PS2鼠標使用USB接口的轉(zhuǎn)換器
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為了出差方便，筆者購置了筆記本電腦，由于筆記本電腦已淘汰了PS2接口，于是家中的PS2鼠標就被閑置了起來，筆者突發(fā)奇想，USB鼠標可以通過一個簡易的轉(zhuǎn)接器插到臺式機的PS2口中使用，反過來行不行呢?筆者做了試驗，結(jié)果卻很失望，根本不行。看來需要另辟蹊徑，于是，一不做二不休，用PDIUSBD12和51單片機設計了一個PS2轉(zhuǎn)USB的協(xié)議轉(zhuǎn)換器。原本其實并不抱太大的希望，結(jié)果卻神奇般地成功了，而且不需要另外編寫驅(qū)動，采用USB直接供電，識別為USB鼠標，十分好用，現(xiàn)將制作成果分享如下。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202442.htm硬件設計
電路原理圖如圖1所示。
其中鼠標PS2接口的引腳定義如圖2。
電路的主體為ATMEL公司的51系列芯片ATMEL89S52(以下簡稱S52)和PHILIPS公司的并行傳輸USB接口芯片PDIUSBD12(以下簡稱D12)。S52相信讀者已經(jīng)非常熟悉了，最高24MHz的主頻，256字節(jié)的RAM，4組8位I／O口，沒有什么特別的功能，一切中規(guī)中矩，本設計在此僅用到一個外部中斷。但這同時也說明，任何51內(nèi)核(帶總線)的單片機都可以適用。
PDIUSBD12是應用十分廣泛的并行接口USB控制芯片，作為實現(xiàn)USB接口的標準組件，D12使設計者能夠靈活選擇合適的MCU，用最經(jīng)濟最快的方式實現(xiàn)USB外設的解決方案。
S52主要完成PS2接口鼠標的控制與數(shù)據(jù)獲取，并通過PDIUSBD12與PC完成鼠標協(xié)議數(shù)據(jù)的傳輸。
為了精簡電路，S52使用D12的可編程時鐘源，通過編程輸出高達24MHz的時鐘，供S52使用；觀察調(diào)試輸出的Uart波特率需要為19200bps，便于快速輸出信息，不耽誤正常的USB枚舉。
軟件設計
鼠標的工作模式有四種，分別為Reset模式，Wrap模式，Remote模式和Stream模式。前兩種作為測試用，Remote模式為主機有需要時，發(fā)送命令使鼠標回送位移數(shù)據(jù)，Stream模式是上電的初始模式，每當鼠標產(chǎn)生位置或者按鍵狀態(tài)的改變就自動發(fā)送數(shù)據(jù)。顯而易見，第四種模式最為合適。正常讀取鼠標數(shù)據(jù)前只需發(fā)送命令(0xF4)，此命令告知鼠標，主機已經(jīng)準備完畢，可以接受位移數(shù)據(jù)。
但是這樣簡單的初始化存在著一個顯著的缺陷，就是筆者發(fā)現(xiàn)滾輪無法使用了。這個問題困擾了筆者很久，原以為是軟件編寫出現(xiàn)小錯誤，引起鼠標能工作，但工作不正常。后來仔細查看了相關文檔才發(fā)現(xiàn)，鼠標的初始化遠沒有那么簡單，有點復雜卻非常有趣：首先進行復位，這時的鼠標還是不帶滾輪的，然后依次設置鼠標的采樣率為200、100、80，這時候，就可以被識別為帶滾輪的鼠標了，隨后就根據(jù)需要，設置所需的采樣率，一般默認的100即可。
PS／2鼠標與控制器間履行一種雙向同步串行數(shù)據(jù)幀協(xié)議，每幀為11～12Bit，如圖3所示。
按照標準的三鍵鼠標的數(shù)據(jù)包有效數(shù)據(jù)為3個字節(jié)，如圖4所示。
讀取PS／2鼠標數(shù)據(jù)后需要按照USB鼠標的格式進行轉(zhuǎn)換。USB鼠標的數(shù)據(jù)格式如圖5所示： 此鼠標的重點調(diào)試重點是S52的USB控制代碼。筆者參考了PHILIPS的標準固件驅(qū)動代碼，并進行了一定優(yōu)化。
USB的控制代碼通常由三部分組成。
(1)初始化：初始化主要對S52以及外圍電路的初始化，通過復位，初始化USB并讀取D12的ChipID進行確認(D12的ChipID為0x1012)；
(2)中斷服務：用于對主機的令牌包的響應，主要包括StandardDeviceReq標準請求，VendorDeviceReq用戶廠商請求和ClassFunctionReq類設備請求等，其中比較重要的為標準請求。標準請求的作用是告訴PC這是一個什么樣的USB設備，包括USB類型、USB設備的描述符等；
(3)主循環(huán)處理數(shù)據(jù)：用于對獲得的USB鼠標數(shù)據(jù)的處理填充，并等待PC要求數(shù)據(jù)時將數(shù)據(jù)傳送給PC。
Windows對USB設備的枚舉順序：
(1)GetDeviceDescriptor：主機主要對Length感興趣，即第2字節(jié)type必須為0x01，即Device，否則PC將重復2次后放棄(注意：此步只發(fā)送前16字節(jié)設備描述符)；
(2)SetAddress：一般為02或者03；
(3)GetDeviceDescriptor：讀取全部設備描述符，一般為18字節(jié)分為2次傳輸，如果不正確PC重復2次后放棄(與(1)步相比，此步發(fā)送全部的18字節(jié)設備描述符)；
(4)GetConfigDescriptor：注意第2字節(jié)一定為0x02即Config；
(5)GetStringDescriptor：根據(jù)在設備描述符中的第15、16、17字節(jié)索引順序而定，一般先讀取LanguageID再讀取ProductString讀取全部ConfigDescriptor，次數(shù)根據(jù)描述符的大小決定，端點個數(shù)不同，描述符大小不同。至此PC已經(jīng)能正確識別設備并安裝驅(qū)動，如果不正確PC將重復2次后放棄；
(6)SetCorfiguration、GetConfiguration和Getlnterface等調(diào)用，對設備的狀態(tài)進行最后的配置即完成設備的枚舉。
在編寫USB固件程序時需要注意：
(1)S52的中斷應設置為電平觸發(fā)，中斷后必須讀上次傳輸狀態(tài)寄存器命令0x40-0x45，以清除中斷寄存器中的中斷標志，只有這樣D12的中斷輸出才能變回高電平；
(2)在接收到Setup包后必須調(diào)用ACKsetup命令重新使能端口0；
(3)在向IN端點寫完數(shù)據(jù)后必須調(diào)用ValidateBuffer命令(0xFA)指明緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)有效，可以發(fā)送到主機；
(4)當讀完數(shù)據(jù)后必須調(diào)用ClearBuffer命令(0xF2)，以保證可以接收新的包；
(5)在調(diào)試過程中，可使用USBVIEW等工具軟件，外加代碼中的串口輸出調(diào)試信息配合完成；
(6)在代碼中涉及到鼠標報告描述符MouseReportDescriptor，可以使用HID Descrptor Tool工具生成。
USB鼠標的軟件流程如下： 完成后的截圖如圖7所示。
圖7為在設備管理器中看到的識別為“USB人體學輸入設備”以及“HID-compliant mouse”；在“人體學輸入設備”查看屬性，可看到“位置0(LLH-HXY’MOUSE)”。
圖8為使用USBVIEW調(diào)試工具看到的USB鼠標信息。
圖9為筆者的做的實物圖，正在使用中。
該USB鼠標經(jīng)過筆者的長時間測試使用，性能比較穩(wěn)定。在實際使用過程中應對鼠標的移動速度進行調(diào)整，以更加適應自身的使用習慣。除此之外，硬件焊接正確無需調(diào)試便可正常工作。筆者已經(jīng)附上全部的代碼以及調(diào)試輸出信息，供讀者進行參考。
本文利用ATMEL89S52完成了鼠標移動數(shù)據(jù)的讀取與PC機通信數(shù)據(jù)的傳送，其實質(zhì)為PS／2到USB協(xié)議的轉(zhuǎn)換，有興趣的讀者可以使用更加小巧、低電壓的芯片進行改造，使結(jié)構(gòu)更加合理，外觀更加美觀。從學習USB協(xié)議的通用性和易用性上說，具有廣泛的價值。
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