基于FPGA的PS/2鼠標(biāo)接口設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用

　　當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已得到了廣泛應(yīng)用，但傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的人機(jī)接口多采用小鍵盤操作的文本菜單方式，用戶操作較為不便。本設(shè)計(jì)利用FPGA實(shí)現(xiàn)對(duì)PS/2接口鼠標(biāo)的控制，是在以VGA作為輸出設(shè)備的單片機(jī)系統(tǒng)上初步實(shí)現(xiàn)圖形化用戶界面的方案，它成本低、效果好，并且有很強(qiáng)的實(shí)用性。

　　FPGA（Field Programmable Gate Array）是 20世紀(jì)80年代中期出現(xiàn)的高密度、可編程邏輯器件，FPGA及其軟件系統(tǒng)是開發(fā)數(shù)字電路的最新技術(shù)，它利用EDA技術(shù)，以電路原理圖、硬件描述語(yǔ)言及狀態(tài)機(jī)等形式輸入設(shè)計(jì)邏輯，提供功能模擬、時(shí)序仿真等模擬手段，在功能模擬和時(shí)序仿真度滿足要求后，經(jīng)過(guò)一系列變換，將輸入邏輯轉(zhuǎn)換成FPGA器件的編程文件，以實(shí)現(xiàn)專用集成電路。本設(shè)計(jì)選用Altera公司推出的CyclONe II系列的EP2C5T144C8 FPGA來(lái)設(shè)計(jì)PS/2接口，體積減小，可靠性提高。

PS/2接口和協(xié)議

接口的物理特性

　　PS/2接口用于許多現(xiàn)代的鼠標(biāo)和鍵盤，由IBM最初開發(fā)和使用。物理上的PS/2接口有兩種類型的連接 器 ：5腳的DIN和６腳的MINI-DIN。圖1就是兩種連接器的引腳定義。使用中，主機(jī)提供+5V電源給鼠標(biāo)，鼠標(biāo)的地連接到主機(jī)電源地上。

接口協(xié)議原理

　　PS/2鼠標(biāo)接口采用一種雙向同步串行協(xié)議，即每在時(shí)鐘線上發(fā)一個(gè)脈沖，就在數(shù)據(jù)線上發(fā)送一位數(shù)據(jù)。在相互傳輸中，主機(jī)擁有總線控制權(quán)，即它可以在任何時(shí)候抑制鼠標(biāo)的發(fā)送，方法是把時(shí)鐘線一直拉低，鼠標(biāo)就不能產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)并發(fā)送數(shù)據(jù)。在兩個(gè)方向的傳輸中，時(shí)鐘信號(hào)都由鼠標(biāo)產(chǎn)生，主機(jī)不產(chǎn)生通信時(shí)鐘信號(hào)。


　　如果主機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)，就必須控制鼠標(biāo)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，方法如下：主機(jī)首先下拉時(shí)鐘線至少100μS抑制通信，然后再下拉數(shù)據(jù)線，最后釋放時(shí)鐘線。鼠標(biāo)檢測(cè)到這個(gè)時(shí)序狀態(tài)后，會(huì)在10mS內(nèi)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。如圖3中(Ａ)時(shí)序段。主機(jī)和鼠標(biāo)之間，傳輸數(shù)據(jù)幀的時(shí)序如圖2、圖3所示。

PS/2鼠標(biāo)的工作模式和協(xié)議數(shù)據(jù)包格式

PS/2鼠標(biāo)的四種工作模式

　　PS/2鼠標(biāo)的四種工作模式分別是：Reset模式，當(dāng)鼠標(biāo)上電或主機(jī)發(fā)復(fù)位命令(0xFF)給它時(shí)，進(jìn)入這種模式；STream模式，鼠標(biāo)的默認(rèn)模式，當(dāng)鼠標(biāo)上電或復(fù)位完成后，自動(dòng)進(jìn)入此模式，鼠標(biāo)基本上以此模式工作；Remote模式，只有在主機(jī)發(fā)送了模式設(shè)置命令(0xF0)后，鼠標(biāo)才進(jìn)入這種模式；Wrap模式，這種模式只用于測(cè)試鼠標(biāo)與主機(jī)連接是否正確。

數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)

　　PS/2鼠標(biāo)在工作過(guò)程中，會(huì)及時(shí)把它的狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)。發(fā)送的數(shù)據(jù)包格式如表１所示。