采用EP2C5T144C8 FPGA实现PS/2接口的设计方法

采用EP2C5T144C8 FPGA实现PS/2接口的设计方法

引言

PS/2接口和协议

接口的物理特性

接口协议原理

如果主机要发送数据，就必须控制鼠标产生时钟信号，方法如下：主机首先下拉时钟线至少100μS抑制通信，然后再下拉数据线，最后释放时钟线。鼠标检测到这个时序状态后，会在10mS内产生时钟信号。如图3中（Ａ）时序段。主机和鼠标之间，传输数据帧的时序如图2、图3所示。

PS/2鼠标的工作模式和协议数据包格式

PS/2鼠标的四种工作模式

数据包结构

PS/2鼠标在工作过程中，会及时把它的状态数据发送给主机。发送的数据包格式如表１所示。

Byte1中的Bit0、Bit1、Bit2分别表示左、右、中键的状态，状态值０表示释放，１表示按下；Byte2和Byte3分别表示Ｘ轴和Ｙ轴方向的移动计量值，是二进制补码值；Byte4的低四位表示滚轮的移动计量值，也是二进制补码值，高四位作为扩展符号位。这种数据包由带滚轮的三键三维鼠标产生，若是不带滚轮的三键鼠标，产生的数据包没有Byte4，其余的相同。

VGA信号时序

设计实现

实现功能

1、 用FPGA实现PS/2鼠标接口。

2、鼠标左键按下时十字形鼠标图象的中间方块改变颜色，右键按下时箭头改变颜色。

3、 Reset按键：总复位。

设计原理

主机复位后，首先向鼠标发送初始化命令（0xf4）。当鼠标收到命令字后会给出一个应答字节（0xfa），主机根据应答字节来判断鼠标是否正确应答。如果应答正确则接收鼠标数据包，然后从接收到的数据包中获得鼠标位置及状态数据，并输出给显示模块。显示模块在CRT上显示出当前鼠标的状态和位置，否则，停止处理。如图5。

PS/2程序源码

end mouse;

architecture Behavioral of mouse is

--变量、信号定义（略）

begin

ps2_clk 《= ‘0’ when ps2_clk_hi_z=‘0’ else ‘Z’;

ps2_data 《= ‘0’ when ps2_data_hi_z=‘0’ else ‘Z’;

--检测ps2clk上升沿和下降沿（略）

m2statech： process （reset， clk） ------------------m2 状态

begin

m2_state 《= m2_reset;

elsif （clk‘event and clk=’1‘） then

m2_state 《= m2_next_state;

end if;

end procESS;

--m2 状态传输逻辑

begin

ps2_clk_hi_z 《= ’1‘;

ps2_data_hi_z 《= ’1‘;

error_no_ack 《= ’0‘;

output_strobe 《= ’0‘;

case m2_state is

when m2_reset =》 -- 复位后向鼠标发送命令字

m2_next_state 《= m2_hold_clk_l;

when m2_wait =》

if （fall=’1‘） then

m2_next_state 《= m2_gather;

else

m2_next_state 《= m2_wait;

end if;

when m2_gather =》

m2_next_state 《= m2_verify;

else

m2_next_state 《= m2_gather;

end if;

when m2_verify =》

--if （bitcount 《 TOTAL_BITS） then

--m2_next_state 《= m2_wait;

--else

m2_next_state 《= m2_use;

--end if;

when m2_use =》

output_strobe 《= ’1‘;

m2_next_state 《= m2_wait;

-- 用状态机的9个状态实现命令字传输，使鼠标进入“streaming”模式，并等待鼠标正确应答 ［page］

when m2_hold_clk_l =》

m2_next_state 《= m2_data_low_1;

else

m2_next_state 《= m2_hold_clk_l;

end if;

when m2_data_low_1 =》

ps2_data_hi_z 《= ’0‘; -- 数据位 开始位， d［0］ and d［1］

if （fall=’1‘ and （bitcount = 2）） then

m2_next_state 《= m2_data_high_1;

else

m2_next_state 《= m2_data_low_1;

end if;

when m2_data_high_1 =》

ps2_data_hi_z 《= ’1‘; -- 数据位 d［2］

if （fall=’1‘ and （bitcount = 3）） then

m2_next_state 《= m2_data_low_2;

else

m2_next_state 《= m2_data_high_1;

end if;

when m2_data_low_2 =》

ps2_data_hi_z 《= ’0‘; -- 数据位 d［3］

if （fall=’1‘ and （bitcount = 4）） then

m2_next_state 《= m2_data_high_2;

else

m2_next_state 《= m2_data_low_2;

end if;

when m2_data_high_2 =》

ps2_data_hi_z 《= ’1‘; -- 数据位 d［4］，d［5］，d［6］，d［7］

if （fall=’1‘ and （bitcount = 8）） then

m2_next_state 《= m2_data_low_3;

else

m2_next_state 《= m2_data_high_2;

end if;

when m2_data_low_3 =》

ps2_data_hi_z 《= ’0‘; -- 奇偶校验位

if （fall=’1‘） then

m2_next_state 《= m2_data_high_3;

else

m2_next_state 《= m2_data_low_3;

end if;

when m2_data_high_3 =》

ps2_data_hi_z 《= ’1‘; -- 允许鼠标拉成低电平（ACK脉冲）

if （fall=’1‘ and （ps2_data=’1‘）） then

m2_next_state 《= m2_error_no_ack;

elsif （fall=’1‘ and （ps2_data=’0‘）） then

m2_next_state 《= m2_await_response;

else

m2_next_state 《= m2_data_high_3;

end if;

when m2_error_no_ack =》

error_no_ack 《= ’1‘;

m2_next_state 《= m2_error_no_ack;

-- 为了鼠标正确进入“streaming”模式，状态极必须等待足够长的时间，确保鼠标正确应答0xFA。

when m2_await_response =》

--if （bitcount = 22） then

m2_next_state 《= m2_verify;

--else

-- m2_next_state 《= m2_await_response;

--end if;

end case;

end process;-----------------------------m2 状态结束

-- 位计数器 （略）

-- 看门狗时间计数器（略）

watchdog_timer_done 《= ’1‘ when （watchdog_timer_count=WATCHDOG-1） else ’0‘;

packet_good 《= ’1‘; -- 接收数据包有效标志

outdata： process （reset， clk） -- 输出数据

begin

if （reset=’0‘） then

left_button 《= ’0‘;

right_button 《= ’0‘;

elsif （clk’event and clk=‘1’） then

if （output_strobe=‘1’） then

left_button 《= q（1）;

right_button 《= q（2）;

mouseyy 《= not （q（6） & q（6） & q（30 downto 23）） + “1”;

end if;

end if;

end process;

cordinatex： process （reset， clk）

begin

if （reset=‘0’） then

mousex 《= “0110010000”; -- 400

elsif （clk‘event and clk=’1‘） then

if （output_strobe=’1‘） then

if （（mousex 》= 797 and q（5）=’0‘） or （mousex 《= 2 and

q（5）=’1‘）） then

mousex 《= mousex;

else

mousex 《= mousex + （q（5） & q（5） & q（19 downto

12））;--q（5）：xsign q（6）：ysign

end if;

end if;

end if;

end process;

cordinatey： process （reset， clk）

begin

if （reset=’0‘） then

mousey 《= “0100101100”; -- 300

elsif （clk’event and clk=‘1’） then

if （output_strobe=‘1’） then

if （（mousey 》= 597 and q（6）=‘1’） or （mousey 《= 2

and q（6）=‘0’）） then

mousey 《= mousey;

else

m ousey 《= mousey + mouseyy; --（q（6） & q（6） & q（30

downto 23））;

end if;

end if;

end if;

end process;

data_ready 《= output_strobe;

end Behavioral;

结束语

该设计可以被应用到各种需要鼠标操作、以VGA作为显示的嵌入式系统中，从而大大提高人机交互能力，降低了开发成本，提高了开发效率，使系统的稳定性也得到了可靠的保障。

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