104键PS2接口标准键盘C语言驱动程序

一、PS2键盘通信协议概述

PS2键盘采用双向同步串行通信协议，通过CLK（时钟线）和DATA（数据线）与主机通信，核心特性：

数据传输格式：11位/帧（1起始位(0) + 8数据位(LSB先发) + 1奇校验位 + 1停止位(1)），速率10-16.7kHz（位宽60-100μs）。
通信模式：键盘主动发送（通码/断码），主机被动接收；主机可发送命令（如复位、设置LED）。
扫描码 ：104键键盘使用Make Code（通码，按下） 和Break Code（断码，释放），断码=通码最高位置1（如通码0x1C→断码0x9C），扩展码以0xE0前缀标识（如右Ctrl通码0xE014）。

二、硬件设计

2.1 核心组件

模块	说明
微控制器	51系列/STM8/STM32（GPIO控制）
PS2键盘	104键标准键盘（PS2接口）
电路连接	CLK→PA0（输入，上拉4.7kΩ），DATA→PA1（输入/输出，上拉4.7kΩ）

三、软件设计（C语言，模块化实现）

3.1 头文件与宏定义

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#include "reg52.h"  // 以51单片机为例，其他平台需调整
#include "intrins.h"

// PS2引脚定义（可修改为实际硬件引脚）
sbit PS2_CLK = P1^0;  // 时钟线（输入/输出）
sbit PS2_DAT = P1^1;  // 数据线（输入/输出）

// 扫描码表（部分常用键，完整104键需扩展）
#define KEY_ESC    0x76
#define KEY_1      0x16
#define KEY_A      0x1C
#define KEY_SPACE  0x29
#define KEY_SHIFT_L 0x12
#define KEY_CTRL_L  0x14
#define KEY_EXT    0xE0  // 扩展码前缀

// 键值映射（通码→ASCII/功能码）
unsigned char code keyMap[128] = {
    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,  // 0x00-0x0F
    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,  // 0x10-0x1F
    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,  // 0x20-0x2F
    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,  // 0x30-0x3F
    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,  // 0x40-0x4F
    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,  // 0x50-0x5F
    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,  // 0x60-0x6F
    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0   // 0x70-0x7F
};

3.2 核心函数实现

3.2.1 微秒级延时（时序控制）

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void delay_us(unsigned int us) {
    while (us--) {
        _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();  // 12MHz晶振下，4个_nop_≈1μs
    }
}

3.2.2 PS2数据接收（键盘→主机）

功能：按PS2协议接收1字节数据（含起始/数据/校验/停止位），返回接收值（0xFF表示错误）。

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unsigned char ps2_receive(void) {
    unsigned char data = 0, bit = 0, parity = 1;  // 奇校验初始为1
    unsigned int timeout = 1000;  // 超时计数（防死等）
    
    // 等待起始位（CLK高，DATA低）
    while (PS2_CLK && timeout--); if (timeout == 0) return 0xFF;
    delay_us(5);  // 等待数据稳定
    
    // 接收8位数据位（LSB先发）
    for (bit=0; bit<8; bit++) {
        while (!PS2_CLK && timeout--); if (timeout == 0) return 0xFF;  // 等待CLK高
        data >>= 1;  // 右移（LSB先收）
        if (PS2_DAT) { data |= 0x80; parity ^= 1; }  // 记录数据位，更新校验
        while (PS2_CLK && timeout--); if (timeout == 0) return 0xFF;  // 等待CLK低
    }
    
    // 接收校验位
    while (!PS2_CLK && timeout--); if (timeout == 0) return 0xFF;
    if (PS2_DAT) parity ^= 1;  // 校验位为1则翻转parity
    while (PS2_CLK && timeout--); if (timeout == 0) return 0xFF;
    
    // 接收停止位（应为1）
    while (!PS2_CLK && timeout--); if (timeout == 0) return 0xFF;
    if (!PS2_DAT) return 0xFF;  // 停止位错误
    while (PS2_CLK && timeout--); if (timeout == 0) return 0xFF;
    
    // 校验结果（奇校验：1的个数为奇数）
    if (parity != 1) return 0xFF;  // 校验失败
    return data;
}

3.2.3 PS2命令发送（主机→键盘）

功能：向键盘发送1字节命令（如复位0xFF、设置LED 0xED），返回键盘回应（0xFA为成功）。

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unsigned char ps2_send(unsigned char cmd) {
    unsigned char data = cmd, bit = 0, parity = 1;
    unsigned int timeout = 1000;
    
    // 主机控制CLK为低（请求发送）
    PS2_CLK = 0;
    delay_us(100);  // 保持低电平>100μs
    PS2_DAT = 0;    // 起始位（0）
    delay_us(10);
    PS2_CLK = 1;    // 释放CLK，由键盘控制
    
    // 发送8位数据位（LSB先发）
    for (bit=0; bit<8; bit++) {
        while (PS2_CLK && timeout--); if (timeout == 0) return 0xFF;  // 等待CLK低
        PS2_DAT = (data & 0x01) ? 1 : 0;  // 发送最低位
        data >>= 1;
        parity ^= (data & 0x01);  // 更新校验（注意：此处需先取位再移位）
        while (!PS2_CLK && timeout--); if (timeout == 0) return 0xFF;  // 等待CLK高
    }
    
    // 发送校验位（奇校验）
    while (PS2_CLK && timeout--); if (timeout == 0) return 0xFF;
    PS2_DAT = parity;
    while (!PS2_CLK && timeout--); if (timeout == 0) return 0xFF;
    
    // 发送停止位（1）
    while (PS2_CLK && timeout--); if (timeout == 0) return 0xFF;
    PS2_DAT = 1;
    while (!PS2_CLK && timeout--); if (timeout == 0) return 0xFF;
    
    // 接收键盘回应（0xFA）
    return ps2_receive();
}

3.2.4 键盘初始化

功能：发送复位命令，等待键盘回应（0xAA=自检通过，0x00=设备ID）。

c 复制代码

bit keyboard_init(void) {
    unsigned char ack, bat;
    ps2_send(0xFF);  // 发送复位命令
    ack = ps2_receive();  // 应返回0xFA（确认）
    if (ack != 0xFA) return 0;
    bat = ps2_receive();  // 应返回0xAA（BAT通过）
    if (bat != 0xAA) return 0;
    ps2_receive();  // 接收设备ID（0x00）
    return 1;  // 初始化成功
}

3.2.5 扫描码处理（通码/断码→键值）

功能：维护修饰键状态（Shift/Ctrl），将扫描码转换为ASCII/功能码。

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unsigned char shift_flag = 0, ctrl_flag = 0;  // 修饰键状态
unsigned char key_value = 0;  // 当前键值

void process_scancode(unsigned char code) {
    static unsigned char ext_flag = 0;  // 扩展码标志
    
    if (code == KEY_EXT) {  // 扩展码前缀
        ext_flag = 1;
        return;
    }
    
    if (ext_flag) {  // 处理扩展码第二字节
        ext_flag = 0;
        switch (code) {
            case 0x14: key_value = (shift_flag ? KEY_CTRL_R : KEY_CTRL_L); break;  // 右Ctrl
            // 其他扩展键（如右Alt、数字小键盘）需补充
        }
        return;
    }
    
    if (code & 0x80) {  // 断码（释放）
        code &= 0x7F;  // 清除最高位
        switch (code) {
            case KEY_SHIFT_L: shift_flag = 0; break;
            case KEY_CTRL_L: ctrl_flag = 0; break;
        }
    } else {  // 通码（按下）
        switch (code) {
            case KEY_SHIFT_L: shift_flag = 1; break;
            case KEY_CTRL_L: ctrl_flag = 1; break;
            case KEY_A: key_value = (shift_flag ? 'A' : 'a'); break;
            case KEY_1: key_value = (shift_flag ? '!' : '1'); break;
            // 其他键映射需补充完整扫描码表
        }
    }
}

3.3 主程序流程

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void main(void) {
    unsigned char scancode;
    
    // 初始化：引脚设为输入，上拉
    PS2_CLK = 1; PS2_DAT = 1;
    
    // 键盘初始化
    if (!keyboard_init()) {
        // 初始化失败（如LED报警）
        while(1);
    }
    
    // 主循环：接收扫描码并处理
    while (1) {
        if (PS2_CLK == 0) {  // 检测键盘发送数据（CLK低）
            scancode = ps2_receive();
            if (scancode != 0xFF) {  // 接收成功
                process_scancode(scancode);
                // 输出键值（如LCD显示、串口发送）
                // printf("Key: 0x%02X, Value: %c\n", scancode, key_value);
            }
        }
    }
}

参考代码 104键PS2接口标准键盘程序（C语言） www.youwenfan.com/contentcss/161311.html

四、关键问题与解决方案

4.1 时序错误导致数据接收失败

原因：延时不足或CLK信号检测错误。
解决：用示波器测量CLK/DATA波形，调整delay_us参数，确保位宽符合10-16.7kHz要求。

4.2 扫描码解析遗漏扩展键

原因：未处理0xE0前缀的扩展码。
解决：在process_scancode中增加ext_flag状态机，记录扩展码前缀，分两次接收完整扫描码。

4.3 键盘无响应

原因：未通过复位命令初始化，或电源/接线错误。
解决：用ps2_send(0xFF)发送复位命令，检查键盘是否返回0xFA+0xAA，确保VCC（5V）、GND、CLK、DATA连接正确。

五、测试与验证

硬件连接：按2.1节连接键盘与微控制器，确保上拉电阻（4.7kΩ）接5V。
功能测试：按下字母键，通过串口助手观察输出的ASCII码（如按"A"显示0x41或0x61，取决于Shift状态）。
扩展测试：测试数字小键盘、功能键（F1-F12），补充完整扫描码表。

六、总结

基于PS2协议实现了104键键盘的驱动，核心是时序精确的收发函数和扫描码解析逻辑。通过模块化设计，可扩展支持全键扫描码映射、LED控制（如Num Lock指示灯）、连击检测等功能，适用于嵌入式设备的人机交互接口。