<p>注：*为必填项。</p> <p>【请在报名阶段填写 ↓】 <em>  1、个人网站 <a href="http://www.lab-z.com" target="_blank">www.lab-z.com</a> 一直在使用 Arduino 制作各种设备 </em>  2、一些特定情况下，公司的机器不支持USB接口，因此想在电脑上使用USB接口的键盘鼠标会遇到问题。对于传统的有线鼠标可以通过淘宝上的转接器直接完成（能够实现这一点是因为USB鼠标芯片能够直接识别当前所用的接口），但是非常不幸的是无线鼠标并没有这样的接口，因此无法通过这种转接器来完成转接。因此，使用 Arduino 制作一个能将无线USB转接为 PS/2、的设备。</p> <p>< br> 【请在竞赛阶段填写 ↓】 *  1、描述项目详情 USB是由英特尔等多家公司联合在1996年推出的一种外部总线标准，用于电脑与外部设备的连接和通讯。相比之前的串口并口等等接口，USB具有方便扩展，可连接多种外设以及支持热插拔等等优点。因为上述优点，USB接口迅速普及，很快就应用于键盘鼠标和主机的连接。在USB普及之前，PS/2接口是专门为键盘鼠标设计的接口，更早之前还有串口作为鼠标接口。键盘鼠标可以通过这个接口接入电脑中，PS/2和USB这两种接口从外形到协议都是截然不同的。通常如果想将一个 USB键盘鼠标设备接入到PS2接口上可以使用下面这个转接器。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/CCGVPi1DmnOvJ8h48Hi7iVJhd32vEkVAv4QFaNJq.jpeg" alt="67472cadb2d51ea235e7f99818d26186.jpg"> 实际上其中没有任何元件只是物理连接，将USB6的D+ D-连接到 PS2的CLK 和DATA。通过键盘鼠标设备在上电的时候判断接口类型自动选择协议。非常不幸的是，很多无线键盘鼠标的接收器并没有这个功能，因此，用户无法在PS2接口上使用USB无线键盘鼠标，当然市场上也从未出见过PS2接口的无线键盘鼠标。这次就是使用 Arduino 制作一个将无线鼠标转接为PS2的设备。</p> <p>*  2、描述项目所面临的挑战及所解决的问题 基本原理如下：鼠标将移动和按键数据通过无线协议发送给USB接收器，接收器取得数据后以HID协议上报给Arduino USB Host Shield，接下来 Arduino 负责将USB数据解析出来再转化为 PS2协议发送给主机: <img src="//image.lceda.cn/pullimage/LIUMF8a5lfi1gFrBbkYPcyy969ODDPV3aZZMhW8n.jpeg" alt="tbl.jpg"></p> <p>【参考1】对于 X 方向有 Byte 1 的 Bit 4 （X sign bit）来表示方向（正负），还有 Byte 1的 Bit 6 (X overflow) 以及Byte 2 来表示移动距离。所以 PS/2 鼠标的 X 移动范围是 -255 ~ +255 。</p> <p>*  3、描述项目硬件、软件部分涉及到的关键点 这次转接的目标是罗技  M105 无线鼠标，此外还有下列元件</p> <table> <tr> <th></th> <th></th> <th></th> </tr> <tr> <td>元件</td> <td>数量</td> <td>选择理由</td> </tr> <tr> <td>USB Host Shield Mini</td> <td>1</td> <td>为了保证转接器体积小，这次选择 USB Host Shield Mini来作为USB Host；</td> </tr> <tr> <td>3.3V Arduino Pro Micro</td> <td>1</td> <td>常见的 Arduino Pro Micro 是5V 这次选择的是3.3V版本的，因为这个版本信号也都是3.3V电平可以直接和 USB Host Mini Shield 进行通讯。如果选择5V版本，只有加入电平转换电路才能正常通讯；</td> </tr> <tr> <td>PS2 公头线</td> <td>1</td> <td>用于将PS2连接到PC端</td> </tr> <tr> <td>3mm 铜柱螺丝</td> <td>若干</td> <td>整体固定</td> </tr> </table> <p>电路图如下： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/KG5lmj0qxhvfibBMly9lkjwq1mHyNBGnPrmndjLp.png" alt="image002.png"></p> <p>上述主要分为 2部分，一个是USB Host Mini 对 Arduino Pro Micro 3.3V 的连接，双方是通过SPI进行通讯的。这里再次强调必须是 3.3V 版本的 Arduino Pro Micro才能直接通讯；另外一部分是Arduino 对PS2的通讯，因为 Arduino 是 3.3V，所以需要使用下面这个电路来进行双向电平转换，来自 Arduino D3_3.3V  和 D3_5V 进行通讯， <img src="//image.lceda.cn/pullimage/V1IX1SlWx7ufHiKSDjcdtD0Zz4HQAf7BSiDmLck9.png" alt="image003.png"></p> <p>PCB 设计如下：</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/OJkMglMl7zWpRymwJxPl5yfrtZiS5fAOw8TIImrY.png" alt="image004.png"></p> <p>预览： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/nZr9SaXJeAL5a5guRsoIdmS8UEFzYXliCh58ohMV.png" alt="image005.png"> 硬件确定后即可开始软件设计。第一步：USB 数据的解析。特别注意，不同的鼠标发出来的格式不同，这里使用的是罗技 M185无线鼠标。首先用USBLyzer 分析USB接收器的 HID 数据，抓取到的如下： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/sfs6pgl6gQmKHNhX3El83tf5vIQxdV7t9iYubIuz.png" alt="image006.png"></p> <p>再通过实验确定数据格式：</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/m6ysb32cvfg7RlwDGmeFM2EwsBzDF0JZwfscCe2o.png" alt="image007.png"> 每次鼠标接收器会发送8字节的数据给主机：AA XX BB CC DD EE FF GGAA 的低三位对于鼠标三个按键；XX 一直为00；BB CC 给出 x 方向移动数据（0xCCBB）； DD  EE 给出 y 方向的移动数据（0xEEDD）； FF 是滚轮移动的距离；GG 这里在 Descriptor 中的描述是 AC Pan， 这是一种水平方向的滚轮，但是在笔者使用的M185上并不存在这个滚轮，所以始终为0。鼠标发送的格式就是下面这个结构体。 <code>struct USBMouseData_LogitechM185{</code>             <code>struct  {</code>                    <code>unsigned char _left_btn : 1; // 1 byte</code> <code>unsigned char _right_btn : 1;</code> <code>unsigned char _middle_btn : 1;</code> <code>unsigned char _dummy : 5;</code> <code>};</code> <code>char na1;</code> <code>int _delta_x;</code> <code>int _delta_y;</code> <code>char _delta_z;</code>             <code>char na2;</code> <code>};</code>< br> < br> 鼠标的解析在之前的文章中介绍过很多次，这里就不过多复述。还有一个需要注意的地方是USB Host Library 会比对本次数据和上一次的数据，如果有差别那么就不会将新的数据发送给上层。这个设计会影响鼠标的滚轮，因为滚轮转动数据量不大，经常只是滚动一行，这样会出现滚动并不灵敏的情况，因此在 \USB_Host_Shield_Library_2.0\hiduniversal.cpp 中做如下修改：</p> <p><code>bool HIDUniversal::BuffersIdentical(uint8_t len, uint8_t *buf1, uint8_t *buf2) {        for(uint8_t i = 0; i &lt; len; i++)                if(buf1[i] != buf2[i])                        return false;        if (buf1[6]!=0) return false; //LABZDebug        return true;}</code>< br> < br> 只要USB 传来的数据中，第七个数值不为零，就认为这个数据应该发送给上层处理。USB 数据会在 void on_usb_data(USBMouseData_LogitechM185* data) 函数中处理。这里对收到的鼠标 X Y移动数据进行处理。PS2 鼠标的移动范围是-255 到 +255，罗技 M185 鼠标的移动范围是-32767到+32767.通常的想法是使用 MAP 函数进行处理，但是这样做的结果会导致鼠标灵敏度下降。经过研究发现这是因为大部分的移动数值很小，使用MAP 函数会将这个数值变得更小，导致灵敏度下降。于是，编写mousemap() 函数，对于超过255的移动直接变成 255\, 对于绝对值小于 255的数值不做处理。</p> <p><code>int mousemap(int value) {  if (value&lt; -255) {return -255;}  if ((value>=-255)&amp;&amp;(value&lt; =255)) {return value;}    if (value>255) {return 255;}}</code>< br> < br> 经过上面的处理后，通过  PS2MouseSample() 函数即将数据通过 PS2 接口发送给主机端。网上有很多 Arduino PS/2 的库，但是大多数是Arduino作为PS2 Host ，这里我们需要将 Arduino 作为 PS2 Device,因此使用 <a href="https://github.com/harvie/ps2dev" target="_blank">https://github.com/harvie/ps2dev</a> 这个库。最初我使用一个 PS/2 转USB 的转接线来进行实验（理论上，现在的 PS/2 已经支持了热插拔，但是我确实见过热插拔烧坏主板的事情，稳妥起见并不建议在主板上进行PS/2 设备的热插拔）。</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/Kvowf5EpQmUAEvQZUtjRet7IyJ7FZXXiyTDYMWL1.jpeg" alt="image008.jpg"></p> <p>但是实验中发现 PS2Dev 库无法在上面工作，后来试用了DSLogic逻辑分析仪【参控2】，发现这个竟然无法解析PS/2协议，最终入手了Kingst LA2016usb逻辑分析仪。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/w0A9UMTEZChGwaQWM5IDApM2FL5GmsfQwW0cVJPX.png" alt="image009.png"> *  4、项目材料清单展示 这次转接的目标是罗技  M105 无线鼠标，此外还有下列元件</p> <table> <tr> <th></th> <th></th> <th></th> </tr> <tr> <td>元件</td> <td>数量</td> <td>选择理由</td> </tr> <tr> <td>USB Host Shield Mini</td> <td>1</td> <td>为了保证转接器体积小，这次选择 USB Host Shield Mini来作为USB Host；</td> </tr> <tr> <td>3.3V Arduino Pro Micro</td> <td>1</td> <td>常见的 Arduino Pro Micro 是5V 这次选择的是3.3V版本的，因为这个版本信号也都是3.3V电平可以直接和 USB Host Mini Shield 进行通讯。如果选择5V版本，只有加入电平转换电路才能正常通讯；</td> </tr> <tr> <td>PS2 公头线</td> <td>1</td> <td>用于将PS2连接到PC端</td> </tr> <tr> <td>3mm 铜柱螺丝</td> <td>若干</td> <td>整体固定</td> </tr> </table> <p>*  5、项目图片上传 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/KEf7LpaXCOr77Z3ZzHTtQVqsW3J0x1AI89W8ZlaM.png" alt="pic1.png"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/EFSLhjCIGirNLkZGhsG1jccVYVhXI8ZUF7G1klLB.jpeg" alt="pic2.jpg"></p> <p>*   6、演示您的项目并录制成视频上传           6.1、视频上传大赛官网           6.2、B站视频标题和链接  <a href="https://www.bilibili.com/video/BV1zK411T7nN/" target="_blank">https://www.bilibili.com/video/BV1zK411T7nN/</a>  无线鼠标转PS2鼠标</p> <p><em>  7、是否首次公开发布          首次发表           7.1、项目之前是否发表过或获奖，请说明    未发表过           7.2、若项目是在原有基础上优化，请说明优化部分 </em>  8、开源文档         源代码可以在附件中下载到</p> <p>*  9、参考文献 参考：</p> <ol> <li><a href="https://isdaman.com/alsos/hardware/mouse/ps2interface.htm" target="_blank">https://isdaman.com/alsos/hardware/mouse/ps2interface.htm</a></li> <li><a href="http://www.lab-z.com/dslogic/" target="_blank">http://www.lab-z.com/dslogic/</a>  DSLogic逻辑分析仪试用</li> <li><a href="http://www-ug.eecg.toronto.edu/msl/nios_devices/datasheets/PS2%20Keyboard%20Protocol.htm" target="_blank">http://www-ug.eecg.toronto.edu/msl/nios_devices/datasheets/PS2%20Keyboard%20Protocol.htm</a> *0xFA (Set All Keys Typematic/Make/Break) - Keyboard responds with "ack" (0xFA).  Sets all keys to their normal setting (generate scan codes on make, break, and typematic repeat)  4. <a href="https://github.com/liumazi/MzMouse" target="_blank">https://github.com/liumazi/MzMouse</a></li> </ol>