必須首先把時(shí)

42、鐘和數(shù)據(jù)線設(shè)置為“請(qǐng)求發(fā)送”狀態(tài)，如下示：</p><p>　　1）通過(guò)下拉時(shí)鐘線至少100微秒來(lái)抑制通訊。</p><p>　　2）通過(guò)下拉數(shù)據(jù)線來(lái)應(yīng)用“請(qǐng)求發(fā)送”然后釋放時(shí)鐘。</p><p>　　設(shè)備應(yīng)該在不超過(guò)10毫秒的間隔內(nèi)就要檢查這個(gè)狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備檢測(cè)到這個(gè)狀態(tài)，它將開(kāi)始產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，并且時(shí)鐘脈沖標(biāo)記下輸入八個(gè)數(shù)據(jù)位和一個(gè)停止位。主機(jī)僅當(dāng)時(shí)鐘線為低的時(shí)候改

43、變數(shù)據(jù)線，而數(shù)據(jù)在時(shí)鐘脈沖的上升沿被鎖存。當(dāng)發(fā)生在設(shè)備到主機(jī)通訊的過(guò)程中時(shí)正好相反。</p><p>　　在停止位發(fā)送后，設(shè)備要應(yīng)答接收到的字節(jié)，就把數(shù)據(jù)線拉低并產(chǎn)生最后一個(gè)時(shí)鐘脈沖。如果主機(jī)在第11個(gè)時(shí)鐘脈沖后不釋放數(shù)據(jù)線，設(shè)備將繼續(xù)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖直到數(shù)據(jù)線被釋放（然后設(shè)備將產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤）。</p><p>　　主機(jī)可以在第11個(gè)時(shí)鐘脈沖（應(yīng)答位）前中止一次傳送，只要下拉時(shí)鐘線至少100微

44、秒。</p><p>　　要使得這個(gè)過(guò)程易于理解，主機(jī)必須按下面的步驟發(fā)送數(shù)據(jù)到PS/2設(shè)備：</p><p>　?。?）把時(shí)鐘線拉低至少100微秒</p><p>　?。?) 把數(shù)據(jù)線拉低</p><p><b>　?。?) 釋放數(shù)據(jù)線</b></p><p>　?。?) 等待設(shè)備把時(shí)鐘線拉低&

45、lt;/p><p>　?。?) 設(shè)置/復(fù)位數(shù)據(jù)線發(fā)送第一個(gè)數(shù)據(jù)位</p><p>　　（6) 等待設(shè)備把時(shí)鐘拉高 </p><p>　?。?) 等待設(shè)備把時(shí)鐘拉低</p><p>　?。?) 重復(fù)5-7步 發(fā)送剩下的7個(gè)數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位</p><p><b>　?。?) 釋放數(shù)據(jù)線</b><

46、/p><p>　?。?0)等待設(shè)備把數(shù)據(jù)線拉低</p><p>　?。?1)等待設(shè)備把時(shí)鐘線拉低</p><p>　　（12） 等待設(shè)備釋放數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線。</p><p>　　圖2-4用圖形表示，圖2-5以單獨(dú)的時(shí)序表示了由主機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)及由PS/2設(shè)備產(chǎn)生的信號(hào)。注意應(yīng)答位時(shí)序的改變，數(shù)據(jù)的改變發(fā)生在時(shí)鐘線為高的時(shí)候，不同于其它11位是當(dāng)它為

47、低的時(shí)候。</p><p>　　圖2-4 主機(jī)到設(shè)備的通信</p><p>　　圖2-5 主機(jī)到設(shè)備通訊的詳細(xì)過(guò)程</p><p>　　圖3-5描述了兩個(gè)重要的定時(shí)條件（a）和（b）。（a）在主機(jī)最初把數(shù)據(jù)線拉低后，設(shè)備開(kāi)始產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖的時(shí)間，必須不大于15毫秒；（b）數(shù)據(jù)包被發(fā)送的時(shí)間必須不大于2ms。如果這兩個(gè)條件不滿足，主機(jī)將產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤。在包收到后，主機(jī)為了

48、處理數(shù)據(jù)立刻把時(shí)鐘線拉低來(lái)抑制通訊。如果主機(jī)發(fā)送的命令要求有一個(gè)回應(yīng)，這個(gè)回應(yīng)必須在主機(jī)釋放時(shí)鐘線后20毫秒之內(nèi)被收到。如果沒(méi)有收到，則主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤。在設(shè)備到主機(jī)通訊的情況中，時(shí)鐘改變后的5微秒內(nèi)不應(yīng)該發(fā)生數(shù)據(jù)改變的情況。</p><p>　　如果要仿真一個(gè)鼠標(biāo)或鍵盤，則按如下的過(guò)程從主機(jī)讀入數(shù)據(jù)：</p><p>　　在你的主程序中，至少每10毫秒檢測(cè)數(shù)據(jù)線是否為低，如果數(shù)據(jù)線已被主

49、機(jī)拉低，則從主機(jī)讀取一個(gè)字節(jié)。</p><p>　?。?）等待時(shí)鐘線為高電平； </p><p>　?。?）判斷數(shù)據(jù)線是否為低，為高則錯(cuò)誤退出，否則繼續(xù)執(zhí)行；</p><p>　?。?）讀地址線上的數(shù)據(jù)內(nèi)容，共8個(gè)Bit，每讀完一個(gè)位，都應(yīng)檢測(cè)時(shí)鐘線是否被PC機(jī)拉低，如果被拉低則要中止接收 ；</p><p>　　（4）讀地址線上的校驗(yàn)位內(nèi)

50、容，1個(gè)Bit； </p><p>　?。?）讀入停止位； </p><p>　?。?）如果數(shù)據(jù)線上為0（即還是低電平），PS/2設(shè)備繼續(xù)產(chǎn)生時(shí)鐘，直到接收到1</p><p>　　且產(chǎn)生出錯(cuò)信號(hào)為止（因?yàn)橥Ｖ刮皇?，如果PS/2設(shè)備沒(méi)有讀到停止位，則表明此次傳輸出錯(cuò)）；</p><p>

51、;<b>　?。?）輸出應(yīng)答位；</b></p><p>　?。?）檢測(cè)奇偶校驗(yàn)位，如果校驗(yàn)失敗，則產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)以表明此次傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤；</p><p>　?。?）延時(shí)45微秒，以便PC機(jī)進(jìn)行下一次傳輸 [8] 。 </p><p>　　按如下次序讀取每位（8個(gè)數(shù)據(jù)位、檢驗(yàn)位和停止位）：</p><p><b>

52、;　　（1）延遲20微秒</b></p><p>　?。?）把時(shí)鐘拉低 </p><p><b>　　（3）延遲40微秒</b></p><p><b>　?。?）釋放時(shí)鐘</b></p><p><b>　　（5）延遲20微秒</b></p>&

53、lt;p><b>　　（6）讀數(shù)據(jù)線</b></p><p>　　按如下次序發(fā)送應(yīng)答位：</p><p>　?。?） 延遲15微秒</p><p><b>　?。?）把數(shù)據(jù)線拉低</b></p><p><b>　?。?）延遲5微秒</b></p><

54、p><b>　?。?）把時(shí)鐘線拉低</b></p><p><b>　　（5）延遲40微秒</b></p><p><b>　?。?）釋放時(shí)鐘線</b></p><p><b>　　（7）延遲5微秒</b></p><p><b>　　（8

55、）釋放數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　PS/2鍵盤、鼠標(biāo)協(xié)議包括物理上的連接器以及它的電氣特性。具體分為設(shè)備到主機(jī)的通訊和主機(jī)到設(shè)備的通訊。本章節(jié)還具體闡述了兩者之間的不同點(diǎn)和工作流程以及工作原理。</p><p>　　第3章 PS/2鍵盤接口設(shè)計(jì)</p><

56、;p>　　3.1 PS/2鍵盤接口特性</p><p>　　現(xiàn)今仍在使用中的絕大多數(shù)流行的鍵盤包括：USB鍵盤，它最后出現(xiàn)的鍵盤被所有新式的計(jì)算機(jī)支持（Macintosh和IBM/及其兼容機(jī)）。它們有自己相關(guān)的復(fù)雜接口并且不包含這篇文章中。IBM機(jī)器兼容鍵盤，也叫做“AT鍵盤”或“PS/2鍵盤”，所有現(xiàn)代的PC都支持這個(gè)設(shè)備。它們是最容易使用的接口，也是本文的主題。ADB鍵盤，連接到老式Macintosh系

57、統(tǒng)的Apple桌面總線。</p><p>　　3.1.1 PS/2鍵盤接口概述</p><p>　　鍵盤上包含了一個(gè)大型的按鍵矩陣，它們是由安裝在電路板上的處理器（叫做“鍵盤編碼器”）來(lái)監(jiān)視的。具體的處理器在鍵盤與鍵盤之間是多樣化的，大概好似它們基本上都做著同樣的事情：監(jiān)視哪些按鍵被按下或釋放了，并傳送適當(dāng)?shù)臅r(shí)候到主機(jī)。如果有必要，處理器處理所有的去抖動(dòng)并在它的16 字節(jié)緩沖區(qū)里緩沖數(shù)據(jù)[

58、9]。你的主板包含了一個(gè)“鍵盤控制器”負(fù)責(zé)解碼所有來(lái)自鍵盤的數(shù)據(jù)，并告訴你的軟件什么事件發(fā)生了。在主機(jī)和鍵盤之間的通訊使用IBM 的協(xié)議。</p><p><b>　　3.1.2 掃描碼</b></p><p>　　鍵盤的處理器花費(fèi)很多的時(shí)間來(lái)掃描或監(jiān)視按鍵矩陣。如果它發(fā)現(xiàn)有鍵被按下，釋放或按住，鍵盤將發(fā)送“掃描碼”的信息包到計(jì)算機(jī)。掃描碼有兩種不同的類型：“通碼”和

59、“斷碼”。當(dāng)一個(gè)鍵被按下或按住就發(fā)送通碼；當(dāng)一個(gè)鍵被釋放就發(fā)送斷碼。每個(gè)按鍵被分配了唯一的通碼和斷碼，這樣主機(jī)通過(guò)查找唯一的掃描碼就可以測(cè)定是哪個(gè)按鍵。每個(gè)鍵一整套的通斷碼組成了“掃描碼集”。有三套標(biāo)準(zhǔn)的掃描碼集，分別是第一套、第二套和第三套。所有現(xiàn)代的鍵盤默認(rèn)使用第二套掃描碼。</p><p>　　第一套掃描碼集：原始的XT掃描碼集；現(xiàn)在某些鍵盤還支持；</p><p>　　第二套掃描碼

60、集：所有現(xiàn)代鍵盤默認(rèn)的掃描碼集；</p><p>　　第三套掃描碼集：可選的PS/2掃描碼集（很少使用）；</p><p>　　3.1.3 通碼斷碼和機(jī)打重復(fù)率</p><p>　　只要一個(gè)鍵被按下，這個(gè)鍵的通碼就被發(fā)送到計(jì)算機(jī)。記住通碼只表示鍵盤上的一個(gè)按鍵，它不表示印刷在按鍵上的那個(gè)字符。這就意味著在通碼和ASCII 碼之間沒(méi)有已定義的關(guān)聯(lián)。直到主機(jī)把掃描碼翻譯

61、成一個(gè)字符或命令。雖然多數(shù)第二套通碼都只有一個(gè)字節(jié)寬，但也有少數(shù)“擴(kuò)展按鍵”的通碼是兩字節(jié)或四字節(jié)寬。這類的通碼第一個(gè)字節(jié)總是為E0h。</p><p>　　正如鍵按下通碼就被發(fā)往計(jì)算機(jī)一樣，只要鍵一釋放，斷碼就會(huì)被發(fā)送。每個(gè)鍵都有它自己唯一的通碼，它們也都有唯一的斷碼。幸運(yùn)的是，你不用總是通過(guò)查表來(lái)找出按鍵的斷碼，在通碼和斷碼之間存在著必然的聯(lián)系。多數(shù)第二套斷碼有兩字節(jié)長(zhǎng)，它們的第一個(gè)字節(jié)是F0h，第二個(gè)字節(jié)是

62、這個(gè)鍵的通碼。擴(kuò)展按鍵的斷碼通常有三個(gè)字節(jié)，它們前兩個(gè)字節(jié)是E0h，F(xiàn)0h，最后一個(gè)字節(jié)是這個(gè)按鍵通碼的最后一個(gè)字節(jié)。作為一個(gè)例子，我在下面列出了幾個(gè)按鍵的第二套通碼和斷碼：</p><p>　　表3-1 個(gè)別第二套的通碼斷碼</p><p>　　例如：通碼和斷碼是以什么樣的序列發(fā)送到你的計(jì)算機(jī)，使得字符“G”出現(xiàn)在你的字處理軟件里呢？因?yàn)檫@是一個(gè)大寫字母，需要發(fā)生這樣的事件次序：按下“S

63、hift”鍵按下“G”鍵，釋放“G”鍵，釋放“Shift”鍵。與這些時(shí)間相關(guān)的掃描碼如下“Shift”鍵的通碼（12h），“G”鍵的通碼（34h），“G”鍵的斷碼（F0h，34h），“Shift”鍵的斷碼（F0h，12h）。因此，發(fā)送到你的計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)應(yīng)該是：12h，34h ，F(xiàn)0h，34h，F(xiàn)0h，12h。</p><p>　　如果你按了一個(gè)鍵，這個(gè)鍵的通碼被發(fā)送到計(jì)算機(jī)。當(dāng)你按下并按住這個(gè)鍵，則這個(gè)鍵就變成了

64、機(jī)打，這就意味著鍵盤將一直發(fā)送這個(gè)鍵的通碼直到它被釋放或者其他鍵被按下。要想證實(shí)這點(diǎn)，只要打開(kāi)一個(gè)文本編輯器并按下“A”鍵。當(dāng)你首先按下這個(gè)鍵，字符“a ”立刻出現(xiàn)在你的屏幕上。在一個(gè)短暫的延遲后，接著出現(xiàn)一整串的“a ”直到你釋放“A ”鍵。這里有兩個(gè)重要的參數(shù)：機(jī)打延時(shí)，是第一個(gè)和第二個(gè)“a”之間的延遲：機(jī)打速率是在機(jī)打延時(shí)后每秒有多少字符出現(xiàn)你的屏幕上。機(jī)打延時(shí)的范圍可以從0.25 秒到1.00 秒；機(jī)打速率的范圍可以從2.0cp

65、s(字符每秒)到30.0cps。你可以用“Set Typematic Rate/Delay ”（0xF3）命令來(lái)改變機(jī)打速率和延時(shí)[10]。</p><p>　　機(jī)打的數(shù)據(jù)不被鍵盤所緩沖。在多個(gè)鍵被按下的情況下，只有最后一個(gè)按下的鍵變成機(jī)打。當(dāng)這個(gè)鍵被釋放時(shí)，機(jī)打重復(fù)就停止了，甚至于其他的鍵依然還按著。</p><p>　　3.2 硬件接口設(shè)計(jì) </p><p>　

66、　總體來(lái)說(shuō)本文本研究課題所設(shè)計(jì)的PS/2鍵盤鼠標(biāo)識(shí)別器是基于單片機(jī)控制的，并且是以美國(guó)ATMEL公司的AT89C51為核心。</p><p>　　3.2.1 單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)</p><p>　　單片機(jī)就是在一塊半導(dǎo)體硅片上集成了微處理器（CPU），存儲(chǔ)器（RAM,ROM,EPROM）和各種輸入、輸出接口（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，并行I/O口，串行口，A/D轉(zhuǎn)換器以及脈寬調(diào)制器PWM等），這樣一塊

67、集成電路芯片具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)的特性，因而被稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。</p><p>　　單片機(jī)主要應(yīng)用于測(cè)控領(lǐng)域，用以實(shí)現(xiàn)各種測(cè)試和控制功能。為了強(qiáng)調(diào)其控制屬性，在國(guó)際上，多把單片機(jī)稱為微控制器MCU（MicroController Unit）。由于單片機(jī)在使用時(shí)，通常是處于測(cè)控系統(tǒng)的核心地位并嵌入其中，所以，通常也把單片機(jī)稱為嵌入式控制器EMCU（Embedded MicroController Unit

68、）。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：CPU(Central Processing Unit,中央處理器)、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要與適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢也是低的，一般不超過(guò)10元即可。</

69、p><p>　　3.2.2 單片機(jī)的發(fā)展</p><p>　　早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)[11] 。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)

70、展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。隨著INTEL i960系列特別是后來(lái)的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號(hào)也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開(kāi)發(fā)和使用，大量專用的嵌入

71、式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。</p><p>　　單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)

72、[12]。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò)PC機(jī)和其他計(jì)算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。</p><p>　　3.2.3 單片機(jī)AT89C51的特性</p><p>　　AT89C系列單片機(jī)是ATMEL公司生產(chǎn)的一款標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)。其中數(shù)字9表示內(nèi)含F(xiàn)lash存儲(chǔ)器，C表示C

73、MOS工藝。AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。<

74、/p><p><b>　　1.主要性能參數(shù)</b></p><p>　　與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器；1000次擦寫周期；有10年數(shù)據(jù)保留時(shí)間；全靜態(tài)操作：0Hz－24MHz；三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；128×8字節(jié)內(nèi)部RAM；32個(gè)可編程I/O口線；2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；6個(gè)中斷源；可編程串行UART通道；低功耗空閑和掉

75、電模式；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路[13]。</p><p>　　AT89C51管腳圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 AT89C51單片機(jī)管腳圖</p><p><b>　　2.功能引腳說(shuō)明</b></p><p><b>　　VCC：電源電壓。</b></p><p&

76、gt;<b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在

77、程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，Pl口的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流ILL。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。</p>

78、<p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能

79、寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。FLASH編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　

80、　P3口除了作為一般的I/0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：</p><p>　　表3-2 引腳及其功能</p><p>　　此外，P3口還接收一些用于FLASH閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)當(dāng)8051通電，時(shí)鐘電路開(kāi)始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)2

81、4個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開(kāi)始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，</p><p>　　表3-3 8051的初始態(tài)</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序

82、存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖(PROG)。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位?？山笰LE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將A

83、LE激活，此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效[14]。</p><p>　　PSEN：程序儲(chǔ)存允許PSEN輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。</p><p>　　EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則

84、在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL1：來(lái)自反向振蕩器的輸出。</p>

85、<p>　　3.振蕩器特性及芯片擦除</p><p>　　AT89C5l 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。</p><p>　　整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來(lái)完成。在

86、芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。</p><p>　　此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。</p><p&g

87、t;　　3.2.4 硬件電路圖</p><p>　　PS/2鍵盤與AT89C51單片機(jī)的連接方式如圖4-2所示。P3.0接PS/2數(shù)據(jù)線；P3.2（INT0）接PS/2時(shí)鐘線。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的P3口內(nèi)部是帶上拉電阻的，所以PS/2的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線可以直接與單片機(jī)的P.0，P3.2相連接。</p><p>　　圖3-2 PS/2鍵盤與單片機(jī)連接圖</p><p>　　考慮

88、到時(shí)鐘脈沖信號(hào)總由鍵盤產(chǎn)生，因此，采用這種方案：鍵盤的CLOCK接主機(jī)的一外部中斷(INTO)，數(shù)據(jù)線，接任一I/O口線(P3.0，為兼容用串口方式故接在RxD0上)。在數(shù)據(jù)線及時(shí)鐘線上加10K的大電阻上拉，試驗(yàn)中，首先使用最原始的查尋方式，即MCU在釋放總線控制權(quán)后(置CLOCK為高)，一直查詢CLOCK狀態(tài)，由圖3知鍵盤需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，取得總線控制權(quán)，產(chǎn)生時(shí)鐘的下降沿，主機(jī)繼續(xù)查詢CLOCK當(dāng)檢測(cè)到下降沿，即從DATA讀入一個(gè)數(shù)據(jù)，

89、循環(huán)往復(fù)，直至接收完8位數(shù)據(jù)位，一個(gè)奇校驗(yàn)位，一個(gè)停止位。</p><p>　　此種方式通過(guò)后，即在程序中改為CLOCK觸發(fā)產(chǎn)生中斷方式，即主機(jī)釋放總線控制權(quán)后，開(kāi)外部中斷，CLOCK下降沿產(chǎn)生中斷信號(hào)，進(jìn)人中斷服務(wù)程序接收數(shù)據(jù)，但此種方案的不足在于，中斷頻繁，耗費(fèi)資源?？紤]到鍵盤與主機(jī)采用串行傳輸，類似于MCU的UART傳輸，故可DAT接MCU的RxD0這樣主機(jī)每接收到數(shù)據(jù)才中斷一次，減少了資源的耗費(fèi)，不過(guò)，鍵

90、盤等 PS/2設(shè)備一般工作在10-20kHz(依廠家設(shè)備不同)，故要求主機(jī)與設(shè)備的波特率同步自適應(yīng)，才能正確接收數(shù)據(jù)(波特率自適應(yīng)的實(shí)現(xiàn)：鍵盤上電自檢時(shí)要發(fā)送狀態(tài)碼，利用時(shí)鐘脈沖的中斷，由定時(shí)器測(cè)量脈沖周期，可得時(shí)鐘頻率，從而得到波特率，實(shí)現(xiàn)波特率的自適應(yīng)）</p><p>　　3.3 軟件程序設(shè)計(jì)</p><p>　　PS/2 104鍵盤驅(qū)動(dòng)程序主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與鍵盤鍵的PS/2通信

91、，同時(shí)將接受到的按鍵掃描碼轉(zhuǎn)換為該鍵盤的鍵值，提供給系統(tǒng)上層軟件使用。</p><p>　　軟件流程圖如下圖3-3所示，驅(qū)動(dòng)及鍵盤碼的映射和部分按鍵服務(wù)程序由中斷服務(wù)程序完成，鍵盤鍵值通過(guò)全局變量傳遞給主程序，主程序只要查詢標(biāo)志位，當(dāng)有鍵按下時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的程序，在這里，筆者完成了全拼的輸入法程序，并通過(guò)了試驗(yàn)驗(yàn)證。</p><p>　　圖3-3 軟件設(shè)計(jì)流程圖</p><

92、;p>　　3.3.1 單片機(jī)與鍵盤間的PS/2通信程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　在PS/2通信過(guò)程中，主設(shè)備(文中是單片機(jī))是在時(shí)鐘信號(hào)為低時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)信號(hào)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)向鍵盤發(fā)送的是指令，需要鍵盤回應(yīng)，所以這部分程序采用查詢方式；而單片機(jī)接收鍵盤數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)線上的信號(hào)在時(shí)鐘為低時(shí)已經(jīng)穩(wěn)定，所以這部分程序采用中斷方式，且不需要在程序中加入延時(shí)程序。</p><p>　　單片機(jī)向

93、PS/ 2 鍵盤發(fā)送數(shù)據(jù)程序代碼為：</p><p>　　Void PS2_sent char(unsigned char sent char){ //PS/2主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)</p><p>　　unsigned char sent bit_CNT= 0x00；</p><p>　　unsigned char sent char_CHK = 0x00；&

94、lt;/p><p>　　EX0=0； //關(guān)外部中斷0</p><p>　　// 發(fā)起一個(gè)傳送 ,發(fā)起始位</p><p>　　PS2_SGN_CLOCK = 0； //將時(shí)鐘線拉低并保持100微妙</p><p>　　delay1

95、00us()；</p><p>　　PS2_SGN_DATA=0；//起始位</p><p>　　PS2_SGN_CLOCK=1；</p><p>　　// 發(fā)送DATA 0-7</p><p>　　for(sent bit_CNT=0；sent bit_CNT< 8；sent bit_CNT++) {</p><p

96、>　　while(PS2_SGN_CLOCK)_NOP_()； //等待時(shí)鐘線變?yōu)榈?lt;/p><p>　　PS2_SGN_DATA=sent char & 0x01； //發(fā)送數(shù)據(jù)</p><p>　　if (PS2_SGN_DATA) sent char_CHK+ +； //計(jì)算校驗(yàn)</p><p>　　while

97、 （! PS2_SGN_CLOCK)_NOP_()； //等待時(shí)鐘線變高</p><p>　　Sent char>>=1； //待發(fā)送數(shù)據(jù)右移一位</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　// 發(fā)送校驗(yàn)位</b></p>

98、<p>　　while (PS2_SGN_CLOCK)_NOP_()； //等待時(shí)鐘線變低</p><p>　　switch (sent char_CNK) {</p><p><b>　　case 0 :</b></p><p><b>　　case 2 :</b></p><p&

99、gt;<b>　　case 4 :</b></p><p>　　case 6 : PS2_SGN_DATA =1；break； //奇校驗(yàn)</p><p><b>　　case 1 :</b></p><p><b>　　case 3 :</b></p><p><

100、;b>　　case 5 :</b></p><p>　　case 7 :PS2_SGN_DATA = 0；break； //奇校驗(yàn)</p><p>　　default :break；</p><p><b>　　}</b></p><p>　　while (!PS2_SGN_CLOCK)_NOP

101、_()； //等待時(shí)鐘線變高</p><p>　　while ( PS2_SGN_CLOCK)_NOP_()； //等待時(shí)鐘線變低</p><p>　　PS2_SGN_DATA=1； //發(fā)送停止位停止位總為1</p><p>　　while (! PS2_SGN_CLOCK)_NOP_()； //等

102、待時(shí)鐘線變高</p><p>　　while (PS2_SGN_CLOCK)_NOP_()； //等待時(shí)鐘線變低</p><p><b>　　//接收 ACK</b></p><p>　　//if (PS2_SGN_DATA) error () ;</p><p>　　//ACK信號(hào)由鍵盤發(fā)出 ,總為低電平&

103、lt;/p><p>　　while(!PS2_SGN_CLOCK)_NOP_()； //等待時(shí)鐘線變高</p><p>　　EX0=1； //開(kāi)外部中斷0</p><p><b>　　}</b></p><p>　　單片機(jī)由PS/2鍵盤接收數(shù)據(jù)程序：外

104、部中斷0設(shè)置為下降沿觸發(fā)</p><p>　　void int0()interrupt 0 using 0{</p><p>　　EX0=0； //關(guān)外部中斷 0</p><p>　　switch(PS2_rev char_CNT) {</p><p><b>　　case

105、 1:</b></p><p><b>　　…</b></p><p>　　case 8:MCU_rev char<<=1 ;</p><p>　　if (PS2_SGN_DATA) MCU_rev char= 0x01 ;</p><p>　　ps2_rev char_CNT++；</p&

106、gt;<p><b>　　Break；</b></p><p>　　Case 0: PS2_rev char_CNT + +；break；//開(kāi)始位，</p><p>　　Case 9 : PS2_rev char_CNT+ +；break；//校驗(yàn)位，可添加校驗(yàn)程序</p><p>　　Case 10 : _NOP_ ()；

107、 //停止位</p><p>　　PS2_rev char_NOP=0；</p><p>　　Rev char_flag=1； //置接收到數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)位</p><p><b>　　Break；</b></p><p>　　default:break；</p>

108、<p><b>　　}</b></p><p>　　EX0=1； //開(kāi)外部中斷 0</p><p><b>　　}</b></p><p>　　3.3.2 鍵盤鍵盤初始化程序</p><p>　　（1）上電后,接收鍵盤上電自檢通過(guò)

109、信號(hào)0xAA，或者自檢出錯(cuò)信號(hào)0xFC。單片機(jī)接收為0xAA則進(jìn)入下一步，否則進(jìn)行出錯(cuò)處理；</p><p>　?。?）關(guān)LED指示，單片機(jī)發(fā)送0xED，然后接收鍵盤回應(yīng)，0xFA，接著發(fā)送0x00接收 0xFA；</p><p>　?。?）設(shè)置機(jī)打延時(shí)和速率：?jiǎn)纹瑱C(jī)發(fā)送0xF3，接收0xFA，發(fā)送0x00(250ms ,2.0 cps)，接收0xFA；</p><p&

110、gt;　?。?）檢查L(zhǎng)ED，發(fā)送0xED，接收0xFA，發(fā)送0x07(開(kāi)所有LED)，接收0xFA，發(fā)送0xED，接收0xFA，發(fā)送0x00(關(guān)LED)，接收0xFA；</p><p>　?。?）允許鍵盤，發(fā)送0xF4，接收0xFA。鍵盤LED改變ps2_led change()函數(shù)流程：發(fā)送0xED；接收0xFA；發(fā)送led_stat us；接收0xFA；</p><p><b&g

111、t;　　3.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章節(jié)主要敘述了PS/2鍵盤接口的軟硬件的實(shí)現(xiàn)。對(duì)本次課題主要用到的AT89C51進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。從性能參數(shù)到引腳說(shuō)明再到它的振蕩特性都進(jìn)行了詳細(xì)的解釋，單片機(jī)與鍵盤鍵的PS/2通信程序的編程設(shè)計(jì)也很詳細(xì)。在硬件方面更是給出了元器件間的電子連接圖，并對(duì)用到的引腳進(jìn)行了解釋說(shuō)明。</p><p>　　第4章 PS/2鼠標(biāo)接口

112、設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 PS/2鼠標(biāo)接口特性</p><p>　　PS/2鼠標(biāo)與主機(jī)接口遵循雙向異步串行通信協(xié)議。PS/2鼠標(biāo)在時(shí)鐘信號(hào)的作用下串行發(fā)送或者接受數(shù)據(jù)。</p><p>　　4.1.1 輸入、分辨率和縮放比例</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)的PS/2鼠標(biāo)支持下面的輸入：X（左右）位移，Y（上下）位移，左鍵，中鍵和右鍵。鼠標(biāo)以