基于單片機的共享控制器的設計

1.3 外設共享控制器的設計原理

　　外設共享控制器的原理見圖3，設計采用ATMEL公司的AT89S8252單片機，它擁有8k flash存儲區、256×8位RAM。AT89S8252自帶EEPRO-M，且其P0、P1、P2、P3均可作為I/O口使用。在本設計中，鍵盤鼠標等PS/2口的切換主要是通過雙刀雙擲繼電器實現，顯示的R、G、B信號主要通過AD8183芯片完成信號切換，H、V信號通過54LS157芯片完成信號切換。為保證顯示信號切換的一致性，通過一個雙刀雙擲繼電器對AD8183和54LS157進行統一控制。本文為兩臺計算機設計一套鍵盤鼠標共享電路，計算機數量多時，情形類似。

　　2 設計買現

　　外設共享控制器需要解決計算機啟動對外設(PS/2、VGA)初始化，并在計算機啟動完成后，控制信號的動態切換。共分為硬件設計和軟件設計。

　　2.1 硬件設計

　　單片機U1的P1口接鍵盤K0、鼠標M0的時鐘、數據線;P0口接計算機的鍵盤鼠標信號線，即：PCI的時鐘線kbclk1、mselk1，數據線kbda-ta1、msdata1，PC2的時鐘線kbclk2、msclk2，數據線kbdata2，msdata2;P2口用來控制計算機間的切換。

　　計算機啟動時，P0口的時鐘、數據線被拉高和拉低，單片機檢測這些狀態，并根據PS/2協議讀出這些發來的命令。然后把這些命令直接發送給鍵盤K0。K0應答計算機的命令，單片機把這些應答數據轉發給計算機。對于后臺計算機，單片機直接回應這些計算機發來的命令。鼠標和計算機間的聯系和鍵盤相同。

　　習慣上，指定其中一臺計算機設為前臺計算機，單片機轉發這臺計算機的命令、數據給鍵盤。當這臺計算機沒有接入時，單片機自動指定另一臺為前臺計算機。

　　單片機的P2口外接一瞬態開關，當開關按下時，單片機接受一個脈沖，于是就把當前的前臺計算機和后臺計算機進行互換。并放置指示燈指示對應計算機的狀態。

　　顯示信號分R、G、B信號，H、V信號。前三個信號為模擬信號，用AD8183芯片控制，在這個片子的輸入輸出端要力175Ω的匹配電阻，并且這個片子需要5V電源供電。輸出選擇端在U2的223腳SEL，當SEL端接地時，A路輸出，否則B路輸出。H、V信號由54LS157控制，這是四組2選1的數據選擇器，它的選擇端在1腳，1腳拉高B路輸出，1腳拉低A路輸出。這兩個片子的選擇端接到一個雙刀雙擲繼電器，對AD8183和154LS15 7進行統一控制。

　　2.2 軟件設計

　　計算機啟動時，運行BIOS，檢測主板和各種外部硬件設備，識別其設備類型，并對它們進行初始化。當檢測鍵盤時，如果掃描不到，且計算機在BIOS中設置PostBehavior->keyboard Errors->Report，計算機就會停止初始化，顯示出錯信息;否則，認為鍵盤不存在，跳過該設

　　備，計算機初始化結束后該設備不能用。當多臺計算機與一個鍵盤相連時，必須給沒有與鍵盤物理連接的計算機建立虛擬的鍵盤。這個虛擬外設能夠完成與計算機的數據交換，幫助計算機順利通過BIOS檢測。同樣，對于鼠標，也必須建立虛擬鼠標使計算機通過BIOS檢測。虛擬鍵盤和虛擬鼠標這些虛擬外設，在計算機給出命令時，應答命令，使計算機確信該外設存在。

　　BIOS檢測完成后，計算機進入系統初始化過程。在這個過程中，操作系統要對外部設備的具體參數進行設置。鍵盤要設置機打速率/延遲(typematic rate/delay);鼠標要設置采樣率(sample rate)，讀取設備類型(不同類型的鼠標有不同的ID)，設置分辨率(resolution，設置為每mm多少個計數點counts/mm)，比例(scaling)，設置數據報告禁止/允許。同樣，對于計算機必須建立虛擬外設，使系統確認外設存在，以通過初始化。

　　當上述過程完成后，系統就順利通過了初始化。顯示器顯示一臺計算機的畫面，該畫面對應的計算機稱為前臺計算機，不被顯示畫面的計算機為后臺計算機。按下共享控制器上的切換按鈕，外設選擇一后臺計算機，把其置前成為前臺計算機，此時，顯示器顯示該計算機的畫面，鍵盤鼠標響應該計算機。原先的前臺計算機變為后臺工作。

　　啟動過程的程序流程圖見圖4。

　　本文用Keil C開發，它提供了豐富的數據類型，極大地增強了程序處理能力和靈活性，它能夠自動實現中斷服務程序的現場保護和恢復，目標程序效率高、可移植性好，是一種高級語言，可讀性強，維護使用方便靈活。軟件由主程序和中斷服務子程序組成。主程序完成系統的初始化和計算機命令的響應、鍵盤鼠標數據的發送。中斷程序主要包括鍵盤熱鍵切換、外部按鍵切換。軟件功能模塊結構清晰可讀。程序流程圖見圖4和圖5。

　　系統上電，外設共享控制器上電并開始對AT89S8252初始化。包括對變量、串口、定時器、中斷控制、看門狗進行初始化操作。在這個過程中還需要對外部的計算機的PS/2外設進行初始化應答。并且自動掃描啟動計算機，PS/2、VGA外設連接啟動計算機，并顯示啟動計算機的畫面。

　　當完成BIOS檢測和操作系統檢測應答后，單片機進入主程序，執行正常鍵盤鼠標的操作功能。讀取P1.1上鍵盤給主機的數據看是否有“切換前/后臺計算機”的熱鍵按下，如果是，將切換;否則，連接當前計算機。

　　3 設計小結

　　本論文完成了主機1和主機2的鍵盤、鼠標、顯示器幾種外設的共享，解決了PS/2口、VGA接口共享時遇到的問題。實物經過篩選試驗、環境適應性試驗、電磁兼容試驗，性能良好，安全可靠。