基于F340單片機(jī)的USB/PS2自適應(yīng)鍵鼠設(shè)計(jì)

袁啟孟 張久明 翟樂(lè)

【摘要】鍵盤鼠標(biāo)是計(jì)算機(jī)必不可少的輸入設(shè)備，目前USB接口的鍵盤鼠標(biāo)已普遍應(yīng)用，但是仍有一部分PS2接口的設(shè)備仍在使用，尤其是在軍用加固設(shè)備領(lǐng)域，可長(zhǎng)距離傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)使得PS2設(shè)備廣泛應(yīng)用于加固計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備。本設(shè)計(jì)基于F340單片機(jī)，開(kāi)發(fā)出一款集鍵盤鼠標(biāo)于一體的一款USB/PS2自適應(yīng)鍵鼠。

【關(guān)鍵詞】鍵鼠；USB/PS2；自適應(yīng)；F340

Based on F340 microcontroller Design of USB/PS2 self-adapted Keyboard&Mouse

Qimeng Yuan Jiuming Zhang Le Zhai

Abstract：Its absolutely necessary devices of keyboard and mouse for computers. Keyboard and mouse with PS2 interface still in use， while devices with USB interface are universally used at present， especially in military reinforce devices. The superiority of far transmission of PS2 devices signal compared with USB devices， resulting in the wide use of the PS2 devices in reinforce computer and servers equipment. This design developing a device integrated of keyboard and mouse， witch based on F340 microcontroller can be self-adaptedof USB/PS2 signal.

Key words：mouse；USB/PS2；self-adapteF340

1.引言

當(dāng)前，鍵盤鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)已很成熟，目前市面上有USB鍵盤、USB鼠標(biāo)，PS2鍵盤、PS2鼠標(biāo)，種類繁多，樣式各異，有設(shè)計(jì)廉價(jià)的普通鍵盤鼠標(biāo)，有人體力學(xué)的工程鍵盤鼠標(biāo)。

在眾多的鍵鼠產(chǎn)品中，雖然形式各異，但最終實(shí)現(xiàn)的都是單一的鍵盤功能或者鼠標(biāo)功能。目前市面上缺乏功能更加完善的鍵鼠產(chǎn)品。除此之外，鍵鼠的接口形式因主機(jī)而異，有的是USB接口，有的是PS2接口，雖然目前帶有PS2接口的主機(jī)日趨減少，但在加固裝備領(lǐng)域，應(yīng)用仍比較普遍。

因此我們需要一款既能支持USB，又能支持PS2接口的一體化鍵鼠設(shè)備。

2.硬件設(shè)計(jì)方案

圖1為設(shè)計(jì)方案框圖。F340 MCU作為主控單片機(jī)，PS2鼠標(biāo)連

圖1 系統(tǒng)框圖

接到鍵鼠輸出接口，作為PS2鼠標(biāo)輸出，同時(shí)PS2鼠標(biāo)連接到MCU單片機(jī)，在USB模式下，單片機(jī)會(huì)讀取PS2鼠標(biāo)數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化為USB鼠標(biāo)數(shù)據(jù)。矩陣鍵盤通過(guò)GPIO連接到F340單片機(jī)上，單片機(jī)通過(guò)GPIO掃描矩陣鍵盤獲取鍵值，并輸出PS2或USB鍵盤數(shù)據(jù)至輸出接口。MCU程序通過(guò)JTAG接口燒寫(xiě)進(jìn)入系統(tǒng)，鍵盤指示燈即capslock、numlock、scrollock按鍵指示燈通過(guò)F340單片機(jī)的GPIO來(lái)控制其亮滅。PS2電壓與USB電壓分開(kāi)引到鍵盤控制器上，再通過(guò)MOS管連接到F340單片機(jī)的GPIO引腳。系統(tǒng)供電由PS2電壓與USB電壓經(jīng)過(guò)一片集成負(fù)載開(kāi)關(guān)生成系統(tǒng)5V供電電壓，給系統(tǒng)供電。鍵鼠外部連線采用雙接口模式，使用PS2或USB主機(jī)時(shí)，連接上相應(yīng)的鍵鼠接口即可。

2.1USB/PS2自檢測(cè)電路

USB/PS2自適應(yīng)檢測(cè)方式如圖2所示，將USB與PS2電源引接至鍵盤控制板，通過(guò)圖3電路將USB電壓與PS2電壓隔離開(kāi)，兩組電壓經(jīng)過(guò)FPF2147后生成電路板5V供電電壓，而前端USB 5V電壓與PS2 5V電壓分別連接到2N7002柵極，當(dāng)USB電壓有電時(shí)，或則PS2電壓有電時(shí)，將相應(yīng)的MOS管打開(kāi)，并將檢測(cè)點(diǎn)電壓拉低，單片機(jī)通過(guò)GPIO檢測(cè)電平值，來(lái)判斷連接的是USB信號(hào)，還是PS2信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)USB/PS2信號(hào)自檢測(cè)。

圖2 主機(jī)接入電壓檢測(cè)電路

圖3 供電隔離電路

3.軟件設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)需要編寫(xiě)單片機(jī)控制程序，通過(guò)JTAG口刷錄進(jìn)人F340 MCU，系統(tǒng)上電后，單片機(jī)首先判斷USB電壓與PS2電壓的狀態(tài)，根據(jù)其檢測(cè)到的電壓狀態(tài)，來(lái)確定主機(jī)端連接的信號(hào)形式，如果連接的為PS2接口，單片機(jī)通過(guò)GPIO掃描矩陣鍵盤，通過(guò)解析鍵盤矩陣，進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼，輸出PS2鍵盤信號(hào)，PS2鼠標(biāo)信號(hào)由PS2鼠標(biāo)直接輸出到鍵鼠接口。如果單片機(jī)判斷的為USB接口，單片機(jī)則進(jìn)行GPIO掃描矩陣鍵盤，并進(jìn)行USB編碼，同時(shí)單片機(jī)接收PS2鼠標(biāo)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行USB編碼，之后將鍵鼠數(shù)據(jù)通過(guò)USB接口輸出。從而實(shí)現(xiàn)USB/PS2自適應(yīng)一體化鍵鼠的設(shè)計(jì)。

4.軟件關(guān)鍵技術(shù)

（1）單片機(jī)接收處理PS2鼠標(biāo)數(shù)據(jù)

當(dāng)鍵鼠設(shè)備連接USB設(shè)備時(shí)，鼠標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)處理后發(fā)送給主機(jī)，單片機(jī)接收的鼠標(biāo)數(shù)據(jù)為PS2格式，因此設(shè)計(jì)的重點(diǎn)為單片機(jī)對(duì)PS2數(shù)據(jù)的解析，將PS2數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤的讀入，并將PS2數(shù)據(jù)正確打包為USB格，發(fā)送給主機(jī)。

單片機(jī)接收PS2數(shù)據(jù)采用中斷方式，根據(jù)PS2協(xié)，PS2鼠標(biāo)CLK時(shí)鐘線產(chǎn)生負(fù)跳變時(shí)，進(jìn)入單片機(jī)中斷，如果此時(shí)上一個(gè)PS2數(shù)據(jù)包剛好接收完整，則判斷此刻DATA數(shù)據(jù)線是否為低電平，如果為低電平，則認(rèn)為是PS2數(shù)據(jù)的起始位，之后每一個(gè)時(shí)鐘負(fù)跳變記錄一次DATA數(shù)據(jù)電平狀態(tài)，通過(guò)移位操作存儲(chǔ)在一個(gè)char型變量中，直到接收完P(guān)S2數(shù)據(jù)stop位，一個(gè)PS2數(shù)據(jù)包就被單片機(jī)讀取完整。之后單片機(jī)將PS2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為USB格式，發(fā)送至主機(jī)端。

（2）USB 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

USB固件主要包括通用的枚舉配置部分和類協(xié)議部分。圖4為描述符樹(shù)狀圖，枚舉配置實(shí)現(xiàn)USB主機(jī)對(duì)設(shè)備的枚舉和配，使主機(jī)確認(rèn)設(shè)備的功能并提供資源；類協(xié)議部分主要實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備各自數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽ㄊ髽?biāo)的HID報(bào)告描述符合鍵盤HID報(bào)告描述符，規(guī)定了主機(jī)和USB設(shè)備數(shù)據(jù)的傳輸格式。USB枚舉過(guò)程結(jié)束后，F(xiàn)340將PS2鼠標(biāo)數(shù)據(jù)和掃描的鍵值組合成HID描述符要求的格式，通過(guò)相應(yīng)的USB端點(diǎn)傳送給主機(jī)，并接受主機(jī)的命令。

圖4 描述符樹(shù)狀圖

5.結(jié)束語(yǔ)

此設(shè)計(jì)將鍵鼠融為一體，并且可自適應(yīng)USB/PS2接口，作為鍵鼠一體化設(shè)備節(jié)省了占用空間，增加了鍵鼠設(shè)備的適用性，可廣泛應(yīng)用于各類計(jì)算機(jī)。

參考文獻(xiàn)

[1]薛圓圓，趙建領(lǐng).USB應(yīng)用開(kāi)發(fā)寶典.北京：人民郵電出版社，2011.

[2]張弘.USB接口設(shè)計(jì).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

[3]Adam Chapweske. PS/2 技術(shù)參考.