Клавиатура является самым распространенным устройством для ввода информации в компьютер. Поэтому важно знать принцип работы и интерфейс связи клавиатуры.
В данной статье описывается устройство, которое позволяет принимать данные от клавиатуры и отображать нажатые клавиши на устройстве вывода. В качестве примера, мы разработаем простейшее устройство с использованием клавиатуры PS/2, микроконтроллера PIC и семисегментного индикатора.
Идея проекта
Главной целью данного проекта является создание устройства, способного работать с PS/2 девайсами, а конкретно с PS/2 клавиатурой. Клавиатура будет подключена к микроконтроллеру PIC, который в свою очередь будет обрабатывать коды нажатых клавиш и выводить символы клавиш на семисегментный индикатор.
PS/2 - это последовательный интерфейс с тактовым сигналом 10-16 кГц, поэтому в PIC нам надо использовать прерывания, для детектирования заднего фронта импульсов.
Список используемых радиоэлементов
Микроконтроллер PIC18F452 (даташит)
7805 - пятивольтовый регулятор напряжения
Кварцевый резонатор 20 МГц
PS/2 коннектор (мама)
7-ми сегментный индикатор
Резисторы
Дополнительно, потребуется программатор для прошивки PIC, макетная плата и перемычки (ну или протравленная печатная плата).
Схемотехника
Как видно из принципиальной схемы ниже, устройство очень простое и основные детали это: 78L05, PIC18F452 и PS/2 разъем.
В разъеме PS/2 пины 2 и 6 не используются, 4-ый пин - питание +5В, 3-ий пин - общий. 5-ый пин - тактовый сигнал, а 1-ый пин - данные.
7-ми сегментный индикатор я использовал с общим катодом.
Немного теории о PS/2
Как уже было сказано выше, в PS/2 используется последовательный протокол передачи информации с двумя линиями: тактовый сигнал и линия данных.
Назначение выводов 6-pin Mini-DIN (PS/2):
1 - Данные
2 - Не используется
3 - Общий (земля)
4 - Питание (+5V)
5 - Тактовый сигнал
6 - Не используется
На рисунке выше показана распиновка PS/2 разъемов папа (слева) и мама (справа). Обычно, разъем типа "папа" используется на стороне устройства - мышь, клавиатура, а разъем типа "мама" на компьютере. В нашем случае (т.к. у нас приемная сторона) мы будет использовать коннектор типа "мама" (можно вырезать с какой-нибудь сгоревшей материнской платы).
Диаграмма сигналов PS/2
На рисунке выше показана стандартная временная диаграмма выходных данных для PS/2 устройств. Последовательность следующая:
1. Вывод данных устанавливается в низкий логический уровень
2. Вывод тактового сигнала устанавливается в низкий уровень
3. Вывод данных продолжает находиться в низком уровне (стартовый бит)
4. Тактовый сигнал переходит в высокий логический уровень
5. Начинается передача восьми битов с данными
6. Далее идет бит контроля четности
7. А за ним стоповый бит
Все данные принимаются по спаду положительного синхроимпульса.
Скан-коды клавиш
Каждая клавиша клавиатуры содержит свой уникальный код, т.н. скан-код.
Как видно из картинок выше, большинство клавиш клавиатуры содержит 8-ми битные значения (1 байт), однако некоторые клавиши, содержат многобайтовую последовательность.
Рассмотрим пример того, как происходит формирование скан-кодов клавиш. Если на клавиатуре нажимается какая-либо клавиша, то на выходе клавиатуры появляется скан-код нажатой клавишы. Когда клавиша отжимается, то на выходе формируется код 0xF0 и скан-код отжатой клавиши. Т.о. можно определить удерживается ли клавиша нажатой или нет, но нам это пока что не нужно.
На рисунке выше приведена осциллограмма PS/2 при нажатой клавиши "J". Канал 1 (желтый) на осциллограмме это таковый сигнал. Канал 2 (голубой) это сигнал данных. Для наглядности, я нанес вспомогательные линии для детектирования спада синхросигнала.
При данной осциллограмме легко можно определить скан-код нажатой клавиши. Не забываем, что слева находится младший бит (т.е. 0), а справа старший (7 бит). Т.о. в двоичном коде получилось 0011 1011, что в шестнадцатеричном является 0x3B, т.е. это скан-код клавиши "J".
Передача данных в клавиатуру
Другой функцией PS/2 протокола является передача данных обратно в клавиатуру, к примеру можно подать команду на включение/отключение светодиода Caps Lock, Num Lock и др. Но не будем на этом зацикливаться, т.к. это тема другой статьи.
Собранная схема на макетной плате выглядит следующим образом:
Программа для PIC
ПО состоит из двух основных частей: главный цикл Main Loop и обработчика прерываний.
В Main Loop происходит прием данных и их обработка для вывода на индикатор. Ну и собственно сам вывод данных.
Часть кода Main Loop:
#include #include #include #include //7-Segment Display Output #define number_0 0b01111110 .. ... .. #define letter_a 0b11101110 #define letter_b 0b11111110 .. ... .. void main(void){ TRISC = 0xFF; TRISD = 0x01; PORTB = 0x00; PORTC = 0x00; //7-Seg LED is Reverse Polarity PORTD = 0x00 ^ 0xFF; Delay10KTCYx(10); INTCON = 0b11000000; OpenCapture1( C1_EVERY_FALL_EDGE & CAPTURE_INT_ON ); OpenTimer1( TIMER_INT_ON & T1_SOURCE_INT & T1_PS_1_1 & T1_16BIT_RW ); WriteTimer1( 0x0000 ); while(1) { if(buf_ready == 1){ switch(scan_code_buf[0]){ case 0x1C : PORTD = (letter_a ^ 0xFF); break; ... .... .. break; case 0x45 : PORTD = (number_0 ^ 0xFF); break; case 0x66 : PORTD = (delete ^ 0xFF); break; default : break; } //Shift Buffer Forward scan_code_buf[0] = scan_code_buf[1]; scan_code_buf[1] = scan_code_buf[2]; scan_code_buf[2] = scan_code_buf[3]; scan_code_buf[3] = scan_code_buf[4]; scan_code_buf[4] = scan_code_buf[5]; scan_code_buf[5] = scan_code_buf[6]; scan_code_buf[6] = scan_code_buf[7]; scan_code_buf_cnt--; if(scan_code_buf_cnt == 0) buf_ready = 0; } Delay10KTCYx(1); } }
Итак, в цикле Main Loop происходит обработка данных, которые поступают в fifo-буфер. В коде, который представлен ниже, происходит прием данных PS/2 по прерыванию, после чего, они помещаются в fifo-буфер. Код 0xF0 игнорируется, нас интересуют только нажатия клавиш.
Код прерываний следующий:
void InterruptHandlerHigh(void) // Declaration of InterruptHandler { //Check If TMR1 Interrupt Flag Is Set if(PIR1bits.CCP1IF){ if(bit_counter < 10){ current_scan_code = current_scan_code >> 1; current_scan_code += (PORTDbits.RD0*0b10000000000); bit_counter++; } else if(bit_counter == 10){ scan_code_buf[scan_code_buf_cnt]=(current_scan_code>>2)&0xFF; scan_code_buf_cnt++; buf_ready = 1; bit_counter = 0; } WriteTimer1( 0x0000 ); //Clear CCP1 Overflow Flag Bit PIR1bits.CCP1IF = 0; } //Check If CCP1 Interrupt Flag Is Set else if(PIR1bits.TMR1IF){ //Clear Timer1 Overflow Flag Bit bit_counter = 0; PIR1bits.TMR1IF = 0; } INTCONbits.GIE = 1; }
Как видно из кода выше, прерывание захвата скан кода и прерывание timer1 используются вместе, чтобы обеспечить "захват" 8-ми бит, т.к. нам не нужны стартовые, стоповые биты и бит контроля четности.
Как видно из видео выше, устройство прекрасно работает и отображает нажатые цифры и буквы. Единственное, я не стал отображать такие клавиши как W, N и т.п., т.к. на семисегментном индикаторе сделать это не реально.
Список радиоэлементов
Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
---|---|---|---|---|---|---|
МК PIC 8-бит | PIC18F4520 | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
Линейный регулятор | LM7805 | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
Электролитический конденсатор | 47 мкФ | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
Резистор | 330 Ом | 7 | Поиск в магазине Отрон | |||
Кварц | 20 МГц | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
Семисегментный индикатор | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||||
Разъем | PS2 | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
Батарея | 9 В | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- pic_ps2_interface.rar (3 Кб)
Комментарии (11) | Я собрал (0) | Подписаться
Для добавления Вашей сборки необходима регистрация
Все коды можно посмотреть в этой таблице
У меня почему то клавиатура выдает только 6 бит (6 клоков). Иногда бывает 7 бит...