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基于AVR单片机的PS2键盘接口扩展技术应用研究.pdf

基于AVR单片机的PS2键盘接口扩展技术应用研究

马_鹏程
2012-03-31 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《基于AVR单片机的PS2键盘接口扩展技术应用研究pdf》,可适用于IT/计算机领域

B年月应用天地耀静矧黝㈣黼嘲黼翻豳lll第己卷第g期基于AVR单片机的PS/键盘接口扩展技术应用研究吴汉权万宇杰(江汉大学文理学院武汉)摘要:PSl接口在PC与工业控制中有广泛的应用在其它领域对PS/Z技术的扩展研究有很实用价值在嵌入式系统中有良好的应用前景。Ps/键盘接口采用标准PS/协议通信针对扩展键盘接口本文介绍了其物理接口及通信协议并对其工作时序和部分命令字进行了说明给出了PS/键盘与单片机的接口电路及扩展方案并提供相应的软件流程该键盘扩展接口技术已得到成功应用。关键词:PS/键盘接口通信协议单片机中图分类号:TP.文献标识码:BApplicationresearchofPS/keyboardinterfaceexpandtechnologybasedonAVRsinglechipcomputerWuHanquanWanYujie(CollegeofArtsScience。JianghanUniversity。Wuhan)Abstract:PS/interfaceinthePCandindustrialcontrolinawiderangeofapplicationsinotherareasofthePS/anextensionofresearchhaveverypracticalvalue。PS/KeyboardInterfacehasapromisingapplication.InordertOexpanditsInterfacethispaperhasintroducedPS/keyboardphysicalInterfaceanditscommunicationprotocolespeciallyillustrateditsworktimingandsomecommandsindetail.InapplicationthecircuitofexpandinterfaceandcommunicationschemebetweenPS/interfaceandsinglechipcomputerareprovided.Alongwith$onleprocedureaboutsoftwarec咖一munication.Thisexpandinterfacetechnologyisusedonapparatusofcontrollingsystemsuccessful.Keywords:PS/keyboardinterfacecommunicationprotocolsinglechipcomputer引言目前信号分析、数据采集等领域中由于其是由不同的生产制造商所提供特别是在工业控制领域中由于被控参量来自不同的设备要采集的控制数据来自不同控制和采集单元而这些单元由不同软件控制但这些单元基本都支持RS或RS通信为了使控制系统能协调工作必须解决各采集单元的通信问题本文提出了用AVR单片机来扩展键盘口一方面满足本地计算机键盘正常工作。另一方面通过键盘口采用标准PS/协议通信将来自异地的采用RS或RS通信传递来的数据通过模拟键盘技术采集到控制系统中。同时由于单片机其价格低、处理能力强在信号分析、数据采集等领域的较好使用。同时微机键盘以其良好的操作性较高的稳定及通用性。在工程中具有很高的应用潜力。因此对标准键盘接口进行必要的研究并将其用于系统控制中将会极大方便操作提高工作效率。现行的主机键盘种类很多但大都为PS/接口。l数据缌)ataV∞.Nc(未用)时钟线ClockGNDpNc(未用)图PS/键盘接口管脚(孔形)图标准键盘工作原理.键盘接口各脚实际意义现行的计算机键盘多是通过一个芯接口插座即PS/接与主机相接各引脚定义分别是电源(Vet)、地作者简介:吴汉权(一)男本科从事机电一体化研究工作。一一中国科技核心期刊万方数据己口口B年g月第己卷第期(GND)、串行时钟线CLK和串行数据线DATA还有根未用。键盘接口的插座外形图及各线定义如图所示。.Ps/接口通信协议时序是设计电路和编程的基本依据本文对PS/扩展键盘进行了分析。键盘与PC机的通信是串行异步与同步相结合的方式。键盘发送到PC机的数据格式采用串行异步通信方式即l位起始位位数据位(U沿在先)位奇校验位Pl位停止位。PS/接口键盘与主机采用双向通信方式键盘可以向主机发送数据主机也可以发送命令给键盘。Ps/协议是外设与主机之间通信的一种同步双向串行协议通信协议是标准的串行异步通信格式加上同步方式。在该协议中主机拥有较高的优先级在一定条件下可以终止外设正在进行的发送过程。PS/协议采用的传送数据帧的格式为:位起始位()、位数据位、位奇偶校验位、位停止位()。数据发送时低位在前高位在后。外设每收到主机发来的帧数据都要紧随该帧的停止位发送一个握手位ACK(O)应答主机。然后外设还要发帧应答数据(xF)表示外设已经完整地接收到了主机的命令}而主机则不需发送握手位也不需要发送应答帧。..键盘到PC键盘接口的通信当时钟线和数据线均为高电平时。允许键盘发送数据系统将接收数据当时钟线被拉为低电平时。表明系统禁止数据传输。发送时序包含个低电平触发的起始位、位数据位、个奇校验位和个高电平的结束位。..PC系统到键盘的通信若时钟线出现高电平数据线出现低电平表明系统请求发送键盘准备产生同步时钟脉冲串。并接收数据。包含了个低电平触发的起始位、位数据位(LSB在先)、个奇校验位、个应答位、个高电平的结束位。主机同键盘进行通信时无论发送还是接收数据都要依赖于键盘发送的时钟脉冲(每次数据传输发送个时钟脉冲)时钟频率为~.kHz通过判断时钟脉冲的上升或下降沿来逐位发送或读取数据位。当数据线DATA和时钟线CLK同时为高电平时键盘可以发送数据给主机。CLK可用作清除发送线。如果主机将CLK拉为低电平则禁止键盘发送数据而是将发送数据放到发送缓存区中直到CLK变为高电平才开始发送数据。如果主机将DATA拉低则当键盘检测到这一变化时接收来自主机的命令。当键盘发送数据时键盘先将DATA拉低通知主机准备接收数据。键盘在表CLK为高电平时建立数据主机在CLK为低电平时读取数据。发送数据的时钟信号由键盘产生。表I时钟及数据线状态..键盘接收一个字节的时序为了避免在同一时刻发送数据应将CLK拉低大约us以上以禁止键盘发送数据。然后主机将数据线DATA拉低发送起始位并释放CLK(高电平)由键盘接管CLK以产生时钟信号。主机在此同步时钟信号下发送数据。键盘接收数据是从检测到DATA变低开始然后在CLK为高电平时读取数据这与键盘发送数据时的情形相反。当主机发送完校验位后释放数据线DATA(停止位)。随后键盘将DATA置成低电平作为收到数据的应答信号(ACK)并产生一个周期的时钟脉冲。如果在第个脉冲后主机未释放DATA键盘将继续发送时钟信号到DATA空闲。键盘扫描码一个基本键按下时产生的扫描码由个字节组成个字节为接通码个字节为断开码。其中第个字节和第个字节相同中间字节为断开标志FOH。以E键按下为例解释其发送过程:E键的接通码为H断开码是FOHH。当E键按下时连续发送H直到该键释放然后发送断开码FOHH。各键的接通码与按键的位置有关而与其对应的ASCⅡ码并无关系。通用命令字除键盘可以向主机发送数据之外主机也可发送预定的命令来对键盘的功能进行设定。.主机对键盘的控制宇EDH:设置状态指示灯用以控制键盘上的Numlock、Scrolllock、Caplock指示灯的亮和灭。键盘接收到EDH后发送FAH字节以回应。FOH:设置扫描码键盘收到该命令后回送字节FAH并等待下一命令字节的到来。FFH:复位命令。复位键盘.若成功主机将收到键盘回发的收到信号FAH和复位完成信号AAH。FEH:重发命令。键盘收到此命令后将会把上次最后一次发送的数据包重新发送。FH:禁止键盘。当键盘收到此命令后停止发送数据并返回收到信号FAH。FH:键盘使能命令。主机发送此命令后将清除发送缓冲区重新使键盘工作。FH:设置键盘重复速率。主机发送此命令后键盘将回发收到信号FAll然后等待主机发送第个字节该字节决定键盘重复速率。.键盘回发的命令宇.ooH:出错或缓冲区已满。AAH:电源自检通过。EEH:回送响应。FAH:响应信号。键盘收到主机的控制命令字发送此信号。中国科技核心期刊一万方数据应用天地寰:..霹铡渊黝翮㈣瓣嘲黼黼躐啊黼啊第己卷第刍期年g月FEH:重发命令。主机收到此命令后将重发上次发送的最后一个命令字节。FFH:键盘出锚或缓冲区满命令。键盘的接口扩展设计.扩展接口系统通过键盘接口与PC机通信的实施键盘接口的扩展包含两个方面的含义:一方面扩展后标准键盘能正常工作另一方面可通过该键盘接口进行模拟键盘通信。本例采用ATMEL公司生产的Atmegal单片机对标准的键盘进行通信控制。接口结构如图所示。标准键盘和模拟键盘是时分工作时同时模拟键盘享有高一级控制权在模拟键盘串行通信时标准键盘被切断切断方式是通过同时控制两路双向模拟开关来实现的。键盘扩展系统通过键盘接口与PC机通信必须严格按照键盘与PC机通信的时序要求并且按照命令字进行应答。当系统上电复位时系统通过键盘接口发送AAH模拟键盘自检完成信息。之后应用系统检测键盘接口DATA上的电平若DATA被PC机拉低系统进入接收数据状态。当系统要发送数据或命令时先将DATA拉低通知PC机准备接收数据PC机操作系统能识别这些键盘命令并进行相应的操作。而发送的数据则是模拟键盘上各键的编码PC机操作系统可将编码解释为对..扩展接口A、喂单片机Pc帆主板键盘接口DataClock冉乃PB标准PS/DataPB键盘接Ua州PBPBPBIPB图PS/键盘扩展结构图应的键盘字符。在PC机端通信程序中根据接收到的字符串执行相应的操作这样就省去了编写将PC机端接收到的二进制流解释为相应字符的程序。模拟键盘不工作时标准键盘进入正常工作状态二者的转换是由Atmegal的PB和PB引脚状态决定。PB和PB为高电平时标准键盘正常工作PB和PB为低电平时模拟键盘进入工作状态模拟键盘工作时间和频率由系统间的通讯协议决定。一旦不发生系统间通讯就将控制权交给标准键盘。.键盘扩展接口简图图PS/键盘接口扩展原理图中国科技核心期刊(下转第页)万方数据实践心得£t:一抟渊黼黼必删黼黼黼嘲豳黼啊l第D己D卷第g期·年月.系统工作原理及测试过程如图所示系统由多套测试仪器组成。整个遥测系统采用一点对多点的无线数据传输模式每个WLS遥测模块均可设定唯一的位地址信息且可设定为“主机”或“从机”。由一台设为主机的遥测模块连接计算机每台I麒瞄爆破振动智能监测仪连接一台设为从机的遥测模块。通过改变地址设定每台从机在系统中都具有唯一的地址D这样主机就可以远距离分别接收多台遥测模块(从机)的数据。测试人员不必从每个测振仪前联机读取数据同时每套遥测系统只需配置一台电脑即可实现多点遥测。在爆破现场测试前用户进行参数设置后启动采集即可撤离现场当地震波信号传来时测振仪会自动记录下整个地震波的动态波形将其转换为数字信号存储测试人员在远离爆破现场处(m内无障碍)通过连接在计算机上的遥测模块(主机)即可实现远距离无线监测、数据传输无须将每台测试仪联结至计算机就可及时获取测试数据洞悉测试信号和每台测试仪器的状态。系统软件.爆破振动监测分析软件BMViewBMView爆破振动监测分析软件拥有全汉化的仪器控制界面提供硬件智能识别、多通道控制、显示、分析以(上接第页)由于接口芯片为集电极开路的COMS驱动器连接是PC主板系统的驱动能力不强必须有大的上拉电阻(,k)。若直接连接单片机的I/端口无法下拉至低电平影响系统正常通信。因为PS/接口采用双向同步串行协议CLK信号总是由键盘产生。故可采用以下列方案:将键盘时钟线接至单片机的中断线将数据线接至单片机的任一I/口通过查询DATA的位状态来进行双向通信。主要原理见图。软件实现Ps/扩展接口控制较简单的方法是当键盘上电复位后捕获协议由主机发送一个使能命令字(oXF)使扩展键盘接口在缺省设置状态下工作。也可通过主机进行自定义初始化。结束语目前多数集成控制系统中涉及到系统参数数值输入修改和指令发送时。通常都要求系统通信畅通通过键盘扩展接口电路和控制程序能实现工业现场控制的要求由于采用的是模拟键盘技术可有效解决各分系统通信问题同时也可通过RS、RS、CAN总线的等协议实现远近距离设备控制可保证系统的实时性。模拟键盘技术采用双向模拟开关可实现数据双向流动该扩展接口具有一一及输出功能包括工程标定、波形实时显示、无线遥测控制及数据读取、数据处理、存盘、打印及通讯功能测试报告可自动生成界面设置人性化所有数据和图形可以直接发送到word中用户自行编辑带有自校准自动检测报警功能具备全中文在线帮助。结束语通过大量的实例应用得到如下结论:()针对大中型多点工程爆破测振需求本系统各项指标功能满足多点工程爆破振动的测试要求()该系统组建灵活方便使用简单快捷。工作稳定可靠抗干扰能力强。软件功能强大数据处理能力强目前该系列测振系统已在国内爆破、大坝、桥梁、矿山、公路、铁路、隧道、水电、机车、地震台站、建筑等多个大中型施工项目中成功应用取得了显著成效。参考文献.刘建亮.工程爆破测试技术M.北京:北京理工大学出版社.孟吉复等.爆破测试技术M.北京:冶金工业出版社.E四川拓普测控科技有限公司产品说明书/型录.实现截获标准键盘信息的能力扩展接口电路不需外部供电供电电源直接从键盘口获取。其扩展接口技术具有较好推广意义。参考文献I仲崇权杨素英.微机键盘接I:的研究及其在仪器仪表中的应用J.电子技术应用():.荣振粱华王春生.准微机键盘技术EJ.微型机与应用():.安学军梁祥张永军.PC机键盘接口深入分析与应用设计J.单片机与嵌入式系统应用():.李江伟汪锐汪仁煌.键盘接口在单片机系统与PC机通信中的应用J.电子技术应用():.赵玉红.键盘接口在单片机中的应用J.雷达与对抗():.张海波.在ARM上扩展PS键盘接口CJ.浙江水利水电专科学校学报():.曹彩萍李钢.基于单片机的键盘接口的设计与实现口.电脑知识与技术(学术交流)(Ii):.李冉琦白丽嫒.基于单片机的PS/标准键盘接口制作J.电子制作():.中国科技核心期刊万方数据基于AVR单片机的PS键盘接口扩展技术应用研究作者:吴汉权万宇杰WuHanquanWanYujie作者单位:江汉大学文理学院,武汉,刊名:国外电子测量技术英文刊名:FOREIGNELECTRONICMEASUREMENTTECHNOLOGY年卷(期):()引用次数:次参考文献(条)仲崇权徐世昌杨素英微机键盘接口的研究及其在仪器仪表中的应用期刊论文电子技术应用()荣振梁华王春生单片机扩展标准微机键盘的技术期刊论文微型机与应用()安学军梁祥张永军PC机键盘接口深入分析与应用设计期刊论文单片机与嵌入式系统应用()李江伟汪锐汪仁煌键盘接口在单片机系统与PC机通信中的应用期刊论文电子技术应用()赵玉红键盘接口在单片机中的应用期刊论文雷达与对抗()张海波在ARM上扩展PS键盘接口期刊论文浙江水利水电专科学校学报()曹彩萍李钢基于单片机的键盘接口的设计与实现期刊论文电脑知识与技术(学术交流)()李冉琦白丽嫒基于单片机的PS标准键盘接口制作()相似文献(条)期刊论文张轶飞张智诠PS键盘接口在单片机中的应用研究装甲兵工程学院学报,()PS键盘接口由于采用标准PS协议通信,易于控制,在嵌入式系统中有良好的应用前景针对如何使用这种接口,介绍了其物理接口及通信协议,重点对工作时序和部分命令字进行了说明在应用中,给出了PS键盘与单片机的接口电路及通信方案,并提供相应的接口通信程序期刊论文王清辉麻莉萍朱冲WANGQinghuiMALipingZHUChong基于红外PS键盘的设计与实现龙岩学院学报,()采用ATS单片机作为系统的核心控制部分,根据PS协议采用红外遥控器作为键盘接口向PC机发送扫描码从而实现与PC机通信该接口方式既可以节省单片机的硬件资源又能够在距PC机一定距离内通过无线控制方式对PC机进行操作,因此可以在工控以及多媒体教学领域等被广泛运用期刊论文周国辉TMSCx的McBSP串口与PS键盘接口通信设计现代电子技术,()TI公司的TMSCx系列的DSP不具有方便的人机接口实现与PS键盘的直接通信,无论是调试系统还是应用于实际的工程都具有一定的意义在详细分析McBSP串口的各种工作方式和PS键盘协议的基础上,发现PS键盘与主机的数据交换采用了类似于同步串口的通信协议,只是没有帧同步信号研究PS协议发现,McBSP串口接收数据时,PS接口的DATA数据线的起始位可以作为McBSP串口接收的帧同步信号McBSP串口发送数据时,PS接口的CLOCK时钟线可以作为McBSP串口发送的帧同步信号从而利用了最少的硬件资源实现了同PS键盘的连接在软件上利用了McBSP串口的灵活配置并采用了中断的方式节约了CPU的软件开销实践证明设计的通信方法是切实可行的期刊论文尹勇李澄YINYongLICheng基于arm的嵌入式系统的PS键盘接口设计与应用电子器件,()分析当前PS键盘应用背景和优越性,在PS标准键盘协议的基础上,应用当前热门嵌入式实验开发平台,设计PS键盘具体的硬件电路和驱动软件,研究键盘中汉字输入法实现过程及其扩充方法,总结PS键盘及汉字输入法到具体项目应用的工程经验,最后提出键盘的应用和改进期刊论文魏军辉王福源周子昂侯维岩WEIJunhuiWANGFuyuanZHOUZiangHOUWeiyan基于FPGA的PS键盘接口的设计微计算机信息,()PS键盘是一种常用的计算机输入设备,只需稍加改动,便可很方便的应用在各种嵌入式系统中本文提出了一种利用FPGA来设计PS接口的方法,结果表明此方法有容易实现模块化和移植性强的特点期刊论文杨秀增黎运宇基于FPGA的标准PS键盘接口电路设计南宁师范高等专科学校学报,()健盘是嵌入式系统的重要的输入设备,是实现人机交互的重要的手段之一,随着标准PS键盘技术成熟和价格不断下降,在嵌入系统的设计中,用标准PS键盘取代自制简易的扫描式矩阵式键盘成为可能期刊论文彭小军熊水发PENGXaiojunXIONGShuifa基于ARMSCBX处理器的PS键盘接口的设计与实现新余高专学报,()基于三星公司的SCBOX处理器的嵌入式开发平台,提出了一种用SCBX的通用IO口和中断源实现与PS键盘的接口设计方案,详细阐述了其硬件接口设计和软件设计的步骤,并用C语言编写了软件设计程序,以便移植到其它系统中期刊论文蒋水秀贾宁张铮JIANGShuixiuJIANingZHANGZheng基于SSTC实现PS键盘的模块化编程设计现代计算机(专业版)()针对标准的PS接口,介绍单片机实现PS键盘接口的硬件和程序设计程序采用分层次模块化的设计方法,层层分析程序设计思想包括PS键盘接口的通讯协议和键盘的扫描方法,并以SSTC为例配合PC标准PS键盘接口模块化缟程设计实现了对键盘各个按键的扫描以及与PC的通信期刊论文钱建海QIANJianhai单片机实现PS键盘的接口设计及模块化编程电脑知识与技术(学术交流),()针对标准的PS接口,用单片机实现了键盘功能,本文分析了PS键盘的接口和通讯协议,介绍了单片机实现PS键盘的接口设计,并以ATC为例,配合PC机标准PS键盘接口,模块化编程实现了对键盘各个按键的扫描以及与PC机的通信期刊论文胡晓毅解永军基于PS鼠标接口单片机输入设备的实现厦门大学学报(自然科学版),()详细介绍了PS鼠标键盘接口的工作原理提出了基于PS接口的三键鼠标作为单片机输入设备的方法该方案占用系统资源少,软硬件通用性强,简单可靠,保密性好可满足很多实际应用的需要本文链接:http:dgwanfangdatacomcnPeriodicalgwdzcljsaspx下载时间:年月日

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