PCB板+可编程器件+单片机+PC软件

外部接口大集合

   
以上便是我们日常使用电脑中会遇到的一些接口，希望您看过这篇文章后就不会再对这些接口而感到陌生了。

HBM: 100pF  capacitor,  1500ohm  resisitance
CDM: charge device mode
MM:

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

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。

from <http://www.zymcu.com/atmel_file/atmel04.htm>

from <http://www.zymcu.com/philips_file/philips02.htm>

from <EDNChina>

原理和分类

   
触摸屏系统一般包括两个部分：触摸检测装置和触摸屏控制器。触摸检测装置安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后送触摸屏控制器；触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。

   
随着科技的进步，触摸屏技术也经历了从低档向高档逐步升级和发展的过程。根据其工作原理，其目前一般被分为四大类：电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线式触摸屏和表面声波触摸屏。

    电阻式触摸屏

   
电阻触摸屏的屏体部分是一块多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层(ITO膜)，上面再盖有一层外表面经过硬化处理、光滑防刮的塑料层。它的内表面也涂有一层ITO，在两层导电层之间有许多细小(小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开。当手指接触屏幕时，两层ITO发生接触，电阻发生变化，控制器根据检测到的电阻变化来计算接触点的坐标，再依照这个坐标来进行相应的操作。电阻屏根据引出线数多少，分为四线、五线等类型。五线电阻触摸屏的外表面是导电玻璃而不是导电涂覆层，这种导电玻璃的寿命较长，透光率也较高。

   
电阻式触摸屏的ITO涂层若太薄则容易脆断，涂层太厚又会降低透光且形成内反射降低清晰度。由于经常被触动，表层ITO使用一定时间后会出现细小裂纹，甚至变型，因此其寿命并不长久。

    电阻式触摸屏价格便宜且易于生产，因而仍是人们较为普遍的选择。四线式、五线式以及七线、八线式触摸屏的出现使其性能更加可靠,
同时也改善了它的光学特性。

    电容式触摸屏

   
电容式触摸屏的四边均镀上了狭长的电极，其内部形成一个低电压交流电场。触摸屏上贴有一层透明的薄膜层，它是一种特殊的金属导电物质。当用户触摸电容屏时，用户手指和工作面形成一个耦合电容，因为工作面上接有高频信号，于是手指会吸走一个很小的电流，这个电流分别从屏的四个角上的电极中流出；且理论上流经四个电极的电流与手指到四角的距离成比例，控制器通过对四个电流比例的精密计算，即可得出接触点位置。

   
电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更能有效地防止外在环境因素对触摸屏造成影响，就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式触摸屏依然能准确算出触摸位置。但由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化，其稳定性较差，往往会产生漂移现象。

    尽管不像电阻式应用那么广, 电容式触摸屏也是受欢迎的供选类型。这类设备精确、反应快，尺寸稍大时也有较高分辨率, 更耐用(抗刮擦),
因而适合用作游戏机的触摸屏。而且，新出现的近场成像技术改良了电容式触摸屏的性能, 减弱了在它和电阻式触摸屏中可能出现的漂移现象。

    红外线式触摸屏

   
红外触摸屏的四边排布了红外发射管和红外接收管，它们一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指会挡住经过该位置的横竖两条红外线，控制器通过计算即可判断出触摸点的位置。

   
红外触摸屏也同样不受电流、电压和静电干扰，适宜于某些恶劣的环境。其主要优点是价格低廉、安装方便，可以用在各档次的计算机上。此外，由于没有电容充放电过程，响应速度比电容式快，但分辨率较低。

    表面声波触摸屏

   
表面声波是超声波的一种，它是在介质(例如玻璃或金属等刚性材料)表面浅层传播的机械能量波。通过楔形三角基座（根据表面波的波长严格设计），可以做到定向、小角度的表面声波能量发射。表面声波性能稳定、易于分析，并且在横波传递过程中具有非常尖锐的频率特性，近年来在无损探伤、造影和退波器等应用中发展很快。

   
这种触摸屏的显示屏四角分别设有超声波发射换能器及接收换能器，能发出一种超声波并覆盖屏幕表面。当手指碰触显示屏时，由于吸收了部分声波能量，使接收波形发生变化，即某一时刻波形有一个衰减缺口，控制器依据衰减的信号即可计算出触摸点位置。

    表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率极高，有极好的防刮性，寿命长(5000万次无故障)，透光率高(2％)，能保持清晰透亮的图像；没有漂移，只需安装时一次校正；有第三轴(即压力轴)响应，最适合公共场所使用。

   
表面声波触摸屏易受水滴、灰尘的影响，改进的方法是加防尘条，或者增加对污物的监控，准确识别出有效的操作和污物之间的区别。另外，由于声波屏能感受压力，无形中增加了控制手段，对屏功能的扩展十分有利，其应用范围因此而大大拓展。

    触摸屏的基本技术

    绝对坐标系统

   
触摸屏是一种绝对坐标系统，其特点就是当前定位坐标与上一次定位坐标没有关系，每次触摸的数据通过校准直接转化为屏幕上的坐标。不管在什么情况下，触摸屏这套坐标体系对同一点的输出数据都是稳定的。不过，它并不能保证每一次对同一点触摸的采样都相同，即不能保证绝对坐标定位，这就是所谓的漂移问题。

    定位

   
各种触摸屏都是依靠传感器来工作的，甚至有的触摸屏本身就是一套传感器。它们各自的定位原理和各自所用的传感器决定了触摸屏的反应速度、可靠性、稳定性和寿命。各类触摸屏的技术特性如表1所示。

表1 各种触摸屏基本技术对照表

    触摸屏的性能比较

   
电阻式触摸屏工作在与外界完全隔离的环境中，它不怕灰尘、水气和油污，可以用任何物体来触摸，比较适合工业控制领域使用。缺点是由于复合薄膜的外层采用塑料，太用力或使用锐器触摸可能划伤触摸屏。

   
电容式触摸屏的分辨率很高，透光率也不错，可以很好地满足各方面的要求，在公共场所常见的就是这种触摸屏。不过，电容式触摸屏把人体当作电容器的一个电极使用，当有导体靠近并与夹层ITO工作面之间耦合出足够大的电容时，流走的电流就会引起电容式触摸屏的误动作；另外，戴着手套或手持绝缘物体触摸时会没有反应，这是因为增加了绝缘的介质。

    红外线触摸屏是靠测定红外线的通断来确定触摸位置的，与触摸屏所选用的透明挡板的材料无关(有一些根本就没有使用任何挡板)
。因此，选用透光性能好的挡板,
并加以抗反光处理，可以得到很好的视觉效果。但是，受到红外线发射管体积的限制，不可能发射高密度的红外线，所以这种触摸屏的分辨率不高。另外，由于红外线触摸屏依靠红外感应来工作，外界光线变化，如阳光或室内灯等均会影响其准确度。

   
表面声波技术非常稳定，而且表面声波触摸屏的控制器靠测量衰减时刻在时间轴上的位置来计算触摸位置，所以其精度非常高。表面声波触摸屏还具有第三轴(z轴)，也就是压力轴―通过计算接收信号衰减处的衰减量可得到用户触摸屏幕的力量大小，最多可分为2
5 6级力度。力量越大，接收信号波形上的衰减缺口也就越宽越深，在所有的触摸屏中，只有表面声波触摸屏具有感知触摸压力的性能。

    应用场合

    根据对触摸屏的结构、原理和性能特点的分析，不同触摸屏的适用场合如下所示。

    四线电阻触摸屏：不怕灰尘、油污和光电干扰，怕划伤是其主要缺陷。适用于有固定用户的公共场所，如工业控制现场、办公室、家庭等。

    五线电阻触摸屏：极好的灵敏度和透光度，较长的使用寿命，不怕灰尘、油污和光电干扰，适用于各类公共场所，尤其适用于要求精密的工业控制现场等。

   
电容感应触摸屏：由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化，故其稳定性较差，往往会产生漂移现象。怕电磁场干扰、漂移，不易在工业控制场所和有干扰的地方使用。可使用于要求不太精密的公共信息查询；需要经常校准、定位。

   
红外线感应触摸屏：分辨率较低，但不受电流、电压和静电干扰，适宜某些恶劣的环境条件；适用于无红外线和强光干扰的各类公共场所、办公室以及要求不是非常精密的工业控制现场。

   
表面声波触摸屏：纯玻璃材质、透光性最好、使用寿命长、抗划伤性好，适用于未知用户的各类公共场所。但怕长时间的灰尘积累和油污的浸染，所以使用于环境干净的场所更好。否则，需要定期的清洁服务。

　　网线由一定距离长的双绞线与RJ45头组成。双绞线由8根不同颜色的线分成4对绞合在一起，成队扭绞的作用是尽可能减少电磁辐射与外部电磁干扰的影响，双绞线可按其是否外加金属网丝套的屏蔽层而区分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）。

　　在EIA/TIA-568A标准中，将双绞线按电气特性区分有：三类、四类、五类线。网络中最常用的是三类线和五类线，目前已有六类以上线。第
三类双绞线在LAN中常用作为10Mbps以太网的数据与话音传输，符合IEEE802.3
10Base-T的标准。第五类双绞线目前占有最大的LAN市场，最高速率可达100Mbps，符合IEEE802.3 100Base-T的标准。

　　做好的网线要将RJ45水晶头接入网卡或HUB等网络设备的RJ45插座内。相应地RJ45插头座也区分为三类或五类电气特性。
RJ45水晶头由金属片和塑料构成,特别需要注意的是引脚序号,当金属片面对我们的时候从左至右引脚序号是1-8,
这序号做网络联线时非常重要,不能搞错。双绞线的最大传输距离为100米。

　　EIA/TIA的布线标准中规定了两种双绞线的线序568A与568B。 宿舍网统一以T568b为标准。

　　直通线两端线序从1～8依次为：
A：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕

B：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕

　　交叉（集联）线两端线序从1～8依次为：
A：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕

B：绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕

（可参照网络电缆测试仪说明书之有关内容。）