Teclado Ps2 CON FPGA

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  • Universidad de las Fuerzas Armadas. Teclado PS2

    Diseo de VLSI

    TECLADO PS2 I. Altamirano, A. Amores, J. Escobar, A. Martnez

    Universidad de las Fuerzas Armadas

    Sangolqu, Ecuador

    [email protected]

    [email protected]

    [email protected]

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    Resumen En este articulo se muestra el desarrollo

    de una aplicacin en VHDL por medio de un tarjeta

    FPGA ESPARTAN 3E que permita el ingreso de

    informacin de un teclado de computadora PS2 y que

    la informacin se despliegue en un grupo 5 displays de

    7 segmentos.

    Palabras clavesTeclado PS2, displays 7 segmentos,

    VHDL.

    I. INTRODUCCIN

    Con el paso de los aos la industria ha tenido una gran

    evolucin en el desarrollo de sistemas digitales; desde

    computadoras personales, sistemas de audio y vdeo hasta

    dispositivos de alta velocidad para las comunicaciones.

    Esto ha sido posible por la ejecucin de herramientas de

    diseo asistidos por computadora.

    Adems de facilitar el trabajo, el uso de herramientas

    programadas por computador tambin acelera los

    procesos de diseo. Esta situacin condujo a adoptar

    nuevas metodologas para el diseo y evaluacin de los

    circuitos electrnicos

    II. ESTADO DEL ARTE

    - En la actualidad los teclados con conexin PS-2 ya

    no se utilizan. Pues la aparicin de nuevas tecnologas

    inalmbricas ha permitido la aparicin de teclados

    inalmbricos como el Teclado Logitech Keys-To-Go para

    iOS el cual fue lanzado por la marca Suiza

    Logitech.Utiliza un tipo de tecnologa FabricSkin el cual

    repele los lquidos.

    Se conecta al ordenador mediante Bluetooth.

    Ilustracin 1 Teclado Logitech Keys-To-Go

    Fecha de Publicacin: 28 de oct 2014

    En lo que se refiere a perifricos de entrada que

    anteriormente igual utilizaban conectores de tipo PS2, se

    puede determinar que la innovacin en estos perifricos se

    lo ha realizado de forma externa, mas no se han hecho

    avances ms all de la parte esttica de estos dispositivos.

    La tecnologa usada es la USB para conectarlo al

    ordenador.

    - El Thermaltake Cyclone es un mouse que posee un

    ventilador, y est orientado a los usuarios que pasan horas

    jugando en el ordenador

    Ilustracin 2 El Thermaltake Cyclone

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    Diseo de VLSI

    - ANALIZADOR DE PROTOCOLO

    RS-232FPGANIOS II

    Este es un estudio que pretende capturar y analizar las

    tramas que se intercambian entre dos dispositivos que se

    comunican usando el protocolo de comunicacin serial

    RS-232.

    La informacin capturada se muestra en una

    Computadora Personal o en un Dispositivo Mvil con

    Sistema Operativo Android; esto permite entender e

    interpretar el funcionamiento del protocolo antes

    mencionado, adems ayuda en la tarea de detectar y

    resolver problemas relacionados con este tipo de

    comunicacin.

    Esta herramienta tiene la capacidad de detectar los

    parmetros de configuracin de la comunicacin RS-232

    que recolecta las tramas de forma correcta. Para esto se

    desarroll un Sistema Embebido basado en el

    Microprocesador NIOS II el cual fue implementado en la

    tarjeta de desarrollo y educacin DE0 nano de Terasic

    Inc., cuyo componte principal es la FPGA

    EP4CE22F17C6N de la familia Cyclone IV E de Altera.

    Fecha de publicacin: 21 de feb 2014

    III. DESARROLLO DEL ARTCULO

    A. Teclado PS2

    El teclado PS2 tiene un mapa de teclas a las que asigna

    un cdigo, de uno o dos bytes, para cada una de ellas y

    que son los cdigos que nos va a transmitir para

    indicarnos que se est pulsando una tecla determinada. A

    estos cdigos les vamos a llamar cdigos de rastreo de

    teclado

    El teclado PS2 enva el cdigo de rastreo asociado a

    una tecla al ser sta pulsada, tantas veces como sea

    necesario si se mantiene pulsada con una cadencia tal

    como indique su tiempo de repeticin, que es

    programable, y el mismo cdigo de rastreo con el prefijo

    del byte F0h al ser soltada, tambin conocido como Break

    Code

    Ilustracin 3. Caractersticas Teclado PS2

    B. Interfaz del Puerto PS2

    Ilustracin 4. Interfaz del Puerto PS2

    Una de las partes ms importantes para entender el

    funcionamiento de un teclado PS2,es llamada el cdigo de

    rastreo, existen 3 tipos de clave para la comunicacin en

    un teclado PS2

    1. Cuando se pulsa una tecla (Make Code) 2. Cuando se suelta la tecla (Break Code) 3. Cuando se mantiene pulsada (Typematic )

    C. Comunicacin del Puerto PS2

    Ilustracin 5. Interfaz del Puerto PS2

    Interfaz compatible tanto para

    teclado como para mouse

    Contiene 2 cables uno

    para los datos y otro para la informacion

    de reloj

    El paquete que se

    transmite tiene 8 bits de datos, uno de paridad impar

    y un bit de parada

    La comunicacion

    es bidireccional

    Lineas de datos y de reloj

    Incluyeconexiones para

    energia (Vcc y tierra)

    Potencia suministrada por

    el host (5 V)

    Teclados y Mouse actuales pueden trabajar con 3.3 V

    Los puertos de entrada y salida de la FPGA

    soportan entradas de 5V

    Los datos son transmitidos en un flujo serie y su formato es similar a la de

    un UART

    El puerto PS2 se comunica con su host a

    traves de paquetes

    A diferencia del UART la informacion de reloj se lleva en una senal separada

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    D. Protocolo de comunicacin PS2

    El teclado PS/2 se comunica mediante un Protocolo

    Serie Sncrono. Utiliza, por lo tanto, una seal de Clock

    que ndica cuando estn disponibles los correspondientes

    bits en la seal de Data.

    En reposo la seal de Clock est a nivel alto; a cada

    pulso a nivel bajo corresponde un pulso a nivel alto o bajo

    en la seal de Data, que se traducen respectivamente

    como bits 0 1 del dato a transmitir.

    La trama completa se compone de 11 bits. Siendo el

    primero un bit de Start, a continuacin los 8 bits del Dato

    a transmitir envindose primero el LSB ( bit menos

    significativo), el dcimo es el de paridad (usa la Impar, u

    Odd en Ingls) y por ltimo un bit de ACK o Stop.

    E. Procedimiento

    a. Divisor de Frecuencia

    Ilustracin 6. Divisor de frecuencia

    En este bloque se crea una frecuencia de 200 Hz, la

    cual se ocupara en el barrido de los displays, ya que a esta

    frecuencia es imperceptible para el ojo humano notar el

    barrido de la seal.

    La seal de entrada es tomada del reloj de la tarjeta y la

    seal de salida es enviada al bloque de decodificacin, en

    el cual se incluye el barrido.

    b. Teclado PS2

    Ilustracin 7. Teclado PS2

    Es necesario utilizar la seal de reloj de la tarjeta, ya

    que esta trabaja a 50MHz y servira para el sistema anti-

    rebotes, el cual se utilizara en la seal de datos y de reloj

    recividos desde el teclado a traves del puerto ps2, que

    permite obtener los datos de una forma adecuada.

    Dentro de este bloque se sincroniza la seal de reloj

    del sistema con la obtenida del teclado, para que los datos

    tomados del puerto ps2 se puedan procesar como un

    vector 8 bits, los que sern usados en el bloque de

    decodificacin, adems de generar una flag que nos indica

    el momento en el que existe un nuevo dato en el bus de

    datos.

    c. Decodificador

    Ilustracin 8. Decodificador

    La seal de reloj utilizada trabaja a 200 Hz, que fue

    generada anteriormente en el bloque de divisor de

    frecuencia, el bus de datos son tomados de bloque de

    teclado, asi como la bandera de dato nuevo.

    Primero, el vector de entrada debe ser decodificado para

    poder ser mostrado en displays. Despus se guarda en un

    arreglo los datos ya decodificados para poder mostrarlos

    en varios displays, para lo cual se generara un barrido que

    permite visualizar 4 datos simultneos.

    III. ANALISIS DE RESULTADOS

    En el proyecto logramos visualizar el funcionamiento

    del envo de datos del teclado de computadora con puerto

    PS2 hacia nuestra tarjeta FPGA, y estos datos sern

    muestreados en un 4 displays usando barrido de datos.

    Al ir tecleando los nmeros del 0 al 9 o letras de la A a

    la F, estas aparecern en los displays.

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    Ilustracin 9. Tarjeta Modular FPGA

    Ilustracin 10. Conexin de la tarjeta con sus respectivos elementos

    Ilustracin 11. Funcionamiento de teclado y tarjeta

    IV. CONCLUSIONES

    Para realizar la implementacin fsica del

    circuito se debe tomar en cuenta una adecuada

    seal de reloj con el fin de realizar un correcto

    barrido en los displays y tener una buena lectura

    de la informacin resultante.

    Las tarjetas FPGA son eficaces para la implementacin de algoritmos o el prototipo de

    de circuitos y sistemas digitales, sumado a la

    ventaja de emplear lenguajes de alto nivel en la

    especificacin de los diseos. Al contar con un

    puerto ps2 incluido, se ampla la gama de

    aplicaciones que con estos dispositivos pueden

    desarrollarse

    El puerto ps2 es bidireccional y posee dos cables para la comunicacin el primero es para la

    transmisin de datos por medio de una corriente

    en serie y el segundo cable es para la

    informacin de reloj.

    Se visualiz el correcto funcionamiento de envio de datos del teclado de computadora hacia la

    tarjeta FPGA mostrando los datos enviados en 4

    displays conectados externamente.

    V. REFERENCIAS

    Banks, J. (n.d.). The Spartan-3E Tutorial 2: Introduction to using the PicoBlaze

    Microcontroller. Retrieved from

    http://eprints.qut.edu.au/55385/1/Spartan3E_Tut

    orial_2.pdf

    Borensztejn, D. P. (n.d.). Retrieved from http://www.dc.uba.ar/materias/disfpga/2013/c1/d

    escargas/PicoBlaze.pdf.

    C., G. (n.d.). Retrieved from http://ocw.uc3m.es/tecnologia-

    electronica/sistemas-embebidos-basados-en-

    fpgas-para-instrumentacion/material-de-clase-

    1/picoblaze

    Chapman, K. (2006). Amplifier and A/D Converter Control. Retrieved from

    http://www.eng.utah.edu/~cs3710/xilinx-

    docs/examples/s3esk_picoblaze_amplifier_and_a

    dc_control.pdf

    J.I.Escudero, M. F. (n.d.). Retrieved from http://www.dte.us.es/ing_inf/ins_elec/temario/Te

    ma%208.%20Convertidores%20A-D.pdf

    Xilinx. (n.d.). Retrieved from http://www.xilinx.com/support/documentation/ip

    _documentation/ug129.pdf

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    VI. BIOGRAFAS

    Andres Esteban Amores Heredia

    Naci el 20 de mayo de 1990.

    Realiz sus estudios primarios en

    la escuela Benjamin Franklin.

    Estudios secundarios en el colegio

    Holgate high school, donde

    adquiri el ttulo de bachiller en

    ciencias generales. Actualmente se encuentra

    estudiando en la universidad de las fuerzas armadas

    ESPE la carrera de Ingeniera en Electrnica y

    Telecomunicaciones

    John Jairo Escobar

    Guanochanga Naci en Quito el

    14 de Diciembre de 1990. Estudio

    en la primaria en el la Escuela

    Humberto Toscano Mateus. La

    secundaria en el Instituto

    Tecnolgico Superior SUCRE

    gradundose con el ttulo de bachiller en Electrnica.

    Actualmente se encuentra cursando sptimo

    semestre de la carrera de Ingeniera Electrnica

    en Automatizacin y Control en la Universidad

    de las Fuerzas Armadas (ESPE).

    Jos Andrs Martnez Naci el

    22 de Septiembre de 1990, lugar

    de nacimiento Tulcn. Estudios

    primarios realizados en la escuela

    Cristbal Coln, estudios

    secundarios realizados en el

    Instituto Tecnolgico Vicente

    Fierro en donde adquiri el ttulo de Bachiller

    tcnico en Electrnica. Actualmente se encuentra

    estudiando en la Universidad de las Fuerzas

    Armadas ESPE la carrera de Ingeniera en

    Electrnica y Telecomunicaciones.

    Edwin Ivan Altamirano

    Chingay Naci el 2 de Junio de

    1991, lugar de nacimiento Quito.

    Realiz sus estudios primarios

    en la escuela Rosario del

    Alczar, estudios secundarios

    realizados en el colegio

    Experimental Sebastin de Benalczar en donde

    adquiri el ttulo de Bachiller Fsico Matemtico.

    Actualmente se encuentra estudiando en la

    Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE la carrera

    de Ingeniera en Electrnica Automatizacin y

    Control.