Vivado与VerilogHDL下的PS/2键盘解码设计

1. 键盘编码结构

普通计算机采用的都是“编码键盘”，“编码键盘”的“编码方式”又分为“第一套”“第二套”和“第三套”。现在PC 机使用的PS/2 键盘都默认采用第二套扫描码集。扫描码有两种不同的类型：通码（make code）和断码（break code）。当一个键被按下或持续按住时，键盘的处理器会将该键的通码发送给主机；而当一个键被释放时，键盘会将该键的断码发送给主机。说得简单一点，“通码”是某按键的“按下事件”，“断码”是某按键的“释放事件”。每个按键被分配了唯一的“通码”和“断码”，如图5.22 所示。

图5.22　按键与通码值

根据键盘按键扫描码的不同，在此可将按键分为如下几类：

第一类按键，通码为1 字节，断码为0xF0+通码形式。如“A”键，其通码为0x1C，断码为0xF0 0x1C。

第二类按键，通码为2 字节0xE0+0xXX 形式，断码为0xE0+0xF0+0xXX 形式。如“right CTRL”键，其通码为0xE0 0x14，断码为0xE0 0xF0 0x14。

第三类特殊按键有两个，“print screen”键通码为0xE0 0x12 0xE0 0x7C，断码为0xE0 0xF0 0x7C 0xE0 0xF0 0x12；“pause”键通码为0x E1 0x14 0x77 0xE1 0xF0 0x14 0xF0 0x77，断码为空。

组合按键的扫描码发送按照按键发生的次序，如以下面顺序按“左SHIFT+A”键：（1）按下“左SHIFT”键，（2）按下“A”键，（3）释放“A”键，（4）释放“左SHIFT”键，那么计算机上接收到的一串数据为0x12 0x1C 0xF0 0x1C 0xF0 0x12。

2. PS/2 协议Verilog 设计实现

根据PS/2 协议的数据通信协议，在PS/2 时钟下降沿时，进行数据的串行传输。因此，要实现PS/2 的数据通信，可以采用状态机设计方法，实现模拟顺序执行操作功能，完成串行数据传输，如【代码5.9】所示。

【代码5.9】PS/2 键盘扫描设计

(www.xing528.com)

【代码5.9】主要由三部分构成。第一部分是从代码第11 行到24 行，采用电平检测方法，实现了对PS/2 时钟下降沿的捕获，即构建了“neg_ps2_clk”信号；第二部分是从第37 行到49 行，采用状态机完成了PS/2 数据传输协议，并完成PS/2 传送数据的正确接收；第三部分是从第54 行到74 行，实现了对键盘通码或断码的识别，将第二部分收到的数据进行了锁存，并完成了按键一次的标志信号的输出。

该示例代码最终可以提供按键扫描码通码的数据输出，即当有某个按键按下时，通过“scan_code”端口能输出相应按键的通码，为后续按键功能定义电路设计奠定了基础。例如，如果键盘字母“A”按下时，“scan_code”端口的值将输出为“1C”，通过该值便可以定义字母“A”键的任何功能。

3. PS/2 键盘按键功能应用示例

通过【代码5.9】的时序功能电路设计，能得到任意按键的键值通码，该通码也是区分不同按键的重要参数指标。在实际的应用中，一般不是只要求能识别到某个键被按下，而更为重要的是定义该键的功能，这样才变得有实用价值。例如，可以自己定义键盘任意键的功能，可以让字母“A”键实现对流水灯的状态控制，也可以定义该键按下时输出字母A 的ASCII 码等功能，还可以定义为其他功能。【代码5.10】为将键盘字母按键定义为对应的ASCII 码输出，这样便实现了键盘对PC 机作为输入设备同样的功能，即可以在FPGA 系统中像在PC 机中键盘的使用一样。

【代码5.10】PS/2 键盘字母ASCII 码输出设计

【代码5.10】完成了对键盘的字母键的ASCII 码定义输出，这样就可以将键盘当作普通键盘使用，按下某个字母键时，就能在字符显示设备中对应输出相应的字母符号。除此以外，还可以将键定义为其他功能，如【代码5.11】实现了字母“A”键控制变量“led”右移，字母“S”键控制变量“led”左移。

【代码5.11】自定义按键功能

参考【代码5.10】和【代码5.11】，不难发现，对按键的功能定义，都是通过一个简单的CASE 语句，对扫描通码进行相应定义实现。因此，任何按键，要实现任何功能，只需要参考【代码5.11】根据系统设计需要，自己进行定义即可。