ps/2接口标准的发展过程
随
着计算机工业的发展，作为计算机最常用输入设备的键盘也日新月异。1981年IBM推出了IBM
pc/XT键盘及其接口标准。该标准定义了83键，采用5脚DIN连接器和简单的串行协议。实际上，第一套键盘扫描码集并没有主机到键盘的命令。为此，
1984年IBM推出了IBM
AT键盘接口标准。该标准定义了84~101键，采用5脚DIN连接器和双向串行通讯协议，此协议依照第二套键盘扫描码集设有8个主机到键盘的命令。到了
1987年，IBM又推出了ps/2键盘接口标准。该标准仍旧定义了84~101键，但是采用6脚mini-DIN连接器，该连接器在封装上更小巧，仍然
用双向串行通讯协议并且提供有可选择的第三套键盘扫描码集，同时支持17个主机到键盘的命令。现在，市面上的键盘都和ps/2及AT键盘兼容，只是功能不
同而已。
ps/2接口硬件
2.1 物理连接器
一
般，具有五脚连接器的键盘称之为AT键盘，而具有六脚mini-DIN连接器的键盘则称之为ps/2键盘。其实这两种连接器都只有四个脚有意义。它们分别
是Clock(时钟脚)、DATA(数据脚)、+5V(电源脚)和Ground(电源地)。在ps/2键盘与pc机的物理连接上只要保证这四根线一一对应
就可以了。ps/2键盘靠pc的ps/2端口提供+5V电源，另外两个脚Clock(时钟脚)和DATA(数据脚)都是集电极开路的，所以必须接大阻值的
上拉电阻。它们平时保持高电平，有输出时才被拉到低电平，之后自动上浮到高电平。现在比较常用的连接器如图1所示。
2.2 电气特性
ps/2
通讯协议是一种双向同步串行通讯协议。通讯的两端通过Clock(时钟脚)同步，并通过DATA(数据脚)交换数据。任何一方如果想抑制另外一方通讯时，
只需要把Clock(时钟脚)拉到低电平。如果是pc机和ps/2键盘间的通讯，则pc机必须做主机，也就是说，pc机可以抑制ps/2键盘发送数据，而
ps/2键盘则不会抑制pc机发送数据。一般两设备间传输数据的最大时钟频率是33kHz，大多数ps/2设备工作在10~20kHz。推荐值在
15kHz左右，也就是说，Clock(时钟脚)高、低电平的持续时间都为40μs。每一数据帧包含11~12个位，具体含义如表1所列。
表1 数据帧格式说明
| 1个起始位 |
总是逻辑0 |
| 8个数据位 |
（LSB）低位在前 |
| 1个奇偶校验位 |
奇校验 |
| 1个停止位 |
总是逻辑1 |
| 1个应答位 |
仅用在主机对设备的通讯中 |
表中，如果数据位中1的个数为偶数，校验位就为1；如果数据位中1的个数为奇数，校验位就为0；总之，数据位中1的个数加上校验位中1的个数总为奇数，因此总进行奇校验。
2.3 ps/2设备和pc机的通讯
ps/2
设备的Clock(时钟脚)和DATA(数据脚) 都是集电极开路的，平时都是高电平。当ps/2设备等待发送数据时，它首先检查Clock(时钟脚)以确
认其是否为高电平。如果是低电平，则认为是pc机抑制了通讯，此时它必须缓冲需要发送的数据直到重新获得总线的控制权(一般ps/2键盘有16个字节的缓
冲区，而ps/2鼠标只有一个缓冲区仅存储最后一个要发送的数据)。如果Clock(时钟脚)为高电平，ps/2设备便开始将数据发送到pc机。一般都是
由ps/2设备产生时钟信号。发送时一般都是按照数据帧格式顺序发送。其中数据位在Clock(时钟脚)为高电平时准备好，在Clock(时钟脚)的下降
沿被pc机读入。ps/2设备到pc机的通讯时序如图2所示。
当时钟频率为15kHz时，从Clock(时钟脚)的上升沿到数据位转变时间至少要5μｓ。数据变化到Clock(时钟脚)下降沿的时间至少也有5 μｓ，但不能大于25 μｓ，这是由ps/2通讯协议的时序规定的。如果时钟频率是其它值，参数的内容应稍作调整。
上
述讨论中传输的数据是指对特定键盘的编码或者对特定命令的编码。一般采用第二套扫描码集所规定的码值来编码。其中键盘码分为通码(make)和断码
(Break)。通码是按键接通时所发送的编码，用两位十六进制数来表示，断码通常是按键断开时所发送的编码，用四位十六进制数来表示。
3 ps/2接口的嵌入式软件编程方法
ps/2设备主要用于产生同步时钟信号和读写数据。
3．1 ps/2向pc机发送一个字节
从ps/2向pc机发送一个字节可按照下面的步骤进行：
(1)检测时钟线电平，如果时钟线为低，则延时50μｓ；
(2)检测判断时钟信号是否为高，为高，则向下执行，为低，则转到(1)；
(3)检测数据线是否为高，如果为高则继续执行，如果为低，则放弃发送(此时pc机在向ps/2设备发送数据，所以ps/2设备要转移到接收程序处接收数据)；
(４)延时20μｓ(如果此时正在发送起始位，则应延时４0μｓ)；
(5)输出起始位(0)到数据线上。这里要注意的是：在送出每一位后都要检测时钟线，以确保pc机没有抑制ps/2设备，如果有则中止发送；
(６)输出8个数据位到数据线上；
(７)输出校验位；
(8)输出停止位(1)；
(９)延时30μｓ(如果在发送停止位时释放时钟信号则应延时50μｓ)；
通过以下步骤可发送单个位：
(1)准备数据位(将需要发送的数据位放到数据线上)；
(2)延时20μｓ；
(3)把时钟线拉低；
(４)延时４0μｓ；
(5)释放时钟线；
(６)延时20μｓ。
3．2 ps/2设备从pc机接收一个字节
由
于ps/2设备能提供串行同步时钟，因此，如果pc机发送数据，则pc机要先把时钟线和数据线置为请求发送的状态。pc机通过下拉时钟线大于100μｓ来
抑制通讯，并且通过下拉数据线发出请求发送数据的信号，然后释放时钟。当ps/2设备检测到需要接收的数据时，它会产生时钟信号并记录下面8个数据位和一
个停止位。主机此时在时钟线变为低时准备数据到数据线，并在时钟上升沿锁存数据。而ps/2设备则要配合pc机才能读到准确的数据。具体连接步骤如下：
(1)等待时钟线为高电平。
(2)判断数据线是否为低，为高则错误退出，否则继续执行。
(3)读地址线上的数据内容，共8个bit，每读完一个位，都应检测时钟线是否被pc机拉低，如果被拉低则要中止接收。
(４)读地址线上的校验位内容，1个bit。
(5)读停止位。
(６)如果数据线上为0(即还是低电平)，ps/2设备继续产生时钟，直到接收到1且产生出错信号为止(因为停止位是1，如果ps/2设备没有读到停止位，则表明此次传输出错)。
(７ 输出应答位。
(8) 检测奇偶校验位，如果校验失败，则产生错误信号以表明此次传输出现错误。
(９)延时４5 μｓ，以便pc机进行下一次传输。
读数据线的步骤如下：
(1)延时20μｓ；
(2)把时钟线拉低
(3)延时４0μｓ
(４)释放时钟线
(5)延时20μｓ
(６)读数据线。
下面的步骤可用于发出应答位；
(1)延时15μｓ；
(2)把数据线拉低；
(3)延时5μｓ；
(４)把时钟线拉低；
(5)延时４0μｓ；
(６)释放时钟线；
(７)延时5μｓ；
(8)释放数据线。
４ 用于工控机的双键盘设计
工控机通常要接标准键盘，但是为了方便操作，常常需要外接一个专用键盘。此实例介绍了在工控pc机到ps/2总线上再接入一个自制专用键盘的应用方法。
该
设计应能保证两个键盘单独工作，而且相互不能影响。因此，不能直接把专用键盘和标准键盘一起接到工控pc的ps/2口。鉴于这种情况，本设计使用模拟开关
ＣＤ４052并通过时分复用工控pc的ps/2口，来使在同一个时刻只有一个键盘有效，从而解决上述问题。其硬件原理图如图3所示。其中Ｐ2口和Ｐ1口用
于键盘扫描电路(图中未画出)，p0．0为数据端，p0．1为时钟端，p0．2为模拟开关选通端。由于专用键盘不需要接收工控pc机的命令，所以软件中并
不需要写这部分相应的代码。
通过软件可在专用键盘复位后把p0．2清0，以使模拟开关ＣＤ４052打开相应的通道。这时工控pc的标
准键盘将开始工作。标准键盘可以完成工控pc刚启动时对外设检测的应答。复位后的专用键盘不停地扫描有没有按键，如果有键按下则识别按键，并且按照预先的
设计进行编码，同时调用发送程序并通过ps/2口发送到工控pc。此时模拟开关关闭相应通道(将p0．2置1)，专用键盘接入工控pc
ps/2口的时钟线和数据线而工作，但标准键盘被模拟开关从ps/2的时钟线和数据线中断而不工作，这样，双键盘便可时分复用同一个工控pc机的ps/2
口。相应的发送子程序如下：
#define DATA p00 用p0．0做数据线
#define CLK p01 用p0．1做时钟线
#define INHIbit p02 用p0．2做ＣＤ４052的INH端
#define PORTR p1 用P1口做读入口
#define PORTW p2 用P2口做写出口 可以实现６４个自定义键
void send(uchar x) /* function for send a char data*/
{
uchar i,temp,char_temp;
bit flag_check =1;
INHIBIT =1; //disable standard keyboard
delay_ms(3);
temp = x;
for( i=0; i<8; i++) //find the number of 1 in this uchar x is odd or not
{
char_temp = temp & 0×01;
if(char_temp == 0×01)
{
flag_check =!flag_check;
}
temp = temp >>1;
}
CLK =1; //send 1 to P1 then read P1
while(!CLK) //if CLK is low wait
{
;
}
CLK =1;
DATA =1; //send 1 to P1 then read P1
if(CLK ==1)
{
delay_us(30);
}
if(CLK==1 && DATA==1) //send data
{
DATA =0; //start bit 0
delay_us(10);
CLK =0;
delay_us(5);
temp =x;
for(i=0;i<8;i++) //send 8 bits LSB first
{
CLK =1;
delay_us(5);
char_temp = temp & 0×01;
if ( char_temp == 0×01)
{
DATA =1;
}
else
{
DATA =0;
}
//DATA=(bit)(temp&0×01);
//LSB
delay_us(10);
CLK = 0;
delay_us(5);
temp = temp>>1;
}
CLK = 1; //send check bit
delay_us(5);
DATA = flag_check;
delay_us(10);
CLK = 0;
delay_us(5);
CLK =1; //send stop bit
delay_us(5);
DATA =1;
dalay_us(10);
CLK = 0;
delay_us(5);
CLK =1;
delay_us(30);
CLK =1;
DATA =1 ; //send 1 to P1 then read P1
if(CLK ==1 && DATA == 0)
{
return ; //pc is sending data to mcu,goto
//receiving function
}
INHIBIT = 0; //enable standard keyboard
}
5 结论
ps/2
接口协议是现在大多数键盘、鼠标与pc机通讯的标准协议。其中鼠标对pc机的通讯更为简单，只是传输数据的内容不一样而已。充分理解ps/2接口协议，可
以帮助设计者自主开发一些工控机上的专用键盘等外设，并能够按照用户的要求开发出专用的多功能键盘。该工控机的双键盘设计目前已被某工控公司所采纳，并已
作为组件加入到产品当中。
