PS2鼠標(biāo)使用USB接口的轉(zhuǎn)換器

硬件設(shè)計(jì) 　　

電路原理圖如圖1所示。

其中鼠標(biāo)PS2接口的引腳定義如圖2。

電路的主體為ATMEL公司的51系列芯片ATMEL89S52(以下簡稱S52)和PHILIPS公司的并行傳輸USB接口芯片PDIUSBD12(以下簡稱D12)。S52相信讀者已經(jīng)非常熟悉了，最高24MHz的主頻，256字節(jié)的RAM，4組8位I／O口，沒有什么特別的功能，一切中規(guī)中矩，本設(shè)計(jì)在此僅用到一個(gè)外部中斷。但這同時(shí)也說明，任何51內(nèi)核(帶總線)的單片機(jī)都可以適用。

PDIUSBD12是應(yīng)用十分廣泛的并行接口USB控制芯片，作為實(shí)現(xiàn)USB接口的標(biāo)準(zhǔn)組件，D12使設(shè)計(jì)者能夠靈活選擇合適的MCU，用最經(jīng)濟(jì)最快的方式實(shí)現(xiàn)USB外設(shè)的解決方案。

S52主要完成PS2接口鼠標(biāo)的控制與數(shù)據(jù)獲取，并通過PDIUSBD12與PC完成鼠標(biāo)協(xié)議數(shù)據(jù)的傳輸。

為了精簡電路，S52使用D12的可編程時(shí)鐘源，通過編程輸出高達(dá)24MHz的時(shí)鐘，供S52使用；觀察調(diào)試輸出的Uart波特率需要為19200bps，便于快速輸出信息，不耽誤正常的USB枚舉。

軟件設(shè)計(jì) 　　

鼠標(biāo)的工作模式有四種，分別為Reset模式，Wrap模式，Remote模式和Stream模式。前兩種作為測試用，Remote模式為主機(jī)有需要時(shí)，發(fā)送命令使鼠標(biāo)回送位移數(shù)據(jù)，Stream模式是上電的初始模式，每當(dāng)鼠標(biāo)產(chǎn)生位置或者按鍵狀態(tài)的改變就自動發(fā)送數(shù)據(jù)。顯而易見，第四種模式最為合適。正常讀取鼠標(biāo)數(shù)據(jù)前只需發(fā)送命令(0xF4)，此命令告知鼠標(biāo)，主機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備完畢，可以接受位移數(shù)據(jù)。

但是這樣簡單的初始化存在著一個(gè)顯著的缺陷，就是筆者發(fā)現(xiàn)滾輪無法使用了。這個(gè)問題困擾了筆者很久，原以為是軟件編寫出現(xiàn)小錯誤，引起鼠標(biāo)能工作，但工作不正常。后來仔細(xì)查看了相關(guān)文檔才發(fā)現(xiàn)，鼠標(biāo)的初始化遠(yuǎn)沒有那么簡單，有點(diǎn)復(fù)雜卻非常有趣：首先進(jìn)行復(fù)位，這時(shí)的鼠標(biāo)還是不帶滾輪的，然后依次設(shè)置鼠標(biāo)的采樣率為200、100、80，這時(shí)候，就可以被識別為帶滾輪的鼠標(biāo)了，隨后就根據(jù)需要，設(shè)置所需的采樣率，一般默認(rèn)的100即可。

PS／2鼠標(biāo)與控制器間履行一種雙向同步串行數(shù)據(jù)幀協(xié)議，每幀為11～12Bit，如圖3所示。

　　按照標(biāo)準(zhǔn)的三鍵鼠標(biāo)的數(shù)據(jù)包有效數(shù)據(jù)為3個(gè)字節(jié)，如圖4所示。

讀取PS／2鼠標(biāo)數(shù)據(jù)后需要按照USB鼠標(biāo)的格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。USB鼠標(biāo)的數(shù)據(jù)格式如圖5所示： 　　此鼠標(biāo)的重點(diǎn)調(diào)試重點(diǎn)是S52的USB控制代碼。筆者參考了PHILIPS的標(biāo)準(zhǔn)固件驅(qū)動代碼，并進(jìn)行了一定優(yōu)化。

USB的控制代碼通常由三部分組成。

(1)初始化：初始化主要對S52以及外圍電路的初始化，通過復(fù)位，初始化USB并讀取D12的ChipID進(jìn)行確認(rèn)(D12的ChipID為0x1012)； 　　

(2)中斷服務(wù)：用于對主機(jī)的令牌包的響應(yīng)，主要包括StandardDeviceReq標(biāo)準(zhǔn)請求，VendorDeviceReq用戶廠商請求和ClassFunctionReq類設(shè)備請求等，其中比較重要的為標(biāo)準(zhǔn)請求。標(biāo)準(zhǔn)請求的作用是告訴PC這是一個(gè)什么樣的USB設(shè)備，包括USB類型、USB設(shè)備的描述符等； 　　

(3)主循環(huán)處理數(shù)據(jù)：用于對獲得的USB鼠標(biāo)數(shù)據(jù)的處理填充，并等待PC要求數(shù)據(jù)時(shí)將數(shù)據(jù)傳送給PC。

Windows對USB設(shè)備的枚舉順序： 　　

(1)GetDeviceDescriptor：主機(jī)主要對Length感興趣，即第2字節(jié)type必須為0x01，即Device，否則PC將重復(fù)2次后放棄(注意：此步只發(fā)送前16字節(jié)設(shè)備描述符)； 　　

(2)SetAddress：一般為02或者03； 　　

(3)GetDeviceDescriptor：讀取全部設(shè)備描述符，一般為18字節(jié)分為2次傳輸，如果不正確PC重復(fù)2次后放棄(與(1)步相比，此步發(fā)送全部的18字節(jié)設(shè)備描述符)； 　　

(4)GetConfigDescriptor：注意第2字節(jié)一定為0x02即Config； 　　

(5)GetStringDescriptor：根據(jù)在設(shè)備描述符中的第15、16、17字節(jié)索引順序而定，一般先讀取LanguageID再讀取ProductString讀取全部ConfigDescriptor，次數(shù)根據(jù)描述符的大小決定，端點(diǎn)個(gè)數(shù)不同，描述符大小不同。至此PC已經(jīng)能正確識別設(shè)備并安裝驅(qū)動，如果不正確PC將重復(fù)2次后放棄；

(6)SetCorfiguration、GetConfiguration和Getlnterface等調(diào)用，對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行最后的配置即完成設(shè)備的枚舉。

在編寫USB固件程序時(shí)需要注意： 　　

(1)S52的中斷應(yīng)設(shè)置為電平觸發(fā)，中斷后必須讀上次傳輸狀態(tài)寄存器命令0x40-0x45，以清除中斷寄存器中的中斷標(biāo)志，只有這樣D12的中斷輸出才能變回高電平； 　　

(2)在接收到Setup包后必須調(diào)用ACKsetup命令重新使能端口0； 　　

(3)在向IN端點(diǎn)寫完數(shù)據(jù)后必須調(diào)用ValidateBuffer命令(0xFA)指明緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)有效，可以發(fā)送到主機(jī)； 　　

(4)當(dāng)讀完數(shù)據(jù)后必須調(diào)用ClearBuffer命令(0xF2)，以保證可以接收新的包； 　　

(5)在調(diào)試過程中，可使用USBVIEW等工具軟件，外加代碼中的串口輸出調(diào)試信息配合完成；

(6)在代碼中涉及到鼠標(biāo)報(bào)告描述符MouseReportDescriptor，可以使用HID Descrptor 　　Tool工具生成。

　　USB鼠標(biāo)的軟件流程如下： 　　完成后的截圖如圖7所示。

圖7為在設(shè)備管理器中看到的識別為“USB人體學(xué)輸入設(shè)備”以及“HID-compliant mouse”；在“人體學(xué)輸入設(shè)備”查看屬性，可看到“位置0(LLH-HXY’MOUSE)”。

　　圖8為使用USBVIEW調(diào)試工具看到的USB鼠標(biāo)信息。

　　圖9為筆者的做的實(shí)物圖，正在使用中。

該USB鼠標(biāo)經(jīng)過筆者的長時(shí)間測試使用，性能比較穩(wěn)定。在實(shí)際使用過程中應(yīng)對鼠標(biāo)的移動速度進(jìn)行調(diào)整，以更加適應(yīng)自身的使用習(xí)慣。除此之外，硬件焊接正確無需調(diào)試便可正常工作。筆者已經(jīng)附上全部的代碼以及調(diào)試輸出信息，供讀者進(jìn)行參考。

本文利用ATMEL89S52完成了鼠標(biāo)移動數(shù)據(jù)的讀取與PC機(jī)通信數(shù)據(jù)的傳送，其實(shí)質(zhì)為PS／2到USB協(xié)議的轉(zhuǎn)換，有興趣的讀者可以使用更加小巧、低電壓的芯片進(jìn)行改造，使結(jié)構(gòu)更加合理，外觀更加美觀。從學(xué)習(xí)USB協(xié)議的通用性和易用性上說，具有廣泛的價(jià)值。