【立创开源】Arduino打造USBPS2鼠标转换器

Zoologist

1、个人网站 [color=rgb(85, 136, 255) !important]www.lab-z.com 一直在使用 Arduino 制作各种设备   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。

< 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。 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。

*  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:

【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 。

*  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

元件

数量选择理由
USB Host Shield Mini1为了保证转接器体积小，这次选择 USB Host Shield Mini来作为USB Host；
3.3V Arduino Pro Micro1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；
PS2 公头线1用于将PS2连接到PC端
3mm 铜柱螺丝若干整体固定

电路图如下：

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，

PCB 设计如下：

预览： 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：

再通过实验确定数据格式：

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。 struct USBMouseData_LogitechM185{             struct  {                    unsigned char _left_btn : 1; // 1 byte unsigned char _right_btn : 1; unsigned char _middle_btn : 1; unsigned char _dummy : 5; }; char na1; int _delta_x; int _delta_y; char _delta_z;             char na2; };< 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：

bool HIDUniversal::BuffersIdentical(uint8_t len, uint8_t *buf1, uint8_t *buf2) {        for(uint8_t i = 0; i < len; i++)                if(buf1 != buf2)                        return false;        if (buf1[6]!=0) return false; //LABZDebug        return true;}< 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。

int mousemap(int value) {  if (value< -255) {return -255;}  if ((value>=-255)&&(value< =255)) {return value;}    if (value>255) {return 255;}}< 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 [color=rgb(85, 136, 255) !important]https://github.com/harvie/ps2dev 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）。

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。 *  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

元件

数量选择理由
USB Host Shield Mini1为了保证转接器体积小，这次选择 USB Host Shield Mini来作为USB Host；
3.3V Arduino Pro Micro1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；
PS2 公头线1用于将PS2连接到PC端
3mm 铜柱螺丝若干整体固定

*  5、项目图片上传

*   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  [color=rgb(85, 136, 255) !important]https://www.bilibili.com/video/BV1zK411T7nN/  无线鼠标转PS2鼠标

  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   8、开源文档         源代码可以在附件中下载到

*  9、参考文献 参考：

• [color=rgb(85, 136, 255) !important]https://isdaman.com/alsos/hardware/mouse/ps2interface.htm
• [color=rgb(85, 136, 255) !important]http://www.lab-z.com/dslogic/  DSLogic逻辑分析仪试用
• [color=rgb(85, 136, 255) !important]http://www-ug.eecg.toronto.edu/msl/nios_devices/datasheets/PS2%20Keyboard%20Protocol.htm *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. [color=rgb(85, 136, 255) !important]https://github.com/liumazi/MzMouse