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简介：这是一套基于STM32与CubeMX+HAL库开发的PS/2解码完整工程，面向需要掌握键盘/鼠标通信协议的嵌入式开发者。工程以STM32F1系列为主，展示了从CubeMX图形化配置时钟、GPIO、DMA到HAL库编写解码逻辑的完整链路，覆盖PS/2协议中的数据线、时钟线采样、起始位/停止位判断与奇偶校验等关键环节，适合学习外设驱动和串行通信的入门及进阶者。压缩包共176个文件，包括62个h头文件与24个c源码文件，另有uvprojx、ioc、mxproject等工程配置，以及axf、hex、crf等编译中间产物，便于直接查看或重新构建工程，整体大小约5.07MB。目前已有969人学习。解包后可按目录定位到初始化代码、HAL库封装和主逻辑，既能直接参考PS/2解码实现，也能迁移其中的CubeMX+HAL项目搭建思路；结合资源内对同步串行帧格式的解析，可加深对MSB优先、奇偶校验等机制的理解，对后续开发其他串行外设驱动很有帮助。

1. PS2解码，为什么值得正经做一个CUBEMX+HAL库工程

很多人在做设备兼容时会遇到这样一个需求：手头有一个还在服役的老式键盘或鼠标，只留下PS2接口，而主控板是STM32。把PS2解码加进去，看起来只是数脉冲，但如果直接在HAL库的GPIO中断回调里数高低电平，十个工程有五个会在奇偶校验和边沿抖动上翻车。PS2协议虽然老，但它的时序是双向的：设备发数据时设备控制时钟，主机发命令时主机要先拉低时钟申请总线，这个角色切换在HAL库里没有现成封装，只能自己维护一套状态机。CUBEMX能帮你把引脚、中断和时钟树一次配好，但真正的解码逻辑必须落到代码里。

这套工程方案适合这些人：用STM32做键鼠输入的开发者、要在工业面板或某个跨平台系统里兼容老外设的人，以及想弄懂PS2时序却不希望靠玄学调参的新手。它会先讲清时序，再给可复现的初始化步骤和解码代码，最后把几个常见的坑摊开讲。

2. PS2协议：帧结构、采样点与两套通信规则

2.1 一帧11位：起始位、数据位、奇校验、停止位

PS2协议的核心是一帧11位，无论键盘还是鼠标，无论数据方向，帧结构都一样。空闲状态时时钟线和数据线同时为高，设备要发送数据时，先把数据线拉低作为起始位，然后时钟线产生下降沿，之后每一个时钟周期对应一位数据。主机要做的事情，就是在合适的采样点把数据线电平读进来，凑满11位后做校验和解析。

一帧的位分布按发送顺序展开是这样：

关键点是LSB在前。比如发送扫描码0x1C，二进制是00011100，线上实际发送顺序是0、0、1、1、1、0、0、0，与直觉相反。很多工程第一次解析出来数值翻倍或者高低字节错位，就是因为没做位序翻转。

关于采样点，这里有一个血泪经验：数据线在时钟下降沿附近变化，在上升沿时稳定。所以不要在下降沿中断里立刻读数据线，那样读到的是上一个位的旧值，或者正处于跳变中的不稳定电平。正确做法是把时钟线的上升沿作为采样点。

2.2 设备发送与主机发送：角色不同，时序完全不同

PS2最容易被低估的地方在这里。设备向主机发送时，时钟完全由设备产生，主机只是被动采样，这时候主机侧的中断配置成上升沿触发即可。但主机要向设备发送命令时，主机必须先拉低时钟线至少100微秒，申请总线使用权，然后由主机控制时钟向设备逐位写入数据。

设备发送数据和主机发送数据的差异可以看这张表：

如果只做了设备解码，没做主机发送，那键盘的指示灯控制、鼠标滚轮模式切换全都没法实现。很多教程只讲单向解码，导致用户做到一半发现无法向设备发命令，这是常见的认知断层。一个完整的PS2工程，必须把两套时序都覆盖。

2.3 解码策略选型：为什么选外部中断+状态机

解码方案有三条路线。第一条是轮询，主循环里不停读时钟线电平，检测边沿。这条路线在裸机下会被其他中断频繁打断，PS2时钟约10到40kHz，位周期最短只有几十微秒，一旦被打断超过半个位周期，采样点就偏了。第二条是定时器输入捕获，用TIM的输入捕获通道直接捕获时钟边沿，硬件完成时间戳记录，精度很高，但占用一个高级定时器，且数据位提取仍需额外逻辑。第三条是外部中断+软件状态机，这也是我在这套工程里采用的做法。

外部中断+状态机的优势在于：GPIO上升沿和下降沿都能触发，中断里只做最轻量的操作——记录边沿间隔、采样数据线、累加位计数，不做任何延时和打印。这样即使系统其他地方响应慢一点，只要EXTI中断优先级最高，位采样就不会丢。对比下来，轮询适合时间片极短的RTOS任务，捕获适合对时序强依赖的场景，而中断+状态机是通用性最好、CUBEMX里配置最简单的一种。

3. CUBEMX初始化：引脚分配、EXTI与NVIC优先级

3.1 CUBEMX外设配置：时钟线、数据线与调试串口

以常用的F103系列为例，我在CUBEMX里给PS2分配PC6作为时钟线、PC7作为数据线。这两个引脚都是FT引脚，能容忍5V电平，这点很重要。PS2设备可能是5V逻辑的老外设，虽然信号是开漏输出、高电平由上拉电阻决定，但引脚本身能容忍5V输入会更稳妥。

在CUBEMX的Pinout视图里把PC6配置成GPIO_EXTI6，PC7配置成GPIO_Input，模式都选Pull-up。时钟线开上升沿和下降沿触发，因为状态机同时需要下降沿标记起始和数据线电平变化。数据线不需要外部中断，它只是被读取的对象。

时钟树方面，外部高速时钟配72MHz主频，APB1分频后的TIM3时钟也要确认好，因为后面要用TIM3的计数器来做微秒级时间戳。CUBEMX生成的代码里TIM3默认是1ms中断模式，这里要改成不使能中断、只保留计数功能，在Parameter Settings里把Prescaler和Period配成让计数频率为1MHz。

3.2 NVIC优先级：EXTI最高，定时器其次

PS2解码的成败很大程度在NVIC配置。时钟边沿中断必须抢占最高优先级，否则系统里任何一个中断抖动都会导致边沿丢失。在CUBEMX的NVIC设置页里，把EXTI6的抢占优先级设为0，TIM3设为1，USART1设为2。SysTick保持默认即可。

这里有一个容易踩的坑：不要在定时器中断里去做PS2的边沿轮询，也不要让某个外设中断的优先级和EXTI相同。HAL库的中断回调都是统一入口，如果两个同优先级中断同时到达，NVIC会按硬件编号顺序执行，EXTI6不一定能保证立刻响应，极端情况下位采样就错位了。

3.3 生成代码后的初始化顺序与总线自检

CUBEMX生成代码后，main函数里的初始化顺序是固定的：HAL_Init、时钟配置、GPIO配置、外设配置。PS2的初始化顺序有一个额外要求：设备上电后可能立即开始发送数据，如果主机侧的EXTI还没使能，第一帧就会丢失。

常见做法是在PS2初始化函数里做一次总线复位。先把时钟线和数据线都配置成开漏输出，拉低时钟线保持100微秒以上，再释放时钟线，让设备重新同步。然后延时200毫秒，等待设备上电稳定，再主动丢弃接收缓冲里的残留数据。这一段逻辑直接放在初始化函数末尾：

void ps2_init(void) { GPIO_InitTypeDef ini = {0}; // 时钟线：开漏输出，用于总线复位 ini.Pin = PS2_CLK_PIN; ini.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; ini.Pull = GPIO_PULLUP; ini.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(PS2_CLK_PORT, &ini); // 数据线：开漏输出 ini.Pin = PS2_DATA_PIN; HAL_GPIO_Init(PS2_DATA_PORT, &ini); // 拉低时钟线100us以上，请求设备复位 HAL_GPIO_WritePin(PS2_CLK_PORT, PS2_CLK_PIN, GPIO_PIN_RESET); delay_us(150); HAL_GPIO_WritePin(PS2_CLK_PORT, PS2_CLK_PIN, GPIO_PIN_SET); // 恢复接收模式：CLK为EXTI上升/下降沿，DAT为输入上拉 ps2_line_mode(0, 0); // 等待设备重新上电应答，丢弃不稳定数据 HAL_Delay(200); ps2_rx_active = 0; ps2_rx_done = 0; }

这段代码的逻辑是：先把两条线都变成开漏输出，主动拉低时钟线触发设备复位，再恢复成接收模式。ps2_line_mode是方向切换函数，后面的章节会给出完整实现。初始化完成后不要立刻收数据，先等200毫秒让键盘或鼠标完成自检，否则收到的可能是设备上电自检的0xAA字节，混入正常按键流里会干扰解析。

4. 解码代码实现：边沿采集、键盘扫描码与鼠标数据包

4.1 外部中断回调：去毛刺、置起始、采数据

解码核心在HAL_GPIO_EXTI_Callback里。这段代码的全部逻辑都在中断上下文执行，所以要保证每条语句都是微秒级操作，不能调用HAL_Delay、不能做串口打印、不能处理复杂协议解析。

#define PS2_CLK_PORT GPIOC #define PS2_CLK_PIN GPIO_PIN_6 #define PS2_DATA_PORT GPIOC #define PS2_DATA_PIN GPIO_PIN_7 volatile uint8_t ps2_rx_active; // 1=正在接收一帧 volatile uint8_t ps2_rx_done; // 1=完整帧已接收，待处理 volatile uint16_t ps2_rx_buf; // 收满11位，bit0为起始位 volatile uint8_t ps2_rx_bit_count;// 已采样的上升沿个数 void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) { uint32_t now; uint32_t interval; if (GPIO_Pin != PS2_CLK_PIN) { return; } // 利用TIM3的1MHz计数器计算边沿间隔，滤掉毛刺 now = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3); static uint32_t last_edge; interval = now - last_edge; last_edge = now; // 正常位周期最小也在30us以上，间隔小于20us视为抖动 if (interval < 20) { return; } if (HAL_GPIO_ReadPin(PS2_CLK_PORT, PS2_CLK_PIN) == GPIO_PIN_SET) { // 上升沿：数据线稳定，采样并累加 if (ps2_rx_active) { uint8_t bit = HAL_GPIO_ReadPin(PS2_DATA_PORT, PS2_DATA_PIN); ps2_rx_buf |= ((uint16_t)bit << ps2_rx_bit_count); ps2_rx_bit_count++; if (ps2_rx_bit_count >= 11) { // 已收满起始位+8数据位+校验位+停止位 ps2_rx_active = 0; ps2_rx_done = 1; ps2_rx_bit_count = 0; } } } else { // 下降沿：标志一帧开始，不读数据线 if (!ps2_rx_active && !ps2_rx_done) { ps2_rx_active = 1; ps2_rx_bit_count = 0; ps2_rx_buf = 0; } } }

代码里的帧位分布需要说清楚。按采样先后顺序，bit0是起始位，bit1到bit8是数据位（LSB在bit1），bit9是奇校验位，bit10是停止位。解析时取出数据用(ps2_rx_buf >> 1) & 0xFF。

去毛刺的20微秒阈值不是拍脑袋定的。PS2规范允许时钟频率最低10kHz，对应位周期100微秒，半周期50微秒；即使高速模式40kHz，半周期也有约25微秒。阈值设在20微秒，既不会滤掉正常边沿，又能干掉大多数线缆感应噪声。

有一个细节容易忽略：ps2_rx_done置1后，如果主循环没有及时处理，下一个下降沿到来时会因为ps2_rx_done为1而不会开启新帧。所以主循环处理完一帧后，必须把ps2_rx_done清0。这个标志位的生命周期要约定好：中断只负责置1，主循环负责清0。

4.2 键盘解码：通码、断码与重复帧处理

键盘发送的是扫描码，不是ASCII码。扫描码分通码和断码，按下按键发送通码，松开时发送0xF0加通码。比如A键的通码是0x1C，松开时发送0xF0、0x1C两个字节。还有扩展按键，比如方向键和编辑键，会先发送0xE0前缀。

主循环里的帧处理逻辑如下：

void ps2_keyboard_process(uint16_t frame) { uint8_t data; uint8_t parity; uint8_t stop_bit; uint8_t ones = 0; int i; // 拆帧 data = (frame >> 1) & 0xFF; parity = (frame >> 9) & 0x01; stop_bit = (frame >> 10) & 0x01; // 丢弃：起始位不为0、停止位不为1 if ((frame & 0x01) != 0 || stop_bit != 1) { return; } // 奇校验：数据位+校验位中1的总数必须为奇数 for (i = 0; i < 8; i++) { if (data & (1 << i)) ones++; } if (((ones + parity) & 0x01) != 1) { return; } // 进入扫描码状态机 if (data == 0xE0) { ps2_ext_flag = 1; return; } if (data == 0xF0) { ps2_release_flag = 1; return; } // 查表得到键值，送入上层事件队列 ps2_key_event(ps2_keyboard_map(data), ps2_release_flag); ps2_ext_flag = 0; ps2_release_flag = 0; }

校验逻辑里，起始位和停止位是硬条件，开场白就过滤掉一半的错帧。奇校验的实现要点是统计8个数据位中1的个数，加上校验位后，总数必须是奇数。这里最容易算反，后面避坑章节会专门展开。

扫描码到键值的映射表在工程里是一个常量数组，展示其中一小段：

uint8_t ps2_keyboard_map(uint8_t scancode) { switch (scancode) { case 0x1C: return 'A'; case 0x1B: return 'S'; case 0x23: return 'D'; case 0x2B: return 'F'; case 0x34: return 'G'; case 0x33: return 'H'; case 0x29: return ' '; case 0x5A: return '\r'; default: return 0; } }

完整映射表覆盖全部按键，包括Shift、Ctrl、方向键和数字键盘，工程里按需补齐。重复帧是另一个容易被忽略的点：键盘在长按时会周期性重发通码，间隔约100毫秒。如果上层逻辑需要对重复按键去抖，可以在解析时记录每个键的最后事件时间戳，相同通码在500毫秒内再次到达就视为重复帧，不生成新事件。

4.3 鼠标解码：三字节数据包与增量位移

鼠标和键盘的帧格式一样，但逻辑上每三帧组成一个完整报告。第一字节是标志位，第二字节是X方向位移增量，第三字节是Y方向位移增量。位移是带符号的8位值，用二进制补码表示，范围是-128到127。

typedef struct { uint8_t buttons; // bit0左键 bit1右键 bit2中键 int8_t x; // X增量，右正左负 int8_t y; // Y增量，注意屏幕方向映射 } ps2_mouse_report_t; void ps2_mouse_parse(uint8_t *buf) { ps2_mouse_report_t report; // bit3必须为1，这是数据包的标识位 if ((buf[0] & 0x08) == 0) { return; } // bit7和bit6分别是X和Y溢出，溢出时丢弃当帧位移 if ((buf[0] & 0xC0) != 0) { return; } report.buttons = buf[0] & 0x07; report.x = (int8_t)buf[1]; report.y = (int8_t)buf[2]; // 鼠标坐标：Y轴正方向是向上，应用层做屏幕映射时注意翻转 ps2_mouse_handle(&report); }

这里的字节序不需要翻转，因为三字节是按顺序接收的，第一帧是标志字节，第二帧是X，第三帧是Y。接收端要做的事是把三帧拼成一个报告。鼠标还有一个滚轮扩展协议，启用后每个报告多一字节滚轮增量，这个需要主机主动发送命令切换模式，放在第6章里说。

5. PS2解码避坑清单：5个让工程翻车的细节

5.1 中断回调里调用HAL_Delay，时钟边沿被吞

现象：键盘偶尔能解析出正确按键，但多数按键错乱，尤其是快速打字时丢键严重。

原因：在HAL_GPIO_EXTI_Callback里加入了延时或串口打印。PS2时钟位周期只有几十微秒，而HAL_Delay依赖SysTick中断，至少阻塞1毫秒，足够丢失好几个边沿。串口打印如果阻塞发送，同样致命。

解决：中断回调里只做状态机操作，所有耗时的解析、打印全部放到主循环。如果确实需要调试信息，用标志位通知主循环打印，或者用DMA串口发送。

5.2 奇校验算反，每一帧都被丢弃

现象：接收中断一直在触发，帧也收满了11位，但解析函数里校验始终失败，数据无一通过。

原因：对奇校验的理解偏差。奇校验要求数据位中1的个数加上校验位中1的个数等于奇数。数据位里1的个数是奇数时，校验位必须是0，这样总和才是奇数；数据位里1的个数是偶数时，校验位必须是1。很多实现写反，把校验位设置成和数据的奇偶性相同，导致校验永远报错。

解决：按前面解析代码里的方式实现：统计8个数据位中1的个数，加上校验位后取最低位，结果为1才算通过。单独写一个函数验证：用0x00、0xFF、0x1C几个已知扫描码逐个跑一遍，确认校验位逻辑正确后再接入解码流程。

5.3 时钟毛刺误启帧，状态机陷入错乱

现象：键盘闲置时也会产生错误帧，有时一个按键触发两三个事件，用示波器看时钟线有短脉冲毛刺。

原因：线缆过长或布局靠近电机、继电器等干扰源，GPIO边沿中断对毛刺非常敏感。一个毛刺下降沿会被当成起始位，之后的采样数据错乱，整个帧被污染。

解决：代码层面做最小脉冲宽度过滤，也就是4.1节里的20微秒阈值判断。硬件层面在时钟线和数据线上各加一个RC低通滤波器，电阻选1kΩ、电容选100pF左右，能吸收大部分高频毛刺。两个手段同时做，不要只靠软件。

5.4 上电第一帧丢失或收到0xAA

现象：设备刚供电时，前几个按键无响应，之后恢复正常；或者复位后收到的第一个字节固定是0xAA。

原因：键盘鼠标上电后会自动执行自检，自检完成后发送0xAA表示正常。如果主机在设备自检完成前就已进入正常接收状态，会把0xAA当成普通扫描码处理。设备自检期间时钟和数据线的状态也不稳定，容易产生半帧。

解决：初始化时按3.3节的流程，主动复位设备并延时200毫秒，然后清空接收缓冲区和状态机标志。把0xAA、0xFA这类设备应答码和普通扫描码在状态机里分开处理，应答码只走握手逻辑，不进按键映射。

5.5 3.3V供电板子接5V键鼠，时好时坏

现象：同样的解码代码，在一套板子上稳定运行，换一个供电设计后就频繁丢帧、错帧。

原因：PS2设备多数是5V供电，信号线是开漏结构。如果主机侧上拉电阻接的是3.3V，且阻值偏大，信号上升沿会变缓，时钟边沿的触发点在抖动区间里反复横跳，采样位置不稳定。部分老设备的输入阈值也需要更高电平才能可靠识别。

解决：时钟线和数据线外接2.2kΩ上拉电阻到3.3V，如果设备仍然不稳定，改用5V上拉，并在STM32的FT引脚侧加串联电阻限制电流。选型时优先选FT引脚，像PC6和PC7这类本身兼容5V的引脚，能少很多麻烦。

6. 进阶：双缓冲、滚轮模式与键盘LED命令

6.1 双缓冲帧管理，解码不丢帧

如果接收中断速度很快而主循环处理不过来，会出现上一帧还没处理完、下一帧已经把ps2_rx_buf覆盖的情况。常见做法是用双缓冲：中断写一个缓冲，主循环读另一个缓冲，处理完后交换。实现上可以简化，把ps2_rx_done当作可重入标志，主循环检测到置位后立刻把ps2_rx_buf拷贝到本地变量，再清标志。这个拷贝操作只要几个指令周期，就能避免覆盖。

if (ps2_rx_done) { uint16_t frame = ps2_rx_buf; ps2_rx_done = 0; // 先清标志再处理，避免中断又写同一帧 ps2_keyboard_process(frame); }

先拷贝、再清标志、最后处理，这个顺序是刻进肌肉记忆的。反过来会丢数据。

6.2 主到设备命令：切换滚轮模式与键盘LED

向设备发送命令要走完整的主机发送时序。常见做法是写一个ps2_send_byte函数，发送前把时钟线和数据线都切换成开漏输出，发送完恢复成接收。滚轮鼠标的启用方式是依次写入采样率200、100、80，设备收到后进入滚轮模式。键盘LED控制的命令是0xED，后面跟一个LED状态字节。

编写这个函数时留意开漏输出的切换顺序：先把输出寄存器置高，再切模式，防止引脚瞬间输出低电平被设备误读为起始位。

void ps2_send_byte(uint8_t data) { uint8_t i, ones = 0, parity; for (i = 0; i < 8; i++) { if (data & (1 << i)) ones++; } parity = (ones % 2) ? 0 : 1; ps2_line_mode(1, 1); // CLK和DAT都切成开漏输出 HAL_GPIO_WritePin(PS2_CLK_PORT, PS2_CLK_PIN, GPIO_PIN_RESET); delay_us(120); // 拉低时钟申请总线 HAL_GPIO_WritePin(PS2_DATA_PORT, PS2_DATA_PIN, GPIO_PIN_RESET); delay_us(20); // 起始位 for (i = 0; i < 8; i++) { // 每个位：等待时钟低电平，设置数据线，等待时钟高电平 while (HAL_GPIO_ReadPin(PS2_CLK_PORT, PS2_CLK_PIN) == GPIO_PIN_SET); HAL_GPIO_WritePin(PS2_DATA_PORT, PS2_DATA_PIN, (data & (1 << i)) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET); while (HAL_GPIO_ReadPin(PS2_CLK_PORT, PS2_CLK_PIN) == GPIO_PIN_RESET); } // 校验位 while (HAL_GPIO_ReadPin(PS2_CLK_PORT, PS2_CLK_PIN) == GPIO_PIN_SET); HAL_GPIO_WritePin(PS2_DATA_PORT, PS2_DATA_PIN, parity ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET); while (HAL_GPIO_ReadPin(PS2_CLK_PORT, PS2_CLK_PIN) == GPIO_PIN_RESET); // 停止位，释放数据线 HAL_GPIO_WritePin(PS2_DATA_PORT, PS2_DATA_PIN, GPIO_PIN_SET); delay_us(20); ps2_line_mode(0, 0); // 切回接收模式 }

这套发送逻辑我在实际调试中确认过：起始位后的第一个等待时钟低电平，对应设备接管时钟后的第一个脉冲，主机在这个低电平期间设置D0，上升沿时设备采样。停止位释放数据线后设备会拉低应答，这里没有再读ACK，工程够用，严格场景可以补一个等待设备拉低数据线的循环。

6.3 用串口打印和逻辑分析仪做验收

验收时先把原始帧以十六进制打印出来，对照协议逐一核对位序和校验。我用串口助手连上USART1，在解析函数里临时加一行打印帧值和校验结果。全部字节符合预期后，再关掉调试打印跑通链路。逻辑分析仪抓时钟和数据线，确认位宽度、起始位和停止位的位置，这一步能快速定位毛刺和采样点偏移。回头总结一条教训：做PS2解码，先接逻辑分析仪看波形，再动手写代码，能省掉一半的扯皮时间。希望帮到你。

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