### PS/2接口微机键盘协议分析及其应用
#### 1. 引言
键盘作为计算机系统中的基本输入设备，在日常使用以及各种嵌入式系统中扮演着重要角色。随着技术的发展，PS/2接口成为了现代键盘的标准接口之一。为了能够更好地理解和利用PS/2键盘接口，本文将详细介绍PS/2键盘的接口规范、双向同步串行协议、键盘扫描码集、通信命令字和通信时序等内容，并给出基于单片机开发专用键盘的实例。
#### 2. PS/2工作原理
##### 2.1 PS/2物理接口
PS/2接口是由IBM公司开发的一种硬件连接方式，广泛应用于鼠标和键盘等外设与计算机之间的连接。PS/2接口主要分为两种类型：5-pin DIN和6-pin mini-DIN。尽管外观有所不同，但这两类接口在电气特性上是一致的，可以通过专门的转换器实现相互转换。
- **5-pin DIN**：通常用于较老的AT键盘。
- **6-pin mini-DIN**：更为常见，用于PS/2键盘。
对于6-pin mini-DIN接口而言，其引脚定义如下：
1. 数据线（Data）
2. 未使用的保留引脚
3. 地线（Ground）
4. +5V电源
5. 时钟线（Clock）
6. 未使用的保留引脚
##### 2.2 PS/2通信协议
PS/2通信协议是一种双向同步串行通信协议，适用于PS/2设备与主机之间的数据交换。该协议规定了数据传输的基本规则和格式。
- **同步时钟**：时钟信号由PS/2设备产生，用于同步数据的发送和接收。
- **数据传输**：通信双方均可通过数据线发送数据，数据在时钟信号的控制下被接收方读取。
- **总线控制权**：主机拥有总线控制权，可以随时抑制来自键盘的数据传输。
PS/2通信协议中的数据传输速率最大可达33kHz，但大多数设备的工作频率在10kHz至20kHz之间，建议的工作频率约为15kHz。数据传输格式为帧结构，每帧包含11或12位：
- **1位起始位**：始终为低电平。
- **8位数据位**：低位在前。
- **1位校验位**：采用奇校验。
- **1位停止位**：始终为高电平。
- **1位应答位（Ack）**：仅在主机向PS/2设备发送数据时存在，且为0。
##### 2.3 PS/2设备到主机的通信
当PS/2设备需要向主机发送数据时，首先会检查时钟线的状态。如果时钟线处于高电平，则PS/2设备开始产生时钟信号并将数据逐位发送到数据线上。数据线的状态会在时钟的高电平期间改变，并在时钟下降沿被主机读取。
#### 3. 键盘扫描码集
键盘扫描码是指当按下或释放键盘上的某个键时，键盘产生的特定代码。PS/2键盘支持两套键盘扫描码集：
- **第一套扫描码集**：主要用于传统的PC键盘布局。
- **第二套扫描码集**：用于扩展功能键和其他特殊键。
这些扫描码集确保了不同键盘布局之间的兼容性，并支持更多的键盘功能。
#### 4. 通信命令字
PS/2协议中定义了一系列通信命令字，用于控制键盘的操作和配置。这些命令字可以帮助主机读取键盘的状态、设置键盘的行为以及执行其他管理任务。例如：
- **读取状态命令**：查询键盘当前的状态。
- **写入控制命令**：更改键盘的配置设置。
- **自检命令**：测试键盘的功能完整性。
#### 5. 微处理器开发专用键盘
基于PS/2协议的特点，可以利用微处理器开发专用的键盘。这一过程中涉及硬件电路的设计和软件程序的编写。
- **硬件设计**：设计包含微处理器、必要的接口电路以及键盘按键布局的电路板。
- **软件编写**：编写驱动程序和控制逻辑，使微处理器能够识别键盘按键，并按正确的PS/2协议与主机进行通信。
#### 6. Windows 2000操作系统下的通信过程
在Windows 2000操作系统启动时，系统会与PS/2键盘进行一系列的通信，包括初始化键盘、检测键盘状态以及配置键盘的工作模式。这一过程确保了键盘能够正常工作并与操作系统交互。
#### 结论
通过对PS/2键盘协议的深入分析，我们不仅理解了PS/2接口的技术细节，还能基于此开发出符合特定需求的专用键盘。此外，了解Windows 2000操作系统与PS/2键盘之间的通信过程也有助于更好地利用这一接口的优势。随着技术的进步，虽然USB接口已经逐渐成为主流，但掌握PS/2接口的相关知识对于从事计算机硬件和嵌入式系统领域的技术人员来说仍然非常重要。
