為了出差方便,，筆者購置了筆記本電腦,，由于筆記本電腦已淘汰了PS2接口，于是家中的PS2鼠標(biāo)就被閑置了起來,，筆者突發(fā)奇想,，USB鼠標(biāo)可以通過一個簡易的轉(zhuǎn)接器插到臺式機的PS2口中使用，反過來行不行呢?筆者做了試驗,，結(jié)果卻很失望,，根本不行?？磥硇枰肀脔鑿?，于是，一不做二不休,，用PDIUSBD12和51單片機設(shè)計了一個PS2轉(zhuǎn)USB的協(xié)議轉(zhuǎn)換器,。原本其實并不抱太大的希望，結(jié)果卻神奇般地成功了,，而且不需要另外編寫驅(qū)動,，采用USB直接供電，識別為USB鼠標(biāo),，十分好用,，現(xiàn)將制作成果分享如下。
硬件設(shè)計
電路原理圖如圖1所示,。
其中鼠標(biāo)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(jīng)非常熟悉了,，最高24MHz的主頻，256字節(jié)的RAM,，4組8位I／O口,，沒有什么特別的功能，一切中規(guī)中矩,，本設(shè)計在此僅用到一個外部中斷,。但這同時也說明，任何51內(nèi)核(帶總線)的單片機都可以適用,。
PDIUSBD12是應(yīng)用十分廣泛的并行接口USB控制芯片,，作為實現(xiàn)USB接口的標(biāo)準(zhǔn)組件，D12使設(shè)計者能夠靈活選擇合適的MCU,，用最經(jīng)濟最快的方式實現(xiàn)USB外設(shè)的解決方案,。
S52主要完成PS2接口鼠標(biāo)的控制與數(shù)據(jù)獲取，并通過PDIUSBD12與PC完成鼠標(biāo)協(xié)議數(shù)據(jù)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(diào)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(shè)計
鼠標(biāo)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(fā)送命令使鼠標(biāo)回送位移數(shù)據(jù),，Stream模式是上電的初始模式，每當(dāng)鼠標(biāo)產(chǎn)生位置或者按鍵狀態(tài)的改變就自動發(fā)送數(shù)據(jù),。顯而易見,，第四種模式最為合適。正常讀取鼠標(biāo)數(shù)據(jù)前只需發(fā)送命令(0xF4),，此命令告知鼠標(biāo),，主機已經(jīng)準(zhǔn)備完畢，可以接受位移數(shù)據(jù),。
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(fā)現(xiàn)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(xiàn)小錯誤,，引起鼠標(biāo)能工作，但工作不正常,。后來仔細(xì)查看了相關(guān)文檔才發(fā)現(xiàn),，鼠標(biāo)的初始化遠(yuǎn)沒有那么簡單，有點復(fù)雜卻非常有趣：首先進行復(fù)位,，這時的鼠標(biāo)還是不帶滾輪的,，然后依次設(shè)置鼠標(biāo)的采樣率為200、100,、80,，這時候，就可以被識別為帶滾輪的鼠標(biāo)了,，隨后就根據(jù)需要,，設(shè)置所需的采樣率，一般默認(rèn)的100即可。
PS／2鼠標(biāo)與控制器間履行一種雙向同步串行數(shù)據(jù)幀協(xié)議,，每幀為11～12Bit,，如圖3所示。
按照標(biāo)準(zhǔn)的三鍵鼠標(biāo)的數(shù)據(jù)包有效數(shù)據(jù)為3個字節(jié),，如圖4所示,。
讀取PS／2鼠標(biāo)數(shù)據(jù)后需要按照USB鼠標(biāo)的格式進行轉(zhuǎn)換。USB鼠標(biāo)的數(shù)據(jù)格式如圖5所示： 此鼠標(biāo)的重點調(diào)試重點是S52的USB控制代碼,。筆者參考了PHILIPS的標(biāo)準(zhǔn)固件驅(qū)動代碼,，并進行了一定優(yōu)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(fù)位，初始化USB并讀取D12的ChipID進行確認(rèn)(D12的ChipID為0x1012),；
(2)中斷服務(wù)：用于對主機的令牌包的響應(yīng),，主要包括StandardDeviceReq標(biāo)準(zhǔn)請求，VendorDeviceReq用戶廠商請求和ClassFunctionReq類設(shè)備請求等,，其中比較重要的為標(biāo)準(zhǔn)請求,。標(biāo)準(zhǔn)請求的作用是告訴PC這是一個什么樣的USB設(shè)備，包括USB類型,、USB設(shè)備的描述符等,；
(3)主循環(huán)處理數(shù)據(jù)：用于對獲得的USB鼠標(biāo)數(shù)據(jù)的處理填充，并等待PC要求數(shù)據(jù)時將數(shù)據(jù)傳送給PC,。
Windows對USB設(shè)備的枚舉順序：
(1)GetDeviceDescriptor：主機主要對Length感興趣,，即第2字節(jié)type必須為0x01，即Device,，否則PC將重復(fù)2次后放棄(注意：此步只發(fā)送前16字節(jié)設(shè)備描述符),；
(2)SetAddress：一般為02或者03；
(3)GetDeviceDescriptor：讀取全部設(shè)備描述符,，一般為18字節(jié)分為2次傳輸,，如果不正確PC重復(fù)2次后放棄(與(1)步相比，此步發(fā)送全部的18字節(jié)設(shè)備描述符),；
(4)GetConfigDescriptor：注意第2字節(jié)一定為0x02即Config；
(5)GetStringDescriptor：根據(jù)在設(shè)備描述符中的第15,、16,、17字節(jié)索引順序而定，一般先讀取LanguageID再讀取ProductString讀取全部ConfigDescriptor,，次數(shù)根據(jù)描述符的大小決定,，端點個數(shù)不同，描述符大小不同。至此PC已經(jīng)能正確識別設(shè)備并安裝驅(qū)動,，如果不正確PC將重復(fù)2次后放棄,；
(6)SetCorfiguration、GetConfiguration和Getlnterface等調(diào)用,，對設(shè)備的狀態(tài)進行最后的配置即完成設(shè)備的枚舉,。
在編寫USB固件程序時需要注意：
(1)S52的中斷應(yīng)設(shè)置為電平觸發(fā)，中斷后必須讀上次傳輸狀態(tài)寄存器命令0x40-0x45,，以清除中斷寄存器中的中斷標(biāo)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(diào)用ACKsetup命令重新使能端口0,；
(3)在向IN端點寫完數(shù)據(jù)后必須調(diào)用ValidateBuffer命令(0xFA)指明緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)有效,，可以發(fā)送到主機；
(4)當(dāng)讀完數(shù)據(jù)后必須調(diào)用ClearBuffer命令(0xF2),，以保證可以接收新的包,；
(5)在調(diào)試過程中，可使用USBVIEW等工具軟件,，外加代碼中的串口輸出調(diào)試信息配合完成,；
(6)在代碼中涉及到鼠標(biāo)報告描述符MouseReportDescriptor，可以使用HID Descrptor Tool工具生成,。
USB鼠標(biāo)的軟件流程如下： 完成后的截圖如圖7所示,。
圖7為在設(shè)備管理器中看到的識別為“USB人體學(xué)輸入設(shè)備”以及“HID-compliant mouse”；在“人體學(xué)輸入設(shè)備”查看屬性,，可看到“位置0(LLH-HXY’MOUSE)”,。
圖8為使用USBVIEW調(diào)試工具看到的USB鼠標(biāo)信息。
圖9為筆者的做的實物圖,，正在使用中,。
該USB鼠標(biāo)經(jīng)過筆者的長時間測試使用，性能比較穩(wěn)定,。在實際使用過程中應(yīng)對鼠標(biāo)的移動速度進行調(diào)整,，以更加適應(yīng)自身的使用習(xí)慣。除此之外,，硬件焊接正確無需調(diào)試便可正常工作,。筆者已經(jīng)附上全部的代碼以及調(diào)試輸出信息，供讀者進行參考,。
本文利用ATMEL89S52完成了鼠標(biāo)移動數(shù)據(jù)的讀取與PC機通信數(shù)據(jù)的傳送,，其實質(zhì)為PS／2到USB協(xié)議的轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)更加合理,，外觀更加美觀。從學(xué)習(xí)USB協(xié)議的通用性和易用性上說,，具有廣泛的價值,。