PS2鼠標使用USB接口的轉換器

硬件設計 　　

電路原理圖如圖1所示。

其中鼠標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相信讀者已經非常熟悉了，最高24MHz的主頻，256字節的RAM，4組8位I／O口，沒有什么特別的功能，一切中規中矩，本設計在此僅用到一個外部中斷。但這同時也說明，任何51內核(帶總線)的單片機都可以適用。

PDIUSBD12是應用十分廣泛的并行接口USB控制芯片，作為實現USB接口的標準組件，D12使設計者能夠靈活選擇合適的MCU，用最經濟最快的方式實現USB外設的解決方案。

S52主要完成PS2接口鼠標的控制與數據獲取，并通過PDIUSBD12與PC完成鼠標協議數據的傳輸。

為了精簡電路，S52使用D12的可編程時鐘源，通過編程輸出高達24MHz的時鐘，供S52使用；觀察調試輸出的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。

軟件設計 　　

鼠標的工作模式有四種，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模式為主機有需要時，發送命令使鼠標回送位移數據，Stream模式是上電的初始模式，每當鼠標產生位置或者按鍵狀態的改變就自動發送數據。顯而易見，第四種模式最為合適。正常讀取鼠標數據前只需發送命令(0xF4)，此命令告知鼠標，主機已經準備完畢，可以接受位移數據。

但是這樣簡單的初始化存在著一個顯著的缺陷，就是筆者發現滾輪無法使用了。這個問題困擾了筆者很久，原以為是軟件編寫出現小錯誤，引起鼠標能工作，但工作不正常。后來仔細查看了相關文檔才發現，鼠標的初始化遠沒有那么簡單，有點復雜卻非常有趣：首先進行復位，這時的鼠標還是不帶滾輪的，然后依次設置鼠標的采樣率為200、100、80，這時候，就可以被識別為帶滾輪的鼠標了，隨后就根據需要，設置所需的采樣率，一般默認的100即可。

PS／2鼠標與控制器間履行一種雙向同步串行數據幀協議，每幀為11～12Bit，如圖3所示。

　　按照標準的三鍵鼠標的數據包有效數據為3個字節，如圖4所示。

讀取PS／2鼠標數據后需要按照USB鼠標的格式進行轉換。USB鼠標的數據格式如圖5所示： 　　此鼠標的重點調試重點是S52的USB控制代碼。筆者參考了PHILIPS的標準固件驅動代碼，并進行了一定優化。

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，通過復位，初始化USB并讀取D12的ChipID進行確認(D12的ChipID為0x1012)； 　　

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

(3)主循環處理數據：用于對獲得的USB鼠標數據的處理填充，并等待PC要求數據時將數據傳送給PC。

Windows對USB設備的枚舉順序： 　　

(1)GetDeviceDescriptor：主機主要對Length感興趣，即第2字節type必須為0x01，即Device，否則PC將重復2次后放棄(注意：此步只發送前16字節設備描述符)； 　　

(2)SetAddress：一般為02或者03； 　　

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

(4)GetConfigDescriptor：注意第2字節一定為0x02即Config； 　　

(5)GetStringDescriptor：根據在設備描述符中的第15、16、17字節索引順序而定，一般先讀取LanguageID再讀取ProductString讀取全部ConfigDescriptor，次數根據描述符的大小決定，端點個數不同，描述符大小不同。至此PC已經能正確識別設備并安裝驅動，如果不正確PC將重復2次后放棄；

(6)SetCorfiguration、GetConfiguration和Getlnterface等調用，對設備的狀態進行最后的配置即完成設備的枚舉。

在編寫USB固件程序時需要注意： 　　

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

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

(3)在向IN端點寫完數據后必須調用ValidateBuffer命令(0xFA)指明緩沖區中的數據有效，可以發送到主機； 　　

(4)當讀完數據后必須調用ClearBuffer命令(0xF2)，以保證可以接收新的包； 　　

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

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

　　USB鼠標的軟件流程如下： 　　完成后的截圖如圖7所示。

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

　　圖8為使用USBVIEW調試工具看到的USB鼠標信息。

　　圖9為筆者的做的實物圖，正在使用中。

該USB鼠標經過筆者的長時間測試使用，性能比較穩定。在實際使用過程中應對鼠標的移動速度進行調整，以更加適應自身的使用習慣。除此之外，硬件焊接正確無需調試便可正常工作。筆者已經附上全部的代碼以及調試輸出信息，供讀者進行參考。

本文利用ATMEL89S52完成了鼠標移動數據的讀取與PC機通信數據的傳送，其實質為PS／2到USB協議的轉換，有興趣的讀者可以使用更加小巧、低電壓的芯片進行改造，使結構更加合理，外觀更加美觀。從學習USB協議的通用性和易用性上說，具有廣泛的價值。