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PS2鼠标使用USB接口的转换器

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　　为了出差方便，笔者购置了笔记本电脑，由于笔记本电脑已淘汰了PS2接口，于是家中的PS2鼠标就被闲置了起来，笔者突发奇想，USB鼠标可以通过一个简易的转接器插到台式机的PS2口中使用，反过来行不行呢笔者做了试验，结果却很失望，根本不行。看来需要另辟蹊径，于是，一不做二不休，用PDIUSBD12和51单片机设计了一个PS2转USB的协议转换器。原本其实并不抱太大的希望，结果却神奇般地成功了，而且不需要另外编写驱动，采用USB直接供电，识别为USB鼠标，十分好用，现将制作成果分享如下。

　　硬件设计

　　电路原理图如图1所示。

　　其中鼠标PS2接口的引脚定义如图2。

　　电路的主体为ATMEL公司的51系列芯片ATMEL89S52(以下简称S52)和PHILIPS公司的并行传输USB接口芯片PDIUSBD12(以下简称D12)。S52相信读者已经非常熟悉了，最高24MHz的主频，256字节的RAM，4组8位I/O口，没有什么特别的功能，一切中规中矩，本设计在此仅用到一个外部中断。但这同时也说明，任何51内核(带总线)的单片机都可以适用。

　　PDIUSBD12是应用十分广泛的并行接口USB控制芯片，作为实现USB接口的标准组件，D12使设计者能够灵活选择合适的MCU，用最经济最快的方式实现USB外设的解决方案。

　　S52主要完成PS2接口鼠标的控制与数据获取，并通过PDIUSBD12与PC完成鼠标协议数据的传输。

　　为了精简电路，S52使用D12的可编程时钟源，通过编程输出高达24MHz的时钟，供S52使用;观察调试输出的Uart波特率需要为19200bps，便于快速输出信息，不耽误正常的USB枚举。

　　软件设计

　　鼠标的工作模式有四种，分别为Reset模式，Wrap模式，Remote模式和Stream模式。前两种作为测试用，Remote模式为主机有需要时，发送命令使鼠标回送位移数据，Stream模式是上电的初始模式，每当鼠标产生位置或者按键状态的改变就自动发送数据。显而易见，第四种模式最为合适。正常读取鼠标数据前只需发送命令(0xF4)，此命令告知鼠标，主机已经准备完毕，可以接受位移数据。

　　但是这样简单的初始化存在着一个显著的缺陷，就是笔者发现滚轮无法使用了。这个问题困扰了笔者很久，原以为是软件编写出现小错误，引起鼠标能工作，但工作不正常。后来仔细查看了相关文档才发现，鼠标的初始化远没有那么简单，有点复杂却非常有趣：首先进行复位，这时的鼠标还是不带滚轮的，然后依次设置鼠标的采样率为200、100、80，这时候，就可以被识别为带滚轮的鼠标了，随后就根据需要，设置所需的采样率，一般默认的100即可。

　　PS/2鼠标与控制器间履行一种双向同步串行数据帧协议，每帧为11～12Bit，如图3所示。

　　按照标准的三键鼠标的数据包有效数据为3个字节，如图4所示。

　　读取PS/2鼠标数据后需要按照USB鼠标的格式进行转换。USB鼠标的数据格式如图5所示：此鼠标的重点调试重点是S52的USB控制代码。笔者参考了PHILIPS的标准固件驱动代码，并进行了一定优化。

　　USB的控制代码通常由三部分组成。

　　(1)初始化：初始化主要对S52以及外围电路的初始化，通过复位，初始化USB并读取D12的ChipID进行确认(D12的ChipID为0x1012);

　　(2)中断服务：用于对主机的令牌包的响应，主要包括StandardDeviceReq标准请求，VendorDeviceReq用户厂商请求和ClassFunctionReq类设备请求等，其中比较重要的为标准请求。标准请求的作用是告诉PC这是一个什么样的USB设备，包括USB类型、USB设备的描述符等;

　　(3)主循环处理数据：用于对获得的USB鼠标数据的处理填充，并等待PC要求数据时将数据传送给PC。

　　Windows对USB设备的枚举顺序：

　　(1)GetDeviceDescriptor：主机主要对Length感兴趣，即第2字节type必须为0x01，即Device，否则PC将重复2次后放弃(注意：此步只发送前16字节设备描述符);

　　(2)SetAddress：一般为02或者03;

　　(3)GetDeviceDescriptor：读取全部设备描述符，一般为18字节分为2次传输，如果不正确PC重复2次后放弃(与(1)步相比，此步发送全部的18字节设备描述符);

　　(4)GetConfigDescriptor：注意第2字节一定为0x02即Config;

　　(5)GetStringDescriptor：根据在设备描述符中的第15、16、17字节索引顺序而定，一般先读取LanguageID再读取ProductString读取全部ConfigDescriptor，次数根据描述符的大小决定，端点个数不同，描述符大小不同。至此PC已经能正确识别设备并安装驱动，如果不正确PC将重复2次后放弃;

　　(6)SetCoRFiguration、GetConfiguration和Getlnterface等调用，对设备的状态进行最后的配置即完成设备的枚举。

　　在编写USB固件程序时需要注意：

　　(1)S52的中断应设置为电平触发，中断后必须读上次传输状态寄存器命令0x40-0x45，以清除中断寄存器中的中断标志，只有这样D12的中断输出才能变回高电平;

　　(2)在接收到Setup包后必须调用ACKsetup命令重新使能端口0;

　　(3)在向IN端点写完数据后必须调用ValidateBuffer命令(0xFA)指明缓冲区中的数据有效，可以发送到主机;

　　(4)当读完数据后必须调用ClearBuffer命令(0xF2)，以保证可以接收新的包;

　　(5)在调试过程中，可使用USBVIEW等工具软件，外加代码中的串口输出调试信息配合完成;

　　(6)在代码中涉及到鼠标报告描述符MouseReportDescriptor，可以使用HIDDescrptorTool工具生成。

　　USB鼠标的软件流程如下：完成后的截图如图7所示。