基于AVR单片机的PS2键盘接口扩展技术应用研究

200B年9月 应用天地 耀静矧黝㈣黼嘲黼翻—豳___——l—ll第己7卷第g期 基于AVR单片机的PS／2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430056) 摘要：PSl2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／2键盘接口采用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 PS／2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／2键盘与单片机的接口电路及扩展 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，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／2；键盘接口；通信协议；单片机 中图分类号：TP368．1文献标识码：B ApplicationresearchofPS／2keyboardinterfaceexpand technologybasedonAVRsinglechipcomputer WuHanquanWanYujie (CollegeofArts&Science。JianghanUniversity。Wuhan430056) Abstract：PS／2interfaceinthePCandindustrialcontrolinawiderangeofapplicationsinotherareasofthePS／2，an extensionofresearchhaveverypracticalvalue。PS／2KeyboardInterfacehasapromisingapplication．InordertOexpand itsInterface，thispaperhasintroducedPS／2keyboardphysicalInterfaceanditscommunicationprotocol，especiallyillus— trateditsworktimingandsomecommandsindetail．Inapplication，thecircuitofexpandinterfaceandcommunication schemebetweenPS／2interfaceandsinglechipcomputerareprovided．Alongwith$onleprocedureaboutsoftwarec咖一 munication．Thisexpandinterfacetechnologyisusedonapparatusofcontrollingsystemsuccessful． Keywords：PS／2；keyboardinterface；communicationprotocol；singlechipcomputer 0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RS232或RS485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 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，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／2协议通信将来自异地的采 用RS232或RS485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／2接口。 l—数据缌)ata 4—-V∞ 2-．Nc(未用) 5—时钟线Clock 3—GND p-Nc(未用) 图1 PS／2键盘接口管脚(孔形)图 1标准键盘工作原理 1．1键盘接口各脚实际意义 现行的计算机键盘多是通过一个6芯接口插座，即 PS／2接121与主机相接，各引脚定义分别是电源(Vet)、地 作者简介：吴汉权(1984一)，男，本科，从事机电一体化研究工作。 一72一 中国科技核心期刊 万方数据 己口口B年g月 第己7卷第9期 (GND)、串行时钟线CLK和串行数据线DATA，还有2 根未用。键盘接口的插座外形图及各线定义如图1所示。 1．2 Ps／2接口通信协议 时序是 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 电路和编程的基本依据，本文对PS／2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，8位数据位(U沿在 先)，1位奇校验位P，l位停止位。 PS／2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／2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／2协议采用的传送数据帧的格 式为：1位起始位(0)、8位数据位、1位奇偶校验位、1位停 止位(1)。数据发送时低位在前，高位在后。外设每收到 主机发来的1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1帧应答数据 (0xF0)，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。 1．2．1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1个低电平触发的起始 位、8位数据位、1个奇校验位和1个高电平的结束位。 1．2．2PC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1个低电平触发的起始位、8位数据位(LSB在先)、1个 奇校验位、1个应答位、1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11个时钟脉冲)，时钟频率 为10～16．7kHz，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1CLK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 1．2．3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 100us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11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。 2键盘扫描码 一个基本键按下时产生的扫描码由3个字节组成，1 个字节为接通码，2个字节为断开码。其中第1个字节和 第3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24H，断开码是 FOH24H。当E键按下时，连续发送24H，直到该键释 放，然后发送断开码FOH24H。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。 3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。 3．1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Num lock、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。 F5H：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。 F4H：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。 F3H：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2个字节，该 字节决定键盘重复速率。 3．2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 一73—万方数据 应用天地 寰：．，．，霹铡渊黝翮㈣瓣嘲黼黼躐—啊黼_啊 第20己078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。 4键盘的接口扩展设计 4．1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Atmegal6单 片机对标准的键盘进行通信控制。接口结构如图2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 0AAH，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DA— TA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 --——74．．—— 扩展接口 A、喂单片机Pc帆主板 键盘接口 Data Clock 冉[乃 PB3 标准PS／2 Data PB2 键盘接Ua州 PB0PB2 PBI PB3 图2 PS／2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Atmegal6的PB2和PB3引脚状态决定。 PB2和PB3为高电平时，标准键盘正常工作，PB2和PB3 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。 4．2键盘扩展接口简图 图3 PS／2键盘接口扩展原理图 中国科技核心期刊 (下转第76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2D己D78卷第g期—·_ 年9月 2．2系统工作原理及测试过程 如图1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WLS9600遥 测模块均可设定唯一的4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5016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(1000m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。 3系统软件 3．1爆破振动监测分析软件-BMView BMView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74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 (10,---20k)。若直接连接单片机的I／0端口无法下拉至 低电平，影响系统正常通信。因为PS／2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／0口，通过查询DATA的位状态，来进 行双向通信。主要原理见图3。 5软件实现 Ps／2扩展接口控制较简单的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 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(oXF4)，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。 6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RS232、RS485、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 一76一 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。 4结束语 通过大量的实例应用，得到如下结论：(1)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；(2)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 ． [17刘建亮．工程爆破测试技术[M]．北京：北京理工大学 出版社，1994． [27孟吉复等．爆破测试技术[M]．北京：冶金工业出版 社，1992． E31四川拓普测控科技有限公司产品说明书／型录，2007． 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-1-1仲崇权，杨素英．微机键盘接I：1的研究及其在仪器仪 表中的应用[J]．电子技术应用，2001(10)：23—25． [23荣振，粱华，王春生．准微机键盘技术EJ]．微型机与应 用，2000，19(7)：34—37． [3]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，2001，(7)： 244-246． [4]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，2001，(3)：23—24． 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对工作时序和部分命令字进行了说明.在应用中,给出了PS/2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. 2.期刊论文 王清辉.麻莉萍.朱冲.WANG Qing-hui.MA Li-ping.ZHU Chong 基于红外PS/2键盘的设计与实现 -龙岩 学院学报2008,26(6) 采用AT89S52单片机作为系统的核心控制部分,根据PS/2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. 3.期刊论文 周国辉 TMS320C54x的McBSP串口与PS/2键盘接口通信设计 -现代电子技术2005,28(4) TI公司的TMS320C54x系列的DSP不具有方便的人机接口.实现与PS/2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/2键盘协议的基础上,发现PS/2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/2协议发现,McBSP串口接收数据时,PS/2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/2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/2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. 4.期刊论文 尹勇.李澄.YIN Yong.LI Cheng 基于arm7的嵌入式系统的PS/2键盘接口设计与应用 -电子器件 2007,30(5) 分析当前PS/2键盘应用背景和优越性,在PS/2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/2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/2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. 5.期刊论文 魏军辉.王福源.周子昂.侯维岩.WEI Jun-hui.WANG Fu-yuan.ZHOU Zi-ang.HOU Wei-yan 基于FPGA的 PS/2键盘接口的设计 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