进阶项目（12）PS2键盘驱动程序设计讲解

写在前面的话

我们从小就开始接触电脑，曾经多么羡慕那些在键盘上洋洋洒洒的人，手指轻柔的飞舞，刻画出一章章美丽的篇幅…那么作为工程师的我们，同样拥有着属于我们的情怀。如果曾经的向往变成我们喜欢的玩具；如果曾经的神秘变成我们夜以继日的痴迷。那么，一切又将如何？梦翼师兄携手大家一起来欣赏、来品味。

项目需求

设计一个ps2键盘的接口驱动电路。

原理分析

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，而在下降沿的时候数据被采样，大多数的ps2设备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）

当键盘的某一个按键被按下的时候，键盘会向外发送那一个按键的通码，当按键松开的时候，键盘就会向外发送那一个按键的断码，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。

右侧小键盘的0-9的通码与断码如下图所示：

现在我们具体举一个例子来说明ps2接口的工作原理，假设我现在按下小键盘中的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 8’h70，接着再发9按键的断码8’hf0 8’h7d，发送数据的顺序如下： 8’h70→8’h7d→8’hf0→8’h70→8’hf0→8’h7d。

系统架构

当ps2_data_out信号有效的时候，valid会拉高一个周期（valid可用于同其他级联模块的握手）。

模块功能介绍

模块名	功能描述
ps2_scan	将ps2接口传输过来数据转成通码或者断码

顶层模块端口描述

端口名	端口说明
clk	系统时钟输入
rst_n	系统复位
Ps2_clk	时钟信号线
Ps2_data_in	数据线
valid	通、断码有效信号（高电平有效）
Ps2_data_out	通、断码信号

用signaltap ii 分析波形

打开signaltap ii ，将采样时钟设置为clk，采样深度为64K。将ps2_clk和ps2_data_in两个输入信号引出来，并将ps2_clk的的触发条件改为下降沿（我们是在ps2_clk为下降沿的时候采集数据），之后进行全编译，并将编译好的sof文件下载到开发板中。

按下数字键“1”（数字小键盘），波形图上出现如下波形：

在ps2_clk每个下降沿，我们进行读数据，分别是：“01001011011”。第一位是起始位“0”，后面连续的8位是低位在前的有效数据：“10010110”，改成高位在前就是“01101001”，也就是我们的8‘h69（1的通码就是8’h69）。第十位“1”为奇偶校验位，第十一位“1”是停止位，这两位不需要我们关心。

放开按键“1”，出现了如下的波形：

在ps2_clk每个下降沿，我们进行读数据，分别是：“00000111111”。第一位是起始位“0”，后面连续的8位是低位在前的有效数据：“00001111”，改成高位在前就是“11110000”，也就是我们的8‘hf0（1的断码就是8‘hf0和8’h69 ，8’h69由于采样深度的原因显示不出来波形，不过我们也能分析出来它是怎么来的）。第十位“1”为奇偶校验位，第十一位“1”是停止位，这两位不需要我们关心。

根据ps2接口的原理和下板实测，我们得知了ps2接口传输数据的方式，那么就可以很容易地编写出我们的代码。

代码解释

Ps2_scan模块代码

/****************************************************

* Engineer : 梦翼师兄

* QQ : 761664056

* The module function：将ps2接口传输过来的数据译成通、断码

*****************************************************/

000 module ps2_scan (

001 clk, //系统输入时钟

002 rst_n,//系统复位

003 ps2_data_in,//ps2的数据

004 ps2_data_out,//按键的通、断码

005 ps2_clk,//ps2的时钟

006 valid//通、断码有效信号

007 );

008 //系统输入

009 input clk;//系统输入时钟

010 input rst_n;//系统复位

011 input ps2_clk;//ps2的时钟

012 input ps2_data_in;//ps2的数据

013 //系统输出

014 output reg [7:0] ps2_data_out;//按键的通、断码

015 output reg valid;//通、断码有效信号

016

017 wire neg;//下降沿标志线

018 reg ps2_clk_temp;//时钟寄存器

019

020 always @ (posedge clk or negedge rst_n)

021 begin

022 if (!rst_n)

023 ps2_clk_temp <= 0;

024 else

025 ps2_clk_temp <= ps2_clk;//时钟寄存器中的值永远比ps2_clk晚一拍

026 end

027

028

029 //当寄存器里面是1，ps2_clk为0的时候

030 assign neg = ps2_clk_temp && (~ps2_clk);//正好就是ps2_clk为下降沿。

031

032 reg [3:0] num;//接收到数据线上数据的个数

033

034 always @ (posedge clk or negedge rst_n)

035 begin

036 if (!rst_n)

037 begin

038 num <= 0;

039 valid <= 0;

040 ps2_data_out <= 0;

041 end

042 else

043 begin

044 if (neg)

045 begin

046 case (num)

047 0 : num <= num + 1;//起始位

048

049 1 : begin//有效数据的第0位

050 num <= num + 1;

051 ps2_data_out[0] <= ps2_data_in;

052 end

053

054 2 : begin//有效数据的第1位

055 num <= num + 1;

056 ps2_data_out[1] <= ps2_data_in;

057 end

058

059 3 : begin//有效数据的第2位

060 num <= num + 1;

061 ps2_data_out[2] <= ps2_data_in;

062 end

063

064 4 : begin//有效数据的第3位

065 num <= num + 1;

066 ps2_data_out[3] <= ps2_data_in;

067 end

068

069 5 : begin//有效数据的第4位

070 num <= num + 1;

071 ps2_data_out[4] <= ps2_data_in;

072 end

073

074 6 : begin//有效数据的第5位

075 num <= num + 1;

076 ps2_data_out[5] <= ps2_data_in;

077 end

078

079 7 : begin//有效数据的第6位

080 num <= num + 1;

081 ps2_data_out[6] <= ps2_data_in;

082 end

083

084 8 : begin//有效数据的第7位

085 num <= num + 1;

086 ps2_data_out[7] <= ps2_data_in;

087 end

088

089 9 : begin//奇偶校验位

090 num <= num + 1;

091 valid <= 1;//拉高通、断码有效标志

092 end

093

094 10 : num <= 0;//停止位

095

096 default : ;

097 endcase

098 end

099 else

100 begin

101 valid <= 0;//拉低通、断码有效标志

102 end

103 end

104 end

105

106 endmodule

代码中第47行，我们知道第一个是起始位是”0“，故并没有判断，而是直接跳转到下一个状态。

代码中第89行，ps2_data_in发送的是奇偶校验位，在此我们并没有做出判断，而是直接跳转到下一个状态。

代码中第91行，直接拉高通、断码的有效标志信号。

代码中第101行，直接拉低通、断码的有效标志信号。

代码中第94行，ps2_data_in发送的是停止位“0”。

测试代码

/****************************************************

* Engineer : 梦翼师兄

* QQ : 761664056

* The module function：测试ps2_scan模块

*****************************************************/

000 `timescale 1ns/1ps //定义时间单位和精度

001

002 module ps2_scan_tb;

003 //系统输入

004 reg clk;//系统输入时钟

005 reg rst_n;//系统复位

006 reg ps2_clk;//ps2的时钟

007 reg ps2_data_in;//ps2的数据

008 //系统输出

009 wire [7:0] ps2_data_out;//按键的通、断码

010 wire valid;//通、断码有效信号

011

012 initial begin

013 clk = 1;

014 rst_n = 0;

015 ps2_clk = 1;

016 ps2_data_in = 1;

017 #200.1

018 rst_n = 1;

019 //数字“1”的通码

020 ps2_data_in = 0;//起始位“0”

021 #60

022 ps2_clk = 0;

023 #120

024 ps2_clk = 1;

025 #60

026 ps2_data_in = 1;//“1”

027 #60

028 ps2_clk = 0;

029 #120

030 ps2_clk = 1;

031 #60

032 ps2_data_in = 0;//“0”

033 #60

034 ps2_clk = 0;

035 #120

036 ps2_clk = 1;

037 #60

038 ps2_data_in = 0;//“0”

039 #60

040 ps2_clk = 0;

041 #120

042 ps2_clk = 1;

043 #60

044 ps2_data_in = 1;//“1”

045 #60

046 ps2_clk = 0;

047 #120

048 ps2_clk = 1;

049 #60

050 ps2_data_in = 0;//“0”

051 #60

052 ps2_clk = 0;

053 #120

054 ps2_clk = 1;

055 #60

056 ps2_data_in = 1;//“1”

057 #60

058 ps2_clk = 0;

059 #120

060 ps2_clk = 1;

061 #60

062 ps2_data_in = 1;//“1”

063 #60

064 ps2_clk = 0;

065 #120

066 ps2_clk = 1;

067 #60

068 ps2_data_in = 0;//“0”

069 #60

070 ps2_clk = 0;

071 #120

072 ps2_clk = 1;

073 #60

074 ps2_data_in = 1;//奇偶校验位“1”

075 #60

076 ps2_clk = 0;

077 #120

078 ps2_clk = 1;

079 #60

080 ps2_data_in = 1;//停止位“1”

081 #60

082 ps2_clk = 0;

083 #120

084 ps2_clk = 1;

085 #2000

086 //断码中“f0”

087 ps2_data_in = 0;//起始位“0”

088 #60

089 ps2_clk = 0;

090 #120

091 ps2_clk = 1;

092 #60

093 ps2_data_in = 0;//“0”

094 #60

095 ps2_clk = 0;

096 #120

097 ps2_clk = 1;

098 #60

099 ps2_data_in = 0;//“0”

100 #60

101 ps2_clk = 0;

102 #120

103 ps2_clk = 1;

104 #60

105 ps2_data_in = 0;//“0”

106 #60

107 ps2_clk = 0;

108 #120

109 ps2_clk = 1;

110 #60

111 ps2_data_in = 0;//“0”

112 #60

113 ps2_clk = 0;

114 #120

115 ps2_clk = 1;

116 #60

117 ps2_data_in = 1;//“1”

118 #60

119 ps2_clk = 0;

120 #120

121 ps2_clk = 1;

122 #60

123 ps2_data_in = 1;//“1”

124 #60

125 ps2_clk = 0;

126 #120

127 ps2_clk = 1;

128 #60

129 ps2_data_in = 1;//“1”

130 #60

131 ps2_clk = 0;

132 #120

133 ps2_clk = 1;

134 #60

135 ps2_data_in = 1;//“1”

136 #60

137 ps2_clk = 0;

138 #120

139 ps2_clk = 1;

140 #60

141 ps2_data_in = 1;//奇偶校验位“1”

142 #60

143 ps2_clk = 0;

144 #120

145 ps2_clk = 1;

146 #60

147 ps2_data_in = 1;//停止位“1”

148 #60

149 ps2_clk = 0;

150 #120

151 ps2_clk = 1;

152 #2000

153 //数字“1”的通码

154 ps2_data_in = 0;//起始位“0”

155 #60

156 ps2_clk = 0;

157 #120

158 ps2_clk = 1;

159 #60

160 ps2_data_in = 1;//“1”

161 #60

162 ps2_clk = 0;

163 #120

164 ps2_clk = 1;

165 #60

166 ps2_data_in = 0;//“0”

167 #60

168 ps2_clk = 0;

169 #120

170 ps2_clk = 1;

171 #60

172 ps2_data_in = 0;//“0”

173 #60

174 ps2_clk = 0;

175 #120

176 ps2_clk = 1;

177 #60

178 ps2_data_in = 1;//“1”

179 #60

180 ps2_clk = 0;

181 #120

182 ps2_clk = 1;

183 #60

184 ps2_data_in = 0;//“0”

185 #60

186 ps2_clk = 0;

187 #120

188 ps2_clk = 1;

189 #60

190 ps2_data_in = 1;//“1”

191 #60

192 ps2_clk = 0;

193 #120

194 ps2_clk = 1;

195 #60

196 ps2_data_in = 1;//“1”

197 #60

198 ps2_clk = 0;

199 #120

200 ps2_clk = 1;

201 #60

202 ps2_data_in = 0;//“0”

203 #60

204 ps2_clk = 0;

205 #120

206 ps2_clk = 1;

207 #60

208 ps2_data_in = 1;//奇偶校验位“1”

209 #60

210 ps2_clk = 0;

211 #120

212 ps2_clk = 1;

213 #60

214 ps2_data_in = 1;//停止位“1”

215 #60

216 ps2_clk = 0;

217 #120

218 ps2_clk = 1;

219 end

220

221 always # 10 clk = ~clk;//50M的时钟

222

223 ps2_scan ps2_scan (

224 .clk(clk), //系统输入时钟

225 .rst_n(rst_n),//系统复位

226 .ps2_data_in(ps2_data_in),//ps2的数据

227 .ps2_data_out(ps2_data_out),//按键的通、断码

228 .ps2_clk(ps2_clk),//ps2的时钟

229 .valid(valid)//通、断码有效信号

230 );

231

232 endmodule

测试中，我们发送了数字”1“的通码，断码，模仿了数字键”1“的按下和抬起。

仿真分析

在仿真中，测试了数字 “1”的通、断码的接收和发送，每当检测出一个八位有效数据的时候，valid都会出现一个时钟周期的尖峰脉冲。

转载于:https://www.cnblogs.com/mengyi1989/p/11521092.html

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