炼狱传奇-ps2接口之战

梦翼师兄

炼狱传奇-ps2接口之战 [复制链接]

ps2接口主要应用与计算机的键盘与鼠标的接口，但由于不支持热插拔，使用的时候需要关机插上，所以现在很多的鼠标键盘已经都改用USB接口了，但我们之所以要学习ps2接口的原因很简单，还是为了学习FPGA，练习我们设计数字电路的能力。

ps2的接口如下图所示：

其中，1是数据线DATA；

2是预留N/C；

3是GND；

4是VCC（+5V）；

5是时钟信号线CLK；

6是预留N/C；

数据传输的时序图如下图所示：

一般的ps2接口，都是ps2产生时钟信号，而且是在上升沿的时候把数据发送出去，而在下降沿的时候被采样，大多数的ps2设备的发送数据的时钟频率是15Khz-20Khz。每一帧的数据有11位或者12位数据，其中包括：

      1位起始位：总为逻辑0；

      8位数据位：低位在前；

      1位奇偶校验位；

      1位停止位：总为逻辑1；

      1位答应位：仅用于主机对设备通信中（在本次键盘接口设计中不用）

没错，我们回到时序，主要的目的是从时序中得到数据，也就是第2-9个时钟。在这里大家有没有注意到一点，就是我们的数据顺序是D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7这表明我们ps2一帧发送过来的数据是8位，数据是先发送低位再发送高位。查找资料可以知道ps2在不工作时时钟线和数据线都是高电平。所以在设计ps2接收模块的时候，我们首先要做一个下降沿检测的小模块，来检测信号什么时候开始发送。

其中数据发送模式如下，当键盘的某一个按键被按下的时候，键盘会往外发送那一个按键的通码，当按键松开的时候，键盘就会往外发送那一个按键的的断码+通码，需要注意的是，如果按着一个按键不放的话，键盘会以一定的频率发送那一个按键的通码。键盘的通码与断码表如下图所示：

由于工程量的关系，我们这次仅仅做识别右侧小键盘的0-9的10个按键识别，只要把这几个按键识别出来了，其他按键的识别都是一样的。而右侧小键盘的0-9的通码与断码如下图所示：

现在我们具体来举一个例子来说明ps2接口的工作原理，比如我现在按下按键小键盘中的0键，再按下按键9，然后把按键0松开，最后再松开按键9，ps2往FPGA发送的数据就会如下，先发0按键的通码8’h70，再发9按键的通码8’h7d，接着发0按键的断码8’hf0，然后再发0按键的通码8’h70，接着再发9按键的断码8’hf0，最后再发9按键的通码8’h7d，发送数据的顺序如下： 8’h70→8’h7d→8’hf0→8’h70→8’hf0→8’h7d。

现在我们已经理解了键盘ps2的数据发送时序跟键盘的编码方式，我们就可以设计一个数字电路来把ps2键盘的数据给接收了，设计的思想是这样的，首先我们要设计一个ps2接收模块，其中ps2接收模块要包括有下降沿检测，11位寄存器（用于保存数据），数据有效标志位（用于标记一个完整数据发送完毕）；ps2接收模块完成之后，我们还有设计一个解码模块，解码模块之间用查表法来完成即可；解码模块之后，我们还需要一个状态机，把解码后的数据做整理；最后还需要一个数码管显示模块，用于实时显示状态机发送的数据。

设计的模块架构图如下：

其中PLL模块是一个锁相环，用于把FPGA输入的50Mhz时钟信号分频成1Mhz的系统时钟。

Rst_delay模块是一个复位延时模块，FPGA刚上电的时候，锁相环还有进入稳定的工作，所以通过Rst_delay模块来实现，在锁相环未进入稳定工作之前，让整个系统处于复位状态。

ps2_scan模块是不断接收从键盘发往FPGA的数据，每得到一个有效的数据，data_valid会拉高，表示可以采样当年key_data的数据。

decode模块的功能就是解码的功能，把键盘的通码解码成数码管显示出来的数字；

ps2_fsm模块是用于判断通码与断码，判断按键是否长按，把从键盘接收的数据整理好，输出给led_display模块显示在数码管上。

led_display模块是实时把从ps2_fsm的数据实时显示在数码管上。

Rst_delay代码如下：

ps2_scan代码如下：

decode代码如下：

ps2_fsm状态转移图:

ps2_fsm代码如下：

Led_display的代码如下：

ps2_interface顶层代码如下：

仿真代码如下：

仿真波形图如下：（注意，仿真时，系统时钟使用的是50Mhz，下板使用时1Mhz）

由上图仿真图可知，模拟键盘信号第一次发送的数据是0→1→0→0→1→0→1→1→0→1→1，舍去第一位的起始位和倒数第一、二位的停止位与奇偶校验位，得到的数据时8’b0110_1001=8’h69，等于键盘按键1，decode模块将8’h69解码成8’hf9，同时ps2_fsm将8’hf9（数码管显示等于1）显示在第一个数码管上；模拟键盘信号第二次发送的数据是0→0→0→0→0→1→1→1→0→1→1，舍去第一位的起始位和倒数第一、二位的停止位与奇偶校验位，得到的数据时8’b0111_0000=8’h70，等于键盘按键0，decode模块将8’h70解码成8’hc0，同时ps2_fsm将8’hc0（数码管显示等于0）显示在第二个数码管上；模拟键盘信号第三次发送的数据是0→0→0→0→0→1→1→1→1→1→1，舍去第一位的起始位和倒数第一二位的停止位与奇偶校验位，得到的数据时8’b1111_0000=8’hf0，等于键盘断码表示有一个按键松开，decode模块将8’hf0解码成8’hf0，同时ps2_fsm将断码标志位打开；模拟键盘信号第四次发送的数据是0→1→0→0→1→0→1→1→0→1→1，舍去第一位的起始位和倒数第一、二位的停止位与奇偶校验位，得到的数据时8’b0110_1001=8’h69，等于键盘1，decode模块将8’h69解码成8’hf9， ps2_fsm断码标志位有效，由于数码管第一个数据等于f9，所以数码管第一个数据清零。

把程序下载到至芯板子的效果图：

把按键3按着不放；

松开按键3；

先按按键2，再按按键3（不松手）；

松开按键3；

再松开按键2；