|
分析了PS/2鼠標的接口和通信協議,介紹了PS/2鼠標與單片機的接口設計方法,配合點陣LCD顯示器,實現了嵌入式設備的圖形化人機接口(GUI)｡ 當前嵌入式系統技術已得到了廣泛應用,但傳統嵌入式系統的人機接口多采用小鍵盤操作的文本菜單方式,用戶操作較為不便｡本文介紹了一種利用PS/2接口鼠標,在點陣LCD的單片機系統上實現圖形化用戶界面的方案｡用窗口菜單和圖形按鈕取代了傳統的鍵盤操作,具有成本低､效果好等特點,具有很強的實用性｡ 1 PS/2接口和協議 1.1 接口的物理特性 PS/2接口用于許多現代的鼠標和鍵盤,由IBM最初開發和使用｡物理上的PS/2接口有兩種類型的連接器:5腳的DIN和6腳的mini-DIN｡圖1就是兩種連接器的引腳定義｡使用中,主機提供+5V電源給鼠標,鼠標的地連接到主機電源地上｡ 1.2 接口協議原理 PS/2鼠標接口采用一種雙向同步串行協議｡即每在時鐘線上發一個脈沖,就在數據線上發送一位數據｡在相互傳輸中,主機擁有總線控制權,即它可以在任何時候抑制鼠標的發送｡方法是把時鐘線一直拉低,鼠標就不能產生時鐘信號和發送數據｡在兩個方向的傳輸中,時鐘信號都是由鼠標產生,即主機不產生通信時鐘信號｡ 如果主機要發送數據,它必須控制鼠標產生時鐘信號｡方法如下:主機首先下拉時鐘線至少100μs抑制通信,然后再下拉數據線,最后釋放時鐘線｡通過這一時序控制鼠標產生時鐘信號｡當鼠標檢測到這個時序狀態,會在10ms內產生時鐘信號｡如圖3中?A 時序段｡主機和鼠標之間,傳輸數據幀的時序如圖2､圖3所示｡ 2 PS/2鼠標的工作模式和協議數據包格式 2.1 PS/2鼠標的四種工作模式 PS/2鼠標的四種工作模式是:Reset模式,當鼠標上電或主機發復位命令?0xFF 給它時進入這種模式;Stream模式?鼠標的默認模式,當鼠標上電或復位完成后,自動進入此模式,鼠標基本上以此模式工作;Remote模式,只有在主機發送了模式設置命令?0xF0 后,鼠標才進入這種模式;Wrap模式,這種模式只用于測試鼠標與主機連接是否正確｡ 2.2 數據包結構 PS/2鼠標在工作過程中,會及時把它的狀態數據發送給主機｡發送的數據包格式如表1所示｡ 表1 鼠標發送的數據包格式 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 Byte1 Y overflow X oberflow X sipn bit X sign bit Always 1 Middle Btn Right Btn Left Btn Byte2 X Movement Byte3 Y Movement Byte4 Z Movement Byte1中的Bit0､Bit1､Bit2分別表示左､右､中鍵的狀態,狀態值0表示釋放,1表示按下｡Byte2和Byte3分別表示X軸和Y軸方向的移動計量值,是二進制補碼值｡Byte4的低四位表示滾輪的移動計量值,也是二進制補碼值,高四位作為擴展符號位｡這種數據包由帶滾輪的三鍵三維鼠標產生｡若是不帶滾輪的三鍵鼠標,產生的數據包沒有Byte4其余的相同｡ 3 設計與實現 3.1 接口設計 因為PS/2鼠標接口采用雙向同步串行協議,時鐘脈沖信號?以下皆稱CLOCK 總是由鼠標產生｡因此,可以考慮這種方案:鼠標的CLOCK接主機的一外中斷線,數據線?以下皆稱DATA 接主機的某一I/O口線,如圖4所示｡ 在主機程序中,利用每個數據位的時鐘脈沖觸發中斷,在中斷例程中實現數據位的判斷和接收｡在實驗過程中,通過合適的編程,能夠正確控制并接收鼠標數據｡但該方案有一點不足,由于每個CLOCK都要產生一次中斷,中斷頻繁,需要耗用大量的主機資源｡ 由于鼠標與主機之間以雙向同步串行協議傳送數據,若不考慮CLOCK,僅考慮DATA,則其數據幀的時序與單片機的UART異步串行時序類似｡所以,采用了另一種方案:鼠標的CLOCK仍舊接主機的外中斷,但鼠標的DATA接UART的接收腳RxD ｡參照圖4 DATA改接RxD｡在初始化過程中,主機利用CLOCK的外中斷和RxD腳的I/O口線功能實現數據的傳輸｡初始化完成后,切換到RxD功能即UART的接收引腳功能 ｡因為鼠標已處于Stream模式的工作狀態,這時鼠標能主動發送數據｡這樣,主機可以在每收到一幀數據時才中斷一次｡中斷次數大大降低,減少了主機資源的耗用｡ 不過,在此方案中,必須實現另一個功能:主機波特率的自適應｡因為PS/2接口的鼠標一般工作在10kHz~20kHz時鐘頻率｡不同廠家制造的鼠標工作的時鐘頻率不同｡嵌入設備主機要做到與不同鼠標的波特率同步和自適應,才能夠正確接收鼠標傳送來的數據｡波特率的自適應是這樣實現:鼠標上電自檢時會產生一串時鐘脈沖,利用鼠標時鐘脈沖產生的中斷,結合主機的定時器測量時鐘脈沖周期,可以得出所用鼠標的時鐘頻率,進而求出波特率｡通過設置相應的波特率寄存器,實現了波特率的自適應｡ 3.2 軟件實現 軟件實現原理框圖如圖5所示｡ (1)鼠標初始化 最簡單的初始化就是當鼠標上電自檢完成后,主機給鼠標發送一個使能鼠標數據傳送命令字節(0xf4),鼠標就會在默認設置狀態下工作｡主機也可實現自定義初始化,如:復位三次(Snd_CMD(0xff),Snd_CMD(0xff),Snd_CMD(0xff);設置采樣率:Snd_CMD(0xf3),Snd_CMD(0x0a);設置解析度(2點/毫米):Snd_CMD(0xe8),Snd_CMD(0x01);設置縮放比例(1:1):Snd_CMD(0xe6);使能鼠標數據傳送:Snd_CMD(0xf4)｡鼠標每收到一個命令字節都會給出一個應答字節(0xfa)｡ (2)兩種方案的實現過程 兩種方案的軟件實現過程基本相同｡只是后一種方案中,初始化時還要實現主機波特率的自適應,關閉時鐘脈沖中斷和打開串口中斷｡此后主機利用UART的接收功能接收鼠標數據｡ (3)圖形化人機接口(GUI)的實現 在點陣式LCD顯示屏上實現圖形化的人機接口界面,主要有兩個方面:一個是菜單圖標的實現;另一個是鼠標光標的實現｡實現菜單圖標,顯示屏一般工作在圖形顯示模式｡菜單圖標有正常顯示狀態和反顯狀態,它們都用函數實現:void Draw_ICON(signed int xICON, signed int yICON,unsigned char *pDatICON)｡xICONyICON是圖標所在位置的左上角坐標值,pDatICON是各個圖標及其不同顯示狀態的點陣碼值｡反顯狀態是當圖標被光標滑到或點取時才顯現的｡實現鼠標光標,又分兩種情況｡一種是單層顯示的LCD,只能由程序畫出鼠標光標｡但是,當光標移動較快時,畫出光標的點陣圖形需要耗用較多的主機資源｡另一種是有雙層顯示和光標功能的LCD,只需程序控制它的光標移動位置,無需程序畫出光標的點陣圖形,因而耗用主機資源較少,實現起來效果較好｡ 兩種方案簡單､明了,容易實現,都已在實驗中得到驗證｡并且,后一種方案已在某一儀表系統中得到成功應用｡總體來說,隨著嵌入式處理器性能的不斷提高,在嵌入設備中接入鼠標,既可靈活使用,也可減少因接入許多按鍵而占用的口線數,還能使LCD的圖形化顯示界面更美觀､更人性化｡ |
