专业设计服务器硬件主电路板工作室,FPGA学习系列：25. PS2通信电路的设计

设计背景：

PS2接口是一种PC兼容型电脑系统上的接口，可以用来链接键盘及鼠标。PS2的命名来自于1987年时IBM所推出的个人电脑：PS/2系列。PS2的键盘和鼠标在电气特性上十分类似，主要差别在于键盘接口需要双向的沟通。PS2接口不支持热插拔，使用时需要关机插上，目前已逐渐被USB所替代，只有少部分台式机仍然提供PS2接口。

设计原理:

PS2的接口如下图所示：

上图中，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。

PS2原理电路图如下：

PS2协议总共由两根线组成，从电路原理图中也可以看出，需要控制的只有PS2_CLK和PS2_SDA，即一根时钟线和一根数据线。PS2设备中的时钟和数据都是集电极开路的，平时都是高电平。本设计将采用PS2接口的键盘称为从机，将控制和解码PS2协议的一方称为主机(FPGA)。PS2协议的时钟线始终由从机(即键盘)产生的，PS2协议发送一个字节数据共有11位。时序如下图所示:

1Bit起始位，总是0；8Bit数据位，低位在前；1Bit校验位，奇校验；1Bit停止位，总是1。

从机(键盘)按照这个时序发送数据，主机(FPGA)只需要实现该协议的解码，即可将其中的8Bit数据位提取出来。根据时序图可以看出，数据在PS2时钟的下降沿是保持稳定的，主机只需在检测到PS2时钟出现下降沿时，去读取数据线上的电平，就可得到正确的数据。

通过上述的内容，已经知道了PS2从机到主机的通信协议，接下来就需要知道从机发送过来的每个字节代表什么？这时就要对照键盘编码表进行查看。键盘上一个按键由按下到释放时，键盘是按照如下的规定向主机发送数据的：

只要一个按键被按下，这个键的通码(MAKE)就会被发送到主机，按键一被释放，断码(BREAK)也会被发送，如果按键被按下不释放的话，键盘会以一定的频率发送那个按键的通码。每个按键都有自己唯一的通码和断码，从而组成键盘编码表，表上的码值为16进制：

例如，如果键盘上‘A’键被按下时，键盘就会向主机发送‘A’键对应的通码‘1C’，直到按键被释放。在按键被释放后，键盘将会向主机发送‘A’键的断码，即首先发送‘F0’，然后下一个字节发送‘1C’。通过观察键盘编码表，可以发现按键的通码与断码存在一定的联系，多数断码的第一个字节是‘F0’，第二个字节则是这个键的通码。

如果按下键盘上的扩展按键时，如‘END’，当‘END’键被按下后，键盘会首先向主机发送‘E0’，然后发送‘F0’，最后再发送‘69’。 根据上述的分析可知，在主机(FPGA)解码一次数据后，还需要对这个数据进行分析判断，判断该数据是否为断码标志‘F0’以及扩展码标志‘E0’。

设计架构图:

本设计将实现在PS2键盘上按下26个字母任一个，在数码管上显示其对应的ASCII码。架构图如下：

ps2scan模块是根据PS2的时序协议，将键盘的按键值译成一个8位的数据(out_data)输出；ASCII模块，根据ASCII表，将数据与字母一一对应；seg_num模块将相应的数据在数码管上显示。

设计代码:

ps2scan模块代码：

0moduleps2scan(clk,rst_n,ps2_sclk,ps2_sda,out_data);

1

2//端口信号：模块的输入输出接口

3inputclk;//系统时钟

4inputrst_n;//低电