Verilog HDL基础之：实例4 PS/2接口控制

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        实例的内容及目标

        1．实例的主要内容

          本实例通过Verilog编程实现在红色飓风II代Xilinx开发板上面实现对键盘、LCD、RS-232等接口或者器件进行控制，将有键盘输入的数据在LCD上面显示出来，或者通过RS-232在PC机上的超级终端上显示出来。
           
        2．实例目标

          通过本实例，读者应达到下面的目标。

       

•                 了解PS/2接口协议。        
  
•                 掌握键盘的工作原理。        
  
•                 编写Verilog程序实现通过开发板上PS/2接口读取键盘的输入信息。
  

         

        原理简介

          PS/2键盘履行一种双向同步串行协议。换句话说每次数据线上发送一位数据，并且每在时钟线上发一个脉冲就被读入，键盘可以发送数据到主机，而主机也可以发送数据到设备。但主机总是在总线上有优先权，它可以在任何时候抑制来自于键盘的通信，只要把时钟拉低即可。
           
          本实例要编写一个能实现PS/2端口功能的Verilog程序。首先我们要了解PS/2端口的结构与管脚功能定义，如表1所示。
          表1                                                 PS/2端口结构及管脚定义

端 口 结 构		管 脚 定 义
		1	数据
		2	未实现，保留
		3	电源地
		4	电源，+5V
		5	时钟
插头	插座	6	未实现，保留

           
          可以看到，PS/2里面只有一个数据口，若要分辨很多按键就需要一个高效率的分辨方法。键盘的处理器花费很多的时间来扫描或监视按键矩阵。如果它发现有键被按下，释放或按住键盘，将发送扫描码的信息包到计算机。
           
          扫描码有两种不同的类型：“通码”和“断码”。当一个键被按下或按住就发送“通码”，当一个键被释放就发送“断码”。每个按键被分配了惟一的“通码”和“断码”。这样，主机通过查找惟一的扫描码就可以测定是哪个按键。
           
          每个键一整套的通断码组成了扫描码集，图1中包含了键盘上面大部分按键的扫描码。
          当按键被释放以后，键盘回在扫描码前面加上一个“F0”作为按键松开信号。同时有的按键是Extended（扩展）键，此时要在它们的扫描码前面加上一个“E0”作为开头，这种按键松开以后将在扫描码前面附加上“E0F0”。
           
          下面我们来了解信号是如何从键盘输入通过PS/2端口的数据线输入的。首先键盘要检测数据线和时钟线是否都为高，只有它们都处在高的状态才可以写数据。从键盘发送到主机的数据在时钟信号的下降沿（当时钟从高变到低）的时候被读取。
           
          键盘主要使用一种每帧包含11位的串行协议：第一位是起始位，始终为“0”；接下来是8位数据位，排列顺序是由低到高；再后面是奇偶校验位；最后是结束位，始终为“1”。如图2所示为该协议的时序图。
           

       

        图1  键盘扫描码

         

       

        图2 键盘串行协议

         

        实例详解

          此处仅给出主要的操作流程。
          （1）启动ISE软件。
          （2）创建新工程。
          （3）编写键盘串行协议。
           
          按照图2的时序编写相应的Verilog代码，具体源代码参见实例代码。
          （4）添加设计输入。
          将编写好的接口协议加载至工程中，完成接口控制与系统的对接。
          （5）设置器件及管脚约束。
          按照开发板的说明进行相关的设置。
          （6）下载验证。
          下载程序后，将键盘接至开发板上，通过开发板的LCD可以看到键盘输入的字符。