FPGA实现的PS2键盘控制设计与仿真

"基于FPGA的PS2键盘控制设计及仿真实现" 本文档主要探讨了基于FPGA的PS2键盘控制设计与实现，详细介绍了PS2键盘的理论基础、设计流程以及使用ISE工具进行硬件描述语言编程的方法。PS2键盘作为计算机常用的输入设备，其接口标准历经多次演变，从早期的IBM PC/XT、IBM AT到后来的PS2接口，功能不断优化，兼容性增强。在现代电子设备设计中，PS2键盘因其简单易用的特性仍被广泛采用。 1.1 研究目的及意义 该选题旨在利用FPGA（Field-Programmable Gate Array）设计一个PS2键盘控制器，简化工业电子设备的人机交互界面。FPGA的优势在于能快速实现复杂逻辑电路，并且编程灵活，对比传统微控制器（MCU），在设计周期和编码复杂性上有显著优势。通过FPGA设计，可以降低硬件复杂度，提高系统响应速度。 1.2 国内外研究状况 键盘作为人机交互的重要组成部分，无论在嵌入式系统还是在个人计算机领域都有广泛需求。国内外键盘制造商不断优化键盘的功能性和用户体验，如按键布局、手感、耐用性等方面。在FPGA控制键盘方面，研究集中在如何高效地实现键盘协议解析、信号处理和错误检测等功能，以满足不同应用场景的需求。 2. PS2键盘理论研究 2.1 结构特点 PS2键盘通常具有6脚mini-DIN连接器，支持双向串行通信协议，提供多套扫描码集，并支持多种主机到键盘的命令，兼容不同键位布局的键盘。 2.2 工作原理 键盘工作时，通过发送扫描码序列到主机，主机解析这些代码以识别按下的键。同时，主机也可以向键盘发送命令，如设置键盘状态、查询键盘状态等。 2.3 PS2协议 PS2协议是一种低速率的串行通信协议，它定义了数据传输的时序、帧结构和错误检测机制，确保了键盘与主机之间的可靠通信。 3. ISE工具概述 ISE（Integrated Software Environment）是Xilinx公司的开发工具，用于FPGA的设计和仿真。它支持硬件描述语言如VHDL和Verilog，用户可以通过这些语言编写逻辑电路，然后通过ISE进行编译、仿真和下载到FPGA中。 4. PS2接口设计 4.1 模块结构设计 设计中可能包括键盘数据接收模块、命令处理模块、错误检测模块等，每个模块负责特定的协议处理任务。 4.2 VHDL代码设计 使用VHDL编写PS2键盘控制器的代码，实现协议解析、数据存储和主机通信等功能。 4.3 仿真验证 通过ISE的仿真工具对设计进行验证，确保在实际应用中能正确识别和处理来自PS2键盘的信号。 基于FPGA的PS2键盘控制设计是一个结合硬件设计和软件编程的过程，它充分利用了FPGA的灵活性和高速处理能力，实现了高效可靠的键盘控制。通过这样的设计，不仅可以满足基本的键盘输入功能，还为定制化和扩展提供了可能，例如增加键盘的自定义功能或与其他外设的集成。