1. PS/2 鼠标接口简介
PS/2 接口鼠标采用一种双向同步串行协议，换句话说，每在时钟线上发一个脉冲，就在数据线上发送一位数据。鼠标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鼠标的通信，只要把时钟拉低即可。
常见鼠标支持输入X（左右）位移、Y（上下）位移、左键、中键和右键鼠标等功能。标准的鼠标有两个计数器，保持位移的跟踪，X 位移计数器和Y 位移计数器。可存放9位二进制补码，并且每个计数器都有相关的溢出标志，它们的内容连同3 个鼠标按钮的状态一起以3 字节移动数据包的形式发送给主机。位移计数器表示从最后一次位移数据包被送往主机后，有位移量发生。
当鼠标读取它的输入的时候，它记录按键的当前状态，然后检查位移，如果发生位移它就增加（对正位移）或减少（对负位移）X 和/或Y 位移计数器的值。如果有一个计数器溢出了就设置相应的溢出标志。
2. PS/2 鼠标的工作模式和协议数据包格式
PS/2 鼠标有4 种工作模式：Reset 模式，当鼠标上电或主机发复位命令 0xFF 给它时，进入这种模式；Stream 模式鼠标的默认模式，当鼠标上电或复位完成后，自动进入此模式，鼠标基本上以此模式工作；Remote 模式，只有在主机发送了模式设置命令0xF0 后，鼠标才进入这种模式；Wrap 模式，这种模式只用于测试鼠标与主机连接是否正确。
PS/2鼠标在工作过程中，会及时把它的状态数据发送给主机，发送的数据包格式见表5.9。
表5.9 3 字节数据包格式
在表5.9 中，Byte1 中的Bit0、Bit1、Bit2 分别表示左、右、中键的状态，状态值0表示释放，1 表示按下。Byte2 和Byte3 分别表示X 轴和Y 轴方向的移动计量值，是二进制补码值。Byte4 的低4 位表示滚轮的移动计量值，也是二进制补码值，高4 位作为扩展符号位。这种数据包由带滚轮的三键三维鼠标产生。若是不带滚轮的三键鼠标，产生的数据包除没有Byte4 外其余的相同。
3. PS/2 鼠标到主机的通信
从鼠标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，其数据通信协议满足PS/2 协议，其时序如图5.23 所示。
图5.23 S/2 设备到主机的通信时序
从PS/2 鼠标向主机发送一个字节可按照下面的步骤进行：
（1）检测时钟线电平，如果时钟线为低，则延时50 μs。
（2）检测判断时钟信号是否为高，为高，则向下执行，为低，则转到（1）。
（3）检测数据线是否为高，如果为高则继续执行，如果为低，则放弃发送（此时主机在向PS/2 设备发送数据，所以PS/2 设备要转移到接收程序处接收数据）。
（4）延时20 μs（如果此时正在发送起始位，则应延时40 μs）。
（5）输出起始位（0）到数据线上。这里要注意的是在送出每一位后都要检测时钟线，以确保PC 机没有抑制PS/2 设备，如果有则中止发送。
（6）输出8 个数据位到数据线上。
（7）输出校验位。
（8）输出停止位（1）。
（9）延时30 μs（如果在发送停止位时释放时钟信号则应延时50 μs）。
根据该时序，可以采用Verilog 设计实现PS/2 到主机的数据传输，如【代码5.12】所示。
【代码5.12】PS/2 鼠标接收模块设计
4. 主机到PS/2 鼠标的通信
首先，PS/2 设备总是产生时钟信号。如果主机要发送数据，它必须首先把时钟和数据线设置为“请求发送”状态，即通过下拉时钟线至少100 μs 来抑制通信；通过下拉数据线来应用“请求发送”，然后释放时钟。
PS/2 设备应该在不超过10 ms 的间隔内就要检查这个状态。当设备检测到这个状态，它将开始产生标记下的8 个数据位和1 个停止位的时钟脉冲。主机仅当时钟线为低的时候改变数据线，而数据在时钟脉冲的上升沿被锁存。这与发生在设备到主机的通信过程中正好相反。
在停止位发送后，设备要应答接收到的字节，就把数据线拉低并产生最后1 个时钟脉冲。如果主机在第11 个时钟脉冲后不释放数据线，设备将继续产生时钟脉冲，直到数据线被释放（然后设备将产生一个错误）。
主机可以在第11 个时钟脉冲（应答位）前中止一次传送，只要下拉时钟线至少100 μs。
要使得这个过程易于理解，主机必须按下面的步骤发送数据到PS/2 设备：
（1）把Clock 线拉低至少100 μs。
（2）把Data 线拉低。
（3）释放Clock 线。
（4）等待PS/2 设备把Clock 线拉低。
（5）设置/复位Data 线发送第一个数据位。
（6）等待PS/2 设备把时钟拉高。(www.xing528.com)
（7）等待PS/2 设备把时钟拉低。
（8）重复（5）～（7）步发送剩下的7 个数据位和校验位。
（9）释放Data 线，即发送停止位（1）。
（10）等待PS/2 设备把Clock 线拉高（此步可省略，因为下一步PS/2 设备还是会把Data 线拉低的）。
（11）等待PS/2 设备把Data 线拉低。
（12）等待PS/2 设备把Clock 线拉低。
（13）等待PS/2 设备释放Clock 线和Data 线。
图5.24 是单独的时序图，表示了由主机产生的信号及由PS/2 设备产生的信号。注意应答位时序的改变—数据改变发生在Clock 线为高的时候（不同于其他11 位是Clock 线为低的时候）。
图5.24 主机到设备通信时序
图5.24 描述了两个重要的定时条件：（a）和（b）。（a）从主机最初把Clock 线拉低，到PS/2 设备开始产生时钟脉冲（即Clock 线被PS/2 设备拉低），这段时间间隔必须不大于15 ms。（b）发送数据包（8 位数据位和校验位）总时间必须不大于2 ms。如果这两个条件不满足，主机将产生一个错误。在数据包收到后，主机为了处理数据应立刻把时钟线拉低来抑制通信。如果主机发送的命令要求有一个应答，这个应答必须在主机释放Clock 线后20 ms 之内被收到；如果没有收到，则主机产生一个错误。在设备到主机通信的情况中，时钟改变后的5 μs 内不应该发生数据改变的情况。
【代码5.13】实现了主机向PS/2 设备发送数据功能。
【代码5.13】PS/2 鼠标发送模块设计
PS/2 控制器必须进入主机发送请的状态。这可以通过以下动作实现：
（1）PS2_CLK 线首先被拉低至少在一个时钟周期（进入禁止传输Inhibit Transmission状态）。
（2）PS2_DATA 线随后被拉低（提供的起始位帧传送）。
（3）PS2CLK 线随后被释放（仍然保持PS2DATA 低）。
（4）PS/2 设备定期检查数据和时钟线是否为这种状态，当检测到，鼠标开始产生“PS2_CLK”信号，以便主机发送数据。
5. PS/2 鼠标双向通信模块设计
在完成了【代码5.12】和【代码5.13】的接收和发送模块设计后，为了方便实现PS/2鼠标的灵活应用，往往还需要设计一个双向的通信模块，该模块其实就是上述两个模块的组合调用而已，如【代码5.14】所示。
【代码5.14】PS/2 双向通信模块设计
6. PS/2 鼠标接口电路模块设计
根据PS/2 鼠标的通信协议，在分别完成了发送和接收模块时序控制电路设计后，对于PS/2 鼠标的典型接口电路设计如【代码5.15】所示。
【代码5.15】PS/2 鼠标接口电路模块设计
在【代码5.15】中，第12 行定义了0xF4 使能数据报告并复位命令，鼠标用“应答”（OxFA）回应命令；标准的鼠标有两个计数器保持位移的跟踪：X 位移计数器和Y 位移计数器。可存放9 位的二进制补码，并且每个计数器都有相关的溢出标志。它们的内容连同3 个鼠标按钮的状态一起以3 字节移动数据包的形式发送给主机。位移计数器表示从最后一次位移数据包被送往主机后有位移量发生。位移计数器是一个9 位2 的补码整数。它的最高位作为符号位出现在位移数据包的第一个字节里。
7. PS/2 鼠标应用示例
在完成了标准PS/2 鼠标接口电路设计后，就能对处于工作状态的鼠标加以应用，通过读取相应数据，进而判断鼠标是否有键按下，是否发生位移的情况，以在实际的项目应用中，轻松实现鼠标控制功能。
本示例是根据上述鼠标各个功能单元模块，完成的一个简单测试代码设计，主要功能是通过鼠标的按键来控制实验开发平台上的LED 发光二极管的亮灭状态，进而验证PS/2 鼠标控制电路设计的正确性，如【代码5.16】所示。
【代码5.16】PS/2 鼠标控制LED 测试设计
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