／键盘接口控制器设计

实验15　PS／2键盘接口控制器设计

【实验目的】

（1）熟练掌握VHDL语言和QuartusⅡ软件的使用；

（2）理解状态机的工作原理和设计方法；

（3）掌握利用EDA工具进行自顶向下的电子系统设计方法。

（4）熟悉PS／2接口协议；

【实验所用仪器及元器件】

（1）计算机；

（2）示波器；

（3）直流稳压电源；

（4）万用表；

（5）EDA开发板及相应元器件。

【实验原理】

1.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。1983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信协议，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，仍然用双向串行通信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。

2.PS／2协议

PS／2通信协议是一种双向同步串行通信协议。通信的两端通过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信时，只需要把Clock（时钟脚）拉到低电平。如果是PC机和PS／2键盘间的通信，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8－2所列。

表8－2　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。

3.第二套扫描码

下面是第二套键盘扫描码的码值。

表8－3　101、102和104键的键盘的通码与断码

续表

【实验内容】

1.基本内容

设计制作一个PS／2键盘接口控制器。

按照PS／2键盘接口标准设计一个控制器，接收PS／2键盘发送的数据，用数码管和8× 8点阵显示接收到的键值。其中0～9用数码管显示，a～z用8×8点阵显示，接收到其他键值则不显示）；

2.提高要求

自拟其他功能。