FPGA基礎(chǔ)設(shè)計(jì)_PS2鍵盤控制及短按、長(zhǎng)按

PS2鍵盤也是一個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，可能很多人接觸如何對(duì)通信協(xié)議、時(shí)序編程就是從這個(gè)實(shí)驗(yàn)開始學(xué)習(xí)的。USB鍵盤已經(jīng)很普及，現(xiàn)在市場(chǎng)上還是有一些USB轉(zhuǎn)PS2的轉(zhuǎn)接頭，還有一些轉(zhuǎn)換芯片。這個(gè)實(shí)驗(yàn)雖然簡(jiǎn)單，不過(guò)不知道您有考慮過(guò)單按一次輸出一個(gè)有效脈沖、短按、長(zhǎng)按等這些是如何實(shí)現(xiàn)的么？這就涉及到一些時(shí)鐘、邊沿檢測(cè)等設(shè)計(jì)問(wèn)題。

PS2協(xié)議實(shí)現(xiàn)

我們見(jiàn)到的PS2的接口電路應(yīng)該都是這樣的：

一根時(shí)鐘線、一根數(shù)據(jù)線完成通信，PS2通信的幀格式如下所示，時(shí)鐘的下降沿?cái)?shù)據(jù)有效：

按鍵在被按下時(shí)，會(huì)發(fā)送一個(gè)字節(jié)，這個(gè)碼就是通碼；按鍵在釋放時(shí)，會(huì)發(fā)送兩個(gè)字節(jié)，這個(gè)碼就做斷碼（當(dāng)然也有例外）。每一個(gè)按鍵都有唯一的通碼和斷碼，據(jù)此進(jìn)行判斷按下的是哪個(gè)鍵，從而執(zhí)行對(duì)應(yīng)的功能。如一部分按鍵的通碼和斷碼如下所示：

可以看出斷碼其實(shí)就是在通碼前加了一個(gè)F0，比如A的通碼是1C，則它的斷碼是F01C。另外一些特殊功能的按鍵，在通碼和斷碼前都會(huì)加個(gè)E0。PS2解碼的代碼如下所示：

//-----------------ps2_clk下降沿捕獲--------------------

//clk相當(dāng)于中間采樣點(diǎn)的作用，第一個(gè)下降沿到來(lái)說(shuō)明起始位開始

reg ps2_clk0， ps2_clk1， ps2_clk2;//緩沖寄存器

wire ps2_clk_neg; //1表示檢測(cè)到下降沿

reg ps2_state;

always @ （posedge clk or negedge rst_n）

if （！rst_n）

{ps2_clk0， ps2_clk1， ps2_clk2} 《= 3‘d0;

else

begin

ps2_clk0 《= ps2_clk;

ps2_clk1 《= ps2_clk0;

ps2_clk2 《= ps2_clk1;

end

assign ps2_clk_neg = ~ps2_clk1 & ps2_clk2;

//----------------------數(shù)據(jù)接收----------------------------

reg ［3:0］num; //移位控制

reg ［7:0］data_temp;//當(dāng)前接收的數(shù)據(jù)

always @ （posedge clk or negedge rst_n）

if （！rst_n）

begin

num 《= 4’d0;

data_temp 《= 8‘d0;

end

else if （ps2_clk_neg）

begin

if （num == 0） num 《= num + 1’b1;//跳過(guò)起始位

else if （num 《= 8） //數(shù)據(jù)位賦值

begin

num 《= num + 1‘b1;

data_temp［num-1］ 《= ps2_data;

end

else if （num == 9） num 《= num + 1’b1;//跳過(guò)校驗(yàn)位

else num 《= 4‘d0; //清0

end

//--------------------按鍵按下/松開檢測(cè)-------------------------

reg ps2_loosen;//1表示按鍵松開

reg ［7:0］ps2_byte;//ps2一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)

always @ （posedge clk or negedge rst_n）

if （！rst_n）

begin

ps2_state 《= 1’b0;

ps2_loosen《= 1‘b0;

end

//每接收完一個(gè)數(shù)據(jù)就進(jìn)行按鍵檢測(cè)

else if （num == 4’d10）

if （data_temp == 8‘hf0） ps2_loosen 《= 1’b1;//斷碼標(biāo)識(shí)符

else

begin

if （ps2_loosen） //1表示按鍵松開，下一次接收數(shù)據(jù)后清0

begin

ps2_state 《= 1‘b0;

ps2_loosen《= 1’b0;

end

else //loosen變0后的下一個(gè)數(shù)據(jù)表示按鍵被按下

begin

ps2_state 《= 1‘b1;

ps2_byte 《= data_temp; //把讀取到的值賦給ps2_out

end

end

由于PS2通信是在PS2時(shí)鐘的下降沿有效，因此第一個(gè)always使用三個(gè)寄存器對(duì)PS2的CLK做一個(gè)下降沿捕獲，并輸出一個(gè)ps2下降沿的有效信號(hào)。

捕捉到了ps2時(shí)鐘的下降沿，第二個(gè)always便是使用一個(gè)計(jì)數(shù)器在下降沿信號(hào)有效時(shí)讀取并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)。計(jì)數(shù)器的值正好對(duì)應(yīng)著一幀中的通信格式，因此在計(jì)數(shù)器為0時(shí)為通信的起始位，1~8為數(shù)據(jù)位，9為校驗(yàn)位，10為停止位。計(jì)數(shù)器處于數(shù)據(jù)位期間內(nèi)，將數(shù)據(jù)位依次存儲(chǔ)到一個(gè)寄存器中。

得到了數(shù)據(jù)，第三個(gè)always進(jìn)行的便是通信數(shù)據(jù)的判斷，這里進(jìn)行的是斷碼的判斷。每當(dāng)完成一幀通信時(shí)，即計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到10（停止位）時(shí)，便對(duì)通信數(shù)據(jù)做判斷，如果是f0，則為斷碼的第一個(gè)碼，那么下一次通信來(lái)的必然是按鍵的鍵值碼。因此將收到f0后的下一個(gè)通信數(shù)據(jù)作為按鍵的鍵值碼存到一個(gè)寄存器中，同時(shí)將按鍵有效信號(hào)ps2_state置高，表示按下一次按鍵。

這樣便完成了PS2的通信。

PS2按鍵判斷

設(shè)想一個(gè)問(wèn)題，假設(shè)兩個(gè)模塊，他們的時(shí)鐘是一樣的，模塊一用來(lái)進(jìn)行PS2鍵盤檢測(cè)，模塊二根據(jù)按鍵按下的有效信號(hào)來(lái)決定是否執(zhí)行對(duì)應(yīng)的操作。如果模塊二采用同步設(shè)計(jì)，即由時(shí)鐘來(lái)控制（通常也是這么做的），如果模塊一輸出的按鍵有效信號(hào)不能做到恰好只維持一個(gè)時(shí)鐘的脈沖寬度，那么模塊二就會(huì)多次檢測(cè)到按鍵按下并觸發(fā)多次對(duì)應(yīng)的控制操作。這也是新手常遇到的問(wèn)題。

如果模塊一的時(shí)鐘是模塊二時(shí)鐘的兩倍呢？如果這個(gè)時(shí)候模塊一輸出的按鍵有效信號(hào)仍然只有一個(gè)脈沖，那么模塊二就會(huì)恰好檢測(cè)不到。因此模塊一輸出的按鍵有效信號(hào)應(yīng)該維持兩個(gè)時(shí)鐘的脈沖寬度。而這可以用一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)控制。

我這里舉一個(gè)只輸出一個(gè)時(shí)鐘長(zhǎng)度的有效信號(hào)的例子：

reg ps2state_reg;

wire flag;

always @ （posedge clk）

ps2state_reg 《= ps2_state;

assign flag = （ps2state_reg） & （~ps2_state）;

//---------------------根據(jù)鍵盤掃描碼輸出按鍵有效信號(hào)？--------------------------

always @ （posedge clk or negedge rst_n）

if （！rst_n）

begin left 《= 0; right 《= 0; up 《= 0; down 《= 0; end

else if （flag） //每當(dāng)松開按鍵時(shí)才進(jìn)行輸出

case （ps2_byte）

8’h1C： begin left 《= 1; end //a

8‘h23： begin right 《= 1; end //d

8’h1D： begin up 《= 1; end //w

8‘h1B： begin down 《= 1; end //s

default： begin left 《= 0; right 《= 0; up 《= 0; down 《= 0; end

endcase

else if （left） left 《= 0; //有按鍵有效信號(hào)輸出一個(gè)脈沖后馬上清零

else if （right） right 《= 0;

else if （up） up 《= 0;

else if （down） down 《= 0;

首先對(duì)按鍵狀態(tài)ps2_state做一級(jí)寄存，然后進(jìn)行邊沿檢測(cè)，那么在alwasy中檢測(cè)到邊沿有效時(shí)則表示按鍵按下了一次，根據(jù)鍵碼將相應(yīng)的按鍵有效信號(hào)置1。而當(dāng)檢測(cè)到有效信號(hào)為高時(shí)，在下一個(gè)時(shí)鐘馬上就拉低，從而實(shí)現(xiàn)只輸出一個(gè)時(shí)鐘的脈沖寬度。這樣就不會(huì)引起錯(cuò)誤的檢測(cè)到多次按下的問(wèn)題。

我們?cè)谕嬗螒虻臅r(shí)候還會(huì)碰到這種情況，需要長(zhǎng)按一個(gè)鍵幾秒鐘才會(huì)有相應(yīng)的反應(yīng)，其實(shí)解決了上面的問(wèn)題后我們對(duì)這種短按、長(zhǎng)按的控制思路就很清楚了。簡(jiǎn)而言之，在模塊一中使用計(jì)數(shù)器來(lái)控制輸出的有效信號(hào)的時(shí)鐘長(zhǎng)度，在模塊二中使用相同的計(jì)數(shù)器對(duì)這個(gè)有效信號(hào)的時(shí)鐘長(zhǎng)度進(jìn)行判斷，進(jìn)而識(shí)別這個(gè)鍵到底是短按還是長(zhǎng)按，以選擇不同的操作。