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【摘要】键盘鼠标是计算机必不可少的输入设备，目前USB接口的键盘鼠标已普遍应用，但是仍有一部分PS2接口的设备仍在使用，尤其是在军用加固设备领域，可长距离传输的优势使得PS2设备广泛应用于加固计算机、服务器等设备。本设计基于F340单片机，开发出一款集键盘鼠标于一体的一款USB/PS2自适应键鼠。
【关键词】键鼠；USB/PS2；自适应；F340
Based on F340 microcontroller Design of USB/PS2 self-adapted Keyboard&Mouse
Qimeng Yuan Jiuming Zhang Le Zhai
Abstract：It’s absolutely necessary devices of keyboard and mouse for computers. Keyboard and mouse with PS2 interface still in use， while devices with USB interface are universally used at present， especially in military reinforce devices. The superiority of far transmission of PS2 devices signal compared with USB devices， resulting in the wide use of the PS2 devices in reinforce computer and servers equipment. This design developing a device integrated of keyboard and mouse， witch based on F340 microcontroller can be self-adaptedof USB/PS2 signal.
Key words：mouse；USB/PS2；self-adapteF340
1.引言
当前，键盘鼠标的设计已很成熟，目前市面上有USB键盘、USB鼠标，PS2键盘、PS2鼠标，种类繁多，样式各异，有设计廉价的普通键盘鼠标，有人体力学的工程键盘鼠标。
在众多的键鼠产品中，虽然形式各异，但最终实现的都是单一的键盘功能或者鼠标功能。目前市面上缺乏功能更加完善的键鼠产品。除此之外，键鼠的接口形式因主机而异，有的是USB接口，有的是PS2接口，虽然目前带有PS2接口的主机日趋减少，但在加固装备领域，应用仍比较普遍。
因此我们需要一款既能支持USB，又能支持PS2接口的一体化键鼠设备。
2.硬件设计方案
图1为设计方案框图。F340 MCU作为主控单片机，PS2鼠标连
图1 系统框图
接到键鼠输出接口，作为PS2鼠标输出，同时PS2鼠标连接到MCU单片机，在USB模式下，单片机会读取PS2鼠标数据并转化为USB鼠标数据。矩阵键盘通过GPIO连接到F340单片机上，单片机通过GPIO扫描矩阵键盘获取键值，并输出PS2或USB键盘数据至输出接口。MCU程序通过JTAG接口烧写进入系统，键盘指示灯即capslock、numlock、scrollock按键指示灯通过F340单片机的GPIO来控制其亮灭。PS2电压与USB电压分开引到键盘控制器上，再通过MOS管连接到F340单片机的GPIO引脚。系统供电由PS2电压与USB电压经过一片集成负载开关生成系统5V供电电压，给系统供电。键鼠外部连线采用双接口模式，使用PS2或USB主机时，连接上相应的键鼠接口即可。
2.1USB/PS2自检测电路
USB/PS2自适应检测方式如图2所示，将USB与PS2电源引接至键盘控制板，通过图3电路将USB电压与PS2电压隔离开，两组电压经过FPF2147后生成电路板5V供电电压，而前端USB 5V电压与PS2 5V电压分别连接到2N7002栅极，当USB电压有电时，或则PS2电压有电时，将相应的MOS管打开，并将检测点电压拉低，单片机通过GPIO检测电平值，来判断连接的是USB信号，还是PS2信号，从而实现USB/PS2信号自检测。
图2 主机接入电压检测电路
图3 供电隔离电路
3.软件设计方案
本设计需要编写单片机控制程序，通过JTAG口刷录进人F340 MCU，系统上电后，单片机首先判断USB电压与PS2电压的状态，根据其检测到的电压状态，来确定主机端连接的信号形式，如果连接的为PS2接口，单片机通过GPIO扫描矩阵键盘，通过解析键盘矩阵，进行数据编码，输出PS2键盘信号，PS2鼠标信号由PS2鼠标直接输出到键鼠接口。如果单片机判断的为USB接口，单片机则进行GPIO扫描矩阵键盘，并进行USB编码，同时单片机接收PS2鼠标的数据，并进行USB编码，之后将键鼠数据通过USB接口输出。从而实现USB/PS2自适应一体化键鼠的设计。
4.软件关键技术
（1）单片机接收处理PS2鼠标数据
当键鼠设备连接USB设备时，鼠标数据通过单片机处理后发送给主机，单片机接收的鼠标数据为PS2格式，因此设计的重点为单片机对PS2数据的解析，将PS2数据准确无误的读入，并将PS2数据正确打包为USB格，发送给主机。
单片机接收PS2数据采用中断方式，根据PS2协，PS2鼠标CLK时钟线产生负跳变时，进入单片机中断，如果此时上一个PS2数据包刚好接收完整，则判断此刻DATA数据线是否为低电平，如果为低电平，则认为是PS2数据的起始位，之后每一个时钟负跳变记录一次DATA数据电平状态，通过移位操作存储在一个char型变量中，直到接收完PS2数据stop位，一个PS2数据包就被单片机读取完整。之后单片机将PS2数据转化为USB格式，发送至主机端。
（2）USB 驱动设计
USB固件主要包括通用的枚举配置部分和类协议部分。图4为描述符树状图，枚举配置实现USB主机对设备的枚举和配，使主机确认设备的功能并提供资源；类协议部分主要实现USB设备各自数据传输的功能，包括鼠标的HID报告描述符合键盘HID报告描述符，规定了主机和USB设备数据的传输格式。USB枚举过程结束后，F340将PS2鼠标数据和扫描的键值组合成HID描述符要求的格式，通过相应的USB端点传送给主机，并接受主机的命令。
图4 描述符树状图
5.结束语
此设计将键鼠融为一体，并且可自适应USB/PS2接口，作为键鼠一体化设备节省了占用空间，增加了键鼠设备的适用性，可广泛应用于各类计算机。
参考文献
[1]薛圆圆，赵建领.USB应用开发宝典.北京：人民邮电出版社，2011.
[2]张弘.USB接口设计.西安：西安电子科技大学出版社，2002.
[3]Adam Chapweske. PS/2 技术参考.
【关键词】键鼠；USB/PS2；自适应；F340
Based on F340 microcontroller Design of USB/PS2 self-adapted Keyboard&Mouse
Qimeng Yuan Jiuming Zhang Le Zhai
Abstract：It’s absolutely necessary devices of keyboard and mouse for computers. Keyboard and mouse with PS2 interface still in use， while devices with USB interface are universally used at present， especially in military reinforce devices. The superiority of far transmission of PS2 devices signal compared with USB devices， resulting in the wide use of the PS2 devices in reinforce computer and servers equipment. This design developing a device integrated of keyboard and mouse， witch based on F340 microcontroller can be self-adaptedof USB/PS2 signal.
Key words：mouse；USB/PS2；self-adapteF340
1.引言
当前，键盘鼠标的设计已很成熟，目前市面上有USB键盘、USB鼠标，PS2键盘、PS2鼠标，种类繁多，样式各异，有设计廉价的普通键盘鼠标，有人体力学的工程键盘鼠标。
在众多的键鼠产品中，虽然形式各异，但最终实现的都是单一的键盘功能或者鼠标功能。目前市面上缺乏功能更加完善的键鼠产品。除此之外，键鼠的接口形式因主机而异，有的是USB接口，有的是PS2接口，虽然目前带有PS2接口的主机日趋减少，但在加固装备领域，应用仍比较普遍。
因此我们需要一款既能支持USB，又能支持PS2接口的一体化键鼠设备。
2.硬件设计方案
图1为设计方案框图。F340 MCU作为主控单片机，PS2鼠标连
图1 系统框图
接到键鼠输出接口，作为PS2鼠标输出，同时PS2鼠标连接到MCU单片机，在USB模式下，单片机会读取PS2鼠标数据并转化为USB鼠标数据。矩阵键盘通过GPIO连接到F340单片机上，单片机通过GPIO扫描矩阵键盘获取键值，并输出PS2或USB键盘数据至输出接口。MCU程序通过JTAG接口烧写进入系统，键盘指示灯即capslock、numlock、scrollock按键指示灯通过F340单片机的GPIO来控制其亮灭。PS2电压与USB电压分开引到键盘控制器上，再通过MOS管连接到F340单片机的GPIO引脚。系统供电由PS2电压与USB电压经过一片集成负载开关生成系统5V供电电压，给系统供电。键鼠外部连线采用双接口模式，使用PS2或USB主机时，连接上相应的键鼠接口即可。
2.1USB/PS2自检测电路
USB/PS2自适应检测方式如图2所示，将USB与PS2电源引接至键盘控制板，通过图3电路将USB电压与PS2电压隔离开，两组电压经过FPF2147后生成电路板5V供电电压，而前端USB 5V电压与PS2 5V电压分别连接到2N7002栅极，当USB电压有电时，或则PS2电压有电时，将相应的MOS管打开，并将检测点电压拉低，单片机通过GPIO检测电平值，来判断连接的是USB信号，还是PS2信号，从而实现USB/PS2信号自检测。
图2 主机接入电压检测电路
图3 供电隔离电路
3.软件设计方案
本设计需要编写单片机控制程序，通过JTAG口刷录进人F340 MCU，系统上电后，单片机首先判断USB电压与PS2电压的状态，根据其检测到的电压状态，来确定主机端连接的信号形式，如果连接的为PS2接口，单片机通过GPIO扫描矩阵键盘，通过解析键盘矩阵，进行数据编码，输出PS2键盘信号，PS2鼠标信号由PS2鼠标直接输出到键鼠接口。如果单片机判断的为USB接口，单片机则进行GPIO扫描矩阵键盘，并进行USB编码，同时单片机接收PS2鼠标的数据，并进行USB编码，之后将键鼠数据通过USB接口输出。从而实现USB/PS2自适应一体化键鼠的设计。
4.软件关键技术
（1）单片机接收处理PS2鼠标数据
当键鼠设备连接USB设备时，鼠标数据通过单片机处理后发送给主机，单片机接收的鼠标数据为PS2格式，因此设计的重点为单片机对PS2数据的解析，将PS2数据准确无误的读入，并将PS2数据正确打包为USB格，发送给主机。
单片机接收PS2数据采用中断方式，根据PS2协，PS2鼠标CLK时钟线产生负跳变时，进入单片机中断，如果此时上一个PS2数据包刚好接收完整，则判断此刻DATA数据线是否为低电平，如果为低电平，则认为是PS2数据的起始位，之后每一个时钟负跳变记录一次DATA数据电平状态，通过移位操作存储在一个char型变量中，直到接收完PS2数据stop位，一个PS2数据包就被单片机读取完整。之后单片机将PS2数据转化为USB格式，发送至主机端。
（2）USB 驱动设计
USB固件主要包括通用的枚举配置部分和类协议部分。图4为描述符树状图，枚举配置实现USB主机对设备的枚举和配，使主机确认设备的功能并提供资源；类协议部分主要实现USB设备各自数据传输的功能，包括鼠标的HID报告描述符合键盘HID报告描述符，规定了主机和USB设备数据的传输格式。USB枚举过程结束后，F340将PS2鼠标数据和扫描的键值组合成HID描述符要求的格式，通过相应的USB端点传送给主机，并接受主机的命令。
图4 描述符树状图
5.结束语
此设计将键鼠融为一体，并且可自适应USB/PS2接口，作为键鼠一体化设备节省了占用空间，增加了键鼠设备的适用性，可广泛应用于各类计算机。
参考文献
[1]薛圆圆，赵建领.USB应用开发宝典.北京：人民邮电出版社，2011.
[2]张弘.USB接口设计.西安：西安电子科技大学出版社，2002.
[3]Adam Chapweske. PS/2 技术参考.