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简介：面向单片机开发者的PS/2键盘模拟程序资源包，演示如何让单片机模拟PS/2键盘协议，主动向计算机发送按键扫描码，实现单片机控制电脑操作的目标，适用于嵌入式输入设备、自动化测试台架及特殊人机交互场景。压缩包内含3个文件，以1个C源文件与2个头文件为主，源码负责数据包构建与发送，头文件分别提供扫描码映射表和底层引脚操作定义，整体体积仅2KB，代码高度精简，方便直接阅读和移植。目前已有543人学习下载。通过研读源码，可以厘清PS/2协议中起始位、数据位、奇偶校验位和停止位的完整封装过程，理解104键键盘扫描码按下与释放两种状态，以及单片机如何借助中断服务程序响应按键并处理时钟同步、数据线冲突等异常，对提升嵌入式编程和硬件接口调试能力有明显价值。

1. PS2键盘模拟程序：一台只有PS/2口的设备，如何用程序“假装”能打字

我曾经给一台老式工控机做过自动注入脚本的测试台，那台机器没有USB口，只有一个PS/2键盘接口。手头没有原装键盘，又不能一直人工按机器人，于是我用一块MCU接了根线，写了段PS2键盘模拟程序，让主板以为对面坐着一个永远不会手抖的操作员。这个程序并不难，但它和“发几个字节到串口”完全不是一个难度级别：PS/2是双向协议，有开漏总线、奇校验、扩展扫描码，还有主机在开机时发来的一堆“盘问”。如果你只想去网上抄一些扫描码表，大概率会卡在主机不认键盘、按键粘住、甚至开机阶段就黑屏报错。这篇笔记从协议讲起，落到可复现的GPIO实现、键位映射、组合键宏，最后给排查清单和进阶验证方法。适合产线自动化、硬件测试、老设备改造的从业者。

2. 动手前先弄懂PS/2协议：时序、扫描码和主机握手

2.1 从一根时钟线和一根数据线看主机键盘怎么“对话”

PS/2接口的物理引脚里真正参与通信的只有两根线：CLK和DATA，剩下是VCC和GND。这两根线都是开漏结构，主板侧有上拉电阻到5V，空闲状态下CLK和DATA都是高电平。开漏意味着任何一端都可以主动拉低，但不会主动拉高，所以总线天然避开了“两个设备同时输出高电平”的短路问题。

标准PS/2通信里，键盘是“设备端”，设备负责产生时钟。主机发送数据时会把CLK拉低一段时间来“抑制”设备，之后通过时序交换方向。对我们写模拟程序来说，最核心的是掌握“设备主动发送一帧数据”的格式：一个起始位（0）、8个数据位（LSB在前）、1个奇校验位、1个停止位（1）。这11个bit会呈现在CLK和DATA两根线的时间关系上，逻辑分析仪必须同时抓两个通道，否则看不出完整报文。

真正容易混淆的点在于：CLK在每个bit传输时都要经历一次下降沿和上升沿。设备在CLK为低时改变DATA电平，CLK上升沿时被主机采样，下一个bit再拉低CLK。所以写代码时不能只操作DATA，还要严格翻转CLK。如果CLK保持高电平数据线乱变，主机认为总线状态非法，会直接丢弃整帧。这里建议先把逻辑分析仪接好，观察真实键盘上电初始化时的波形，再动手写发送函数。

2.2 扫描码不是ASCII：Make/break与扩展键的前世今生

PS/2键盘上报给主机的不是ASCII码，而是“扫描码”。现代键盘主流是Scancode Set 2，按下键发送make code，松开键发送break code。常见做法里，把Set 2里的数据转换成主机BIOS需要的Set 1是主板芯片组的事，键盘本身只按Set 2工作。所以模拟程序也要发Set 2扫描码，除非你明确知道目标主机需要什么。

普通键的make码是单字节，例如字母A的Set 2 make code是0x1C。松开A时发送break码：0xF0 0x1C。注意这两字节的顺序不能反过来，一旦反过来主机可能会误解为“先按了F0这个键，再按下A”。扩展键则更麻烦，比如右方向键的make是0xE0 0x74，break是0xE0 0xF0 0x74，E0必须出现在前面。Windows键、菜单键、右Alt、右Ctrl也都是E0开头。Print Screen、Pause这类键的扫描码序列又长又怪，实战里我很少直接模拟，除非设备确实需要。

为什么主机要知道break码？因为主机自己维护一个“当前哪些键被按下”的状态表。收到make更新状态，收到break清除状态。如果你只发make不发break，主机认为这个键永远被按着，效果就是“按键粘住”。这在模拟快捷键时特别常见，后面避坑章会展开。

2.3 主机在开机时可能“问”你：识别、模式命令和响应表

PS/2键盘不是你发数据就完事，因为主机在开机阶段会主动发命令给键盘。如果你不响应，主板可能认为这个键盘没通电，或者干脆卡在初始化阶段长时间黑屏。我取了一个典型主板上电流程：键盘上电自检完成后主动发0xAA给主机，表示“BAT完成”。主机收到后往往发0xFF（reset），键盘要回0xFA（ACK），然后再发一次0xAA。之后主机可能发0xF4（启用）或0xF0（读取键盘ID），键盘需要回ACK和ID信息。

这里有一个常见的设计误区：很多教程只写“发送扫描码”函数，却不写接收主机命令的函数。结果在真实主板上，键盘发完0xAA后主机立刻reset，程序没有应答，主机永远等不到ACK，最后键盘名都没有。为了避免这个坑，哪怕只做最小实现，也需要一个最简单的“收到任何命令都回0xFA”的应答逻辑，并把特殊命令单独拆出来。

下面这张表是模拟程序至少要处理的命令：

模拟实现里，最简单的“通用回复ACK”也能绕过大部分主板。但如果要做产品级固件，建议把每个命令的状态变化都记录下来，至少在日志上能看到主机叫你做过了什么。这个阶段的代码不需要很复杂，核心是吃透“主机发命令时，键盘必须停止主动发送并转入接收状态”。

3. 最小实现：用MCU的两个GPIO模拟PS/2键盘

3.1 硬件接线：上拉电阻、方向与供电的常见做法

硬件接线比想象中更讲究。PS/2插座上有4个有用引脚：DATA、CLK、GND、VCC（按6针Mini-DIN标准，通常是1=DATA、3=GND、4=VCC、5=CLK）。接反CLK和DATA非常常见，上电后主机不认键盘，逻辑分析仪抓不到任何正常帧。建议接线前先用万用表测出VCC和GND，再识别DATA和CLK。

我这里用某块Cortex-M核心板举例，它只有3.3V IO。PS/2主机侧上拉到5V，所以IO口必须耐5V，并且工作在开漏模式。如果MCU的GPIO结构无法直接耐5V，常见做法是加一颗N沟道MOSFET做电平转换：DATA和CLK各接一个，源极接MCU侧，漏极接主机5V上拉侧。不要直接用一个普通推挽IO去接，因为主机侧也可能拉低总线，推挽输出高会和主机抢总线，之前有人因此烧了单片机引脚。

还有一个很容易忽略的细节：PS/2主机输出的5V通常能提供100mA左右的电流，够一块低功耗MCU跑，但不够给模块、液晶屏供电。如果整个系统里传感器比较多，最好单独供电，只跟主机共地，避免主机电源被拉垮。真实项目中，我总会在DATA和CLK线上各加1kΩ串联电阻，可以防呆，也减少线缆干扰。

3.2 第一个能跑的程序：初始化与时钟同步

先写占位用的GPIO读写接口，让你能快速换成自己平台的驱动。下面这段代码把两个引脚初始化为开漏输出，初始输出高电平，然后给一个上电稳定延时。

/* 占位函数，改用你平台的GPIO驱动 */ static void gpio_write(uint8_t pin, int level); static int gpio_read(uint8_t pin); #define PIN_CLK 0 #define PIN_DATA 1 static void ps2_pin_init(void) { gpio_write(PIN_CLK, 1); /* 开漏输出高，等待上拉 */ gpio_write(PIN_DATA, 1); /* 设置开漏模式，具体看平台寄存器 */ delay_ms(50); /* 上电稳定，避免主机误检 */ }

时钟同步是发送的关键。在PS/2设备端，我们必须先确认主机没有拉低CLK来抑制通信。如果主机正想发送命令，它会拉低CLK并保持几十微秒，这时你贸然发数据就会造成总线冲突。我习惯在每次发送前加一个“等待CLK恢复高电平”的死循环，最多等1ms，超时直接返回失败。

static int ps2_wait_clock_high(void) { uint16_t timeout = 1000; /* 1ms左右 */ while (timeout--) { if (gpio_read(PIN_CLK)) return 0; } return -1; /* 主机一直拉低，禁止发送 */ }

真正发送一个字节的函数要严格处理11个bit。数据在CLK低电平时改变，CLK高电平时保持不变，主机从上升沿采样。下面的实现里我设置了15μs的bit延时，实际单片机主频不同需要调整：太快主机采样不到，太慢主机会认为异常并重新同步。

static int ps2_send_byte(uint8_t byte) { uint8_t i; uint8_t ones = 0; if (ps2_wait_clock_high() != 0) return -1; /* 起始位：拉低CLK，再拉低DATA */ gpio_write(PIN_CLK, 0); gpio_write(PIN_DATA, 0); delay_us(15); gpio_write(PIN_CLK, 1); delay_us(5); /* 8个数据位，LSB first */ for (i = 0; i < 8; i++) { uint8_t bit = (byte >> i) & 1; if (bit) ones++; gpio_write(PIN_CLK, 0); gpio_write(PIN_DATA, bit); delay_us(15); gpio_write(PIN_CLK, 1); delay_us(5); } /* 奇校验位：让总1个数为奇数 */ gpio_write(PIN_CLK, 0); gpio_write(PIN_DATA, (ones & 1) ? 0 : 1); delay_us(15); gpio_write(PIN_CLK, 1); delay_us(5); /* 停止位：高 */ gpio_write(PIN_CLK, 0); gpio_write(PIN_DATA, 1); delay_us(15); gpio_write(PIN_CLK, 1); delay_us(5); /* 释放数据线 */ gpio_write(PIN_DATA, 1); return 0; }

这里要特别说下奇校验的计算：PS/2要求数据位和校验位加起来“1”的个数是奇数。如果8个数据位已经有奇数个1，校验位就是0；如果偶数个1，校验位就是1。代码里用(ones & 1) ? 0 : 1表达。许多初版程序这里写反，主机收不到任何一帧，但逻辑分析仪看着波形又好像没问题。

3.3 发送一个按键：从Make到Break的完整流程

有了send_byte，按键事件就成了扫描码的组合。普通键按下时发make，松开时先发0xF0再发make。扩展键需要在前面补0xE0。我习惯把“发完整事件”封装成一个函数，避免每次重复写break逻辑。

typedef enum { KEY_DOWN = 0, KEY_UP = 1, KEY_EXT = 2 } key_flag_t; static int ps2_send_scancode(uint8_t code, uint8_t ext, uint8_t is_break) { if (ext) { if (ps2_send_byte(0xE0) != 0) return -1; } if (!is_break) { if (ps2_send_byte(code) != 0) return -1; } else { if (ps2_send_byte(0xF0) != 0) return -1; if (ps2_send_byte(code) != 0) return -1; } return 0; }

组合到main里，就可以实现最简单的“每隔500ms打一个A键”。但这个minimal demo不能直接用在真实主板上，因为它没有应答主机命令。我通常用它配合逻辑分析仪抓PS/2帧，验证发送时序对不对；要真正让主机识别，需要接进一个接收函数，见第6章。

int main(void) { ps2_pin_init(); delay_ms(100); /* 简化调试：先发BAT完成码，让主机知道键盘存在 */ ps2_send_byte(0xAA); delay_ms(50); while (1) { ps2_send_scancode(0x1C, 0, KEY_DOWN); /* A key make */ delay_ms(20); ps2_send_scancode(0x1C, 0, KEY_UP); /* A key break */ delay_ms(500); } }

参数说明：make和break之间的延时建议不要小于10ms。如果小于10ms，有些主机内部的按键消抖逻辑会把连续两帧合并成一次按键抖动，导致输出不稳定。我一般设20ms起步，测试稳定后再往下压。break之后到下一次make之间至少留50ms，给主机处理扫描码状态表足够的时间。

4. 扫描码表、键位映射和组合键设计

4.1 常用按键的扫描码表（字母、数字、功能键）

自己每个键去查协议文档很浪费时间，我直接把常用的Set 2扫描码整理成了一组表，放在固件里当常量用。注意这里是make code，break码是“0xF0 + make code”，扩展键break码是“0xE0 + 0xF0 + make code”。

功能键的make码值得单独记忆：F1=0x05、F2=0x06、F3=0x04、F4=0x0C、F5=0x03、F6=0x0B、F7=0x83、F8=0x0A、F9=0x01、F10=0x09、F11=0x78、F12=0x07。

这里的大写字母处理不能简单替换扫描码：主机不认“大写A”这个键，它只认“左Shift + A”两个按键的组合。所以在大写锁定没开时，要向主机发Shift的make，接着发A的make，再发A的break和Shift的break。这一点很多第一次做模拟程序的人会踩，后面组合键小节会专门设计。

4.2 扩展键（方向键、Print Screen）怎么处理

扩展键的麻烦在于绝对不能在E0后面省字节。方向键上、下、左、右的make分别是：上=E0 75，下=E0 72，左=E0 6B，右=E0 74。它们的break是E0 F0 75等，不是F0 E0 75。发送函数里我已经把E0和F0的顺序固定好了，但如果你要手写，一定注意这个细节。

Insert、Delete、Home、End、PageUp、PageDown也都是扩展键，具体如下：

Print Screen和Pause是特例。Print Screen在Set 2下通常模拟为一串组合键扫描码，不同主板的处理也不一致，老实的做法是先往主机发“左Alt + Print Screen”之类组合事件，或者干脆把你需要的那一个键换成同功能的其他键。如果你做的KVM测试设备一定要覆盖Print Screen，我建议在逻辑分析仪上抓一次真键盘的输出，把那串原始序列完整存进EEPROM，而不是手抄文档。

4.3 组合键和宏：先发Make再发Break的顺序坑

组合键的正确发送顺序不是“按一个键，松开，再按下一个键”，而是先把所有需要按下的键都发送make，然后再逐个发送break。以Ctrl+Alt+Delete为例：必须依次发左Ctrl make、左Alt make、Delete make，然后再发三个键的break。如果中途混入break，主机看到的就只是单个快捷键，或者更糟，触发一个键盘缓冲区里的孤立按键。

/* 用结构体表达一个按键事件，ext表示是否E0前缀 */ typedef struct { uint8_t code; uint8_t ext; } ps2_key_t; /* 发送一组按键，全部make结束后再全部break */ static void ps2_send_chord(const ps2_key_t *keys, uint8_t count) { uint8_t i; for (i = 0; i < count; i++) { ps2_send_scancode(keys[i].code, keys[i].ext, KEY_DOWN); delay_ms(2); } for (i = 0; i < count; i++) { ps2_send_scancode(keys[i].code, keys[i].ext, KEY_UP); delay_ms(2); } }

调用这个函数模拟Ctrl+Alt+Delete：

const ps2_key_t ctrl_alt_del[] = { { 0x14, 0 }, /* 左Ctrl */ { 0x11, 0 }, /* 左Alt */ { 0x71, 1 } /* Delete，扩展键 */ }; ps2_send_chord(ctrl_alt_del, 3);

这里有一个藏在结构体里的坑：Delete是扩展键，break时我也是先发E0再发F0，而上一小节里明确说了扩展键break是E0 F0 xx。因为ps2_send_scancode的终实现就是按“E0在前”写的，所以结构体里code=0x71, ext=1直接可用。但如果你从老教程里抄来“先发F0再发E0”的版本，改起来会很痛苦。宏脚本也同理：录制宏时不要把处理过的ASCII序列发出去，一定要按扫描码序列存。

5. 避坑与排查：数据线没信号、主机不认键盘、按键“粘住”怎么办

5.1 现象一：主机开机后键盘灯不亮，逻辑分析仪看不到时钟

现象：程序烧进去，上电后只看到DATA和CLK都是高电平，逻辑分析仪没有任何帧，主板报错“键盘错误”。

原因：最常见是CLK和DATA接反，或者MCU引脚不是开漏模式。还有一个容易被忽视的问题：PS/2主机的CLK和DATA内部上拉电阻约10kΩ，如果外部再并一个强上拉，总线电平抬太高，设备端拉低时可能拉不动。

解决：先用万用表量主机侧空闲电压，正常应该看到3.5V以上。然后把MCU的两个引脚都设为开漏输出高，再手动把DATA拉低几次，观察主机侧是否出现低电平。如果拉不高，检查核心板的IO是否真的支持开漏并耐5V；如果拉低了但逻辑分析仪还是没波形，就把CLK和DATA互换试试。

5.2 现象二：发普通键正常，Stable组合键失效

现象：单发字母A、数字1都好使，但只要一按带E0前缀的键，比如Delete或方向键，主机就没反应。

原因：E0前缀和后续扫描码之间延时太短。我遇到过把两个字节连续无间隔发送，结果主机把E0和后面的字节当成一帧超长数据，直接丢弃。另一个原因是break码没发E0，比如发Delete的break时漏了E0，主机认为是一个未知键。

解决：给E0和后续字节之间至少5μs间隔，我这个实现里发送每个字节本身就会占用几十微秒，所以没问题。如果还失效，检查发送顺序是否为“E0->F0->code”，而不是“F0->E0->code”。另外，扩展键的make和break之间也要留出至少几十毫秒，太快的组合键有些主板不识别。

5.3 现象三：按键卡死——忘了发Break

现象：按下一次后，主机一直收到这个键的重复触发，屏幕上连续跳出同一个字符，直到手动发一遍break代码才停。

原因：PS/2主机内部保存着“按键状态表”。你没发break，状态一直为“按下”，主机会按键盘自身的重复速率持续产生字符。很多宏脚本在发组合键时只发了所有make，break忘了循环释放。

解决：把每一次make调用都对应一个break调用。我通常用状态机包装：维护一个bool变量表示键当前是否按下，每次执行发送按键事件时，先判断是否重复按下，如果重复则先发上次的break再发新的make。组合键场景则用第4章已经写好的ps2_send_chord，从结构上保证所有键最终都会被释放。

5.4 现象四：与主机双向通信时的总线冲突

现象：上电后前几帧成功，但主机开始发送命令后，我们的程序就再也不能发数据，逻辑分析仪看到DATA线出现两条叠加的毛刺。

原因：设备在主机发送命令时还在主动发扫描码，两个开漏输出同时抢占DATA线。PS/2主机发送命令前会把CLK拉低并保持，你的程序没检测这个状态就继续发，最终总线紊乱。

解决：所有发送函数第一件事就是ps2_wait_clock_high()。只要CLK不是高电平，说明主机正在使用总线或者正想给我们发命令，此时应该停止发送并等待。更稳的做法是，收到主机任意命令后进入“接收态”，清空发送缓冲，直到主机下发启用命令再恢复键盘扫描。这个在第6章会结合接收函数一起做。

5.5 现象五：主机上电时间很晚，程序已经发完了0xAA

现象：用独立电源给MCU供电，MCU上电瞬间就按我们的逻辑发了0xAA，但主板电源晚了几秒才稳定，主板根本没收到这个BAT完成码，导致键盘不识别。

原因：PS/2键盘上电必须在主机电源之后，或者至少要等主板上电稳定再发0xAA。很多工控机主板电源时序很慢，设备侧如果抢先完成BAT，主机不会重收。

解决：程序里不要一上电就发0xAA，而是先延时2～3秒，并检测主机是否把CLK拉低来请求通信。如果检测到CLK被拉低，说明主机已经就绪，再发送0xAA。真实项目里我还会增加一个“按任意键唤醒”的检测逻辑，上电后如果主机一直不拉低CLK，则每隔一秒尝试发一次0xAA，直到主机响应为止。

6. 进阶：自检回环、多键无冲与休眠唤醒的实现技巧

6.1 自检回环：先让模拟程序能“回读”主机命令

最小实现里没有接收函数，这在真实主板上一多半无法稳定工作。我建议你至少写出一个极简的ps2_read_byte()，只做两件事：检测CLK下降沿，然后按11位帧格式收下数据。主机发命令时，CLK会被设备接管并产生时钟，实际上主机先拉低CLK，然后释放，由我们设备端产生时钟。也就是说，接收命令时我们依然要输出CLK，只是数据方向反了。很多现成代码是这样做的：等待CLK低，拉低CLK，读DATA起始位，再产生时钟驱动主机。

对不熟悉协议的人来说，全双工回环很难一次写对。我常用的折中方案是：放弃完整接收，只靠“检测CLK低电平”来暂停发送。主机发reset时，程序虽然不解析，但主机一般会重复发，直到ACK。最终我建议参考成熟PS/2库，但保留自己的发送函数，因为发送方向出错概率小，排查也更直观。实测通过后再慢慢完善接收。

6.2 多键无冲的极限与实现取舍

PS/2理论上没有“无冲”上限，因为主机靠扫描码状态表识别。但在模拟多个键时，必须维护好状态表，否则发送顺序错乱后主机状态和真实键盘不一致。我一般做一个位图数组，每个键对应一个bit，记录当前是按下还是抬起。每次需要改变键状态时，先查位图，如果状态没变就不用发送；如果变了，先发送对应的make或break，再更新位图。

多键无冲的真正瓶颈在于MCU的GPIO刷新速度和主机端口的采样能力。一次发送11个bit约200μs，同时按下6个键就是1.2ms，对主机来说完全能接受。最怕的是你在脚本里用send_chord的同时又去操作UART、SPI，导致发送函数被反复打断。真实项目里，我建议把PS/2发送放在一个独占的定时器中断上下文，或者用DMA配合GPIO翻转，避免在高优先级中断里发送过程中被改写电平。

6.3 休眠唤醒和收尾习惯

老式主板进入休眠后会发0xF5让键盘停止扫描，等用户按任意键后发0xF4恢复。模拟程序如果不处理这两条命令，就会在休眠唤醒后“失联”。我一般把“进入禁用态”设计成标志位：收到0xF5后不再发送扫描码，但保留GPIO唤醒检测；收到0xF4后再开始正常发送。

我自己的收尾习惯是：每次改完时序代码，先跑一遍ps2_send_byte自检回环，把回读到的字节和发送的原始字节对比；再按第3章的最小demo让主机识别；最后才加扫描码表。这些年踩过的坑里，八成是电源时序、CLK/DATA接反、奇校验写反这三个。希望帮到你。

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