【灌水无罪】老机械键盘改造USB，QWERTY/Dvorak一键切换

miaozhuang

+ ~1 ^3 B& h  w# c! E6 t
http://bbs.eeworld.com.cn/forum. ... digest%26digest%3D1
这个DIY项目的想法已经有很久了，如今终于达到了的设计的初衷。要体现“任性”的特点，先介绍背景吧。

在看这个帖子的诸位一定都在用计算机键盘吧。键盘上的数字键是1到9从左至右排列，或者是右小键盘区那样三个一排有序排列，反正规律很明显。但是字母键却不是A,B,C...到Z这么按字母序有规律地排下来的。我刚接触电脑(其实还是学习机)的时候，没在意这个问题，觉得是要盲打嘛，反正对两手的手指头来说，按字母序排列并没有什么好处。于是用多了这些排列也就记住了，从来不管它为什么要这样。其实，PC的键盘键位排布上是延用了打字机的键盘，这是设备演变过程中很自然的一个延续。打字机的历史就要早很多了，我没有亲见过打字机长什么样，而且，咱们汉字是铅字打上去的，和英文打字机方式完全不同。
& b" T' L; h# u3 b9 Y  g% d
/ c8 `3 e  p3 l/ [' z6 L% z) s
上面这个照片(来自wikipedia)，是"Sholes and Glidden Type-Writer."，第一个获得成功的商用打字机(1873)。请注意它的键盘字母键排列。
5 N  k7 M, F" E- v( s3 a
为什么得到这样一个字母排列？在当时的确经过了多次的优化改进，因为打字机是机械的动作，要尽量避免连续的击键引起冲突。结果是因为商业上的成功，QWERTY这个布局也跟着被越来越多的制造商吸收采用。在非英语语言的键盘上，个别键位可能不同，属大同小异了。最早的IBM PC键盘：

其实在电传动打字机问世之后，打字键盘的键位布局就可以自由了。但是QWERTY的流行没有被改变——习惯的力量是强大的。虽然是大众所接受，QWERTY也有被人诟病的地方，比如说左右手分配不平衡，在英语里面单独用左手能打出来的单词远比单独用右手的多。那么，除了QWERTY还能用啥？在ANSI标准里面还有另外一个键盘布局，叫做DVORAK.
Dvorak(德沃夏克)布局，是以其发明人之一: August Dvorak 的姓命名的。在20世纪30年代，Dvorak 和 Dealey 在他们多年的研究工作基础上发明了Dvorak布局，目标是减少打字出错几率、提高速度和减少手的疲劳。最初发明的布局是这个样子：

0 k6 \5 S6 O3 r) oDvorak布局的最明显特征是让使用频率最高的键安排在中间的一排(Home row)，这样手指不用移动就触得到。当然还有左右手均衡的设计等等。尽管不是所有人都同意Dvorak布局能够比QWERTY布局提高键盘输入的效率，最快打字速度的记录的确是在Dvorak键盘上创造的。

! N& C! u6 {4 q! S, T( A我是经常要写代码的人，对键盘要求比较高，一定要顺手。从1998年拥有电脑开始，第一块键盘用了5年，实在是塑料结构磨损严重了才换了。第二块键盘用了大概也有5年，第三块是淘宝买到的和第二块同样的。除了手感，我对键盘还有个挑剔是要大回车键(老键盘惯出来的)。到了用上笔记本电脑，键盘问题只能忍忍了。我最后买的一块Benq的”轻指飞扬"绝版键盘因为是USB，作为笔记本键盘替补一直保留到现在。

0 ?8 @) }: ~" Y2 H, z- _到2012年下半年，我在淘宝发现了有“机械键盘”这东东，认识了Cherry MX轴。然后到2013年农历年后，我花一百多一点买了一块老旧的国产青轴机械键盘，虽然很陈旧状态也差了，敲了一会儿我就发现：这就是我要的手感啊，一比起来用了多年的薄膜键盘简直太委屈手指了。我后来花了更多的钱买了新的轴(就是机械键盘的开关)来更换修复，使之成为上班工作用。

$ _/ @2 ]. a' O' I+ h机械键盘用着爽，后来我发现手指别扭的地方了，跟QWERTY键盘布局有关系。了解了Dvorak布局之后，我下定决心，换用Dvorak. 这个过程很漫长，大约是一年以后才抛开了QWERTY根深蒂固的影响。到如今两年多，我也没有肯定我的输入速度是否达到自己曾经QWERTY时候最快的水平，不过可以肯定的是换了Dvorak，手指头是舒服了。借个图说明两种布局的差别：

% r& m& p7 f5 i- g----------------------------------------------------  分割线 ----------------------------------------------------------
1 B' F7 b+ c; F4 D5 K$ J! [
# Q, ?' h; `( L先是改造的对象，主角: 这已经是拆解出机械键盘中的PCB板+钢板，并且拆掉了全部的键轴之后的样子。这块键盘买来时的成色相当差，很脏，惟有键帽还不错，但原本的轴已进灰，状态差。

轴全部拆下来之后才能将钢板和PCB分离，不然是被卡住的。原来键盘里面的灰比照片上还多得多。注意到这块DIP40的芯片，就是键盘的主控。
) [/ j( t: N0 v) `. q
6 Y% O' d# t4 l( w! q特写，80C49

& j# x4 e3 L( c6 CLED部分，使用了一片D触发器锁存指示灯状态.

暴力破坏，将80C49拆掉
7 _" p0 b' I; L0 Q/ v
* }' T2 s: Z) E9 ]拆掉原来的键盘主控，我用什么顶替呢？没有引脚全兼容的单片机了，而且我要制作USB键盘，所以……STM32F072，做块一样大小的PCB. 因为主要是使用原有的键盘扫描矩阵，有些引脚是不需要连的。

焊好元件后的板子，准备替换80C49
# o7 q, u( n2 c% }" M$ o  j, u
用剪下的电阻腿作连接吧，对好位把引脚都焊上。STM32F0的SWD接口务必要留出来下载程序的。

这是在软件开发当中调试的场景。USB线需要飞线，因为原来的键盘PCB上就没有USB.
- u, x% l: ?+ j6 e. a$ c& {
开始安装钢板，主键区焊上全新的Cherry MX茶轴(2.5 RMB一颗)。F区暂且空着，因为使用频率不高，换新轴就显得浪费了，等下再把部分旧轴清洗一下装回去。
" C4 {) J5 B6 {2 |/ _
# W) }+ ]5 N$ l' B+ s我设计的MCU PCB要在键盘PCB和钢板之间。除了SWD的引脚，把UART飞线出来供调试的不时之需。
. v5 p) t" s: P6 B
5 L' u9 \' I6 B主键区键帽就位

编辑键区也安装好，确认这里替换后不会有冲突。调试用的线和针脚以后是要拆掉的。

8 E" c5 M. A" W. M最后的组装，USB线，以及切换键盘布局的附加按钮。部分键轴还没有装，低优先级的。

7 U  s+ x6 _3 o% o
----------------------------------------------------- 分割线 --------------------------------------------------
$ Q+ Q8 g3 G( [0 p/ |9 G
% D( U4 D% _, y- v/ j3 ], U/ y


$ A$ {+ C) k* v; Y9 Z) F
( c1 v& g% ^! o0 F7 w


5 S6 [6 p/ ^4 g& n% Q
) Q& q4 x: C4 C& E+ R, b$ C: _2 q
2 \# _% }9 \( ~  C6 `/ h& }/ O0 x

miaozhuang

DIY过程直播完了，下面说硬件的设计。
9 d9 o* L' T; _. ^& y80C49是块MCU，貌似也就在PS/2键盘上面用。搜到其datasheet对引脚的定义：
, X) k3 D: K! H* N3 Z
, ?! ^3 |% R7 z2 U" O
其实最关心的还是键盘矩阵怎么接的，这个我就靠人肉了，在的PCB背面寻着每条扫描行或列线找，记录在草稿纸上。最终整理出来的结果是这样的：(最上边和最右边铅笔写的数字是引脚编号)


扫描矩阵是8x14的，最多可以支持112个按键，实际上只有101个键，空出了一些。对照上面那个引脚定义，可以把用到的I/O口确定了。除了电源引脚，剩下还有几个引脚使用到：PS/2的CLK和DATA占用2个，状态指示LED的电路占用1个，AT/XT开关使用了一个。我用STM32F072C8，有48个引脚刚好是够的，富余的I/O就飞线引出了。

这是我设计的电路图：


  G+ `1 a1 @1 tPCB Layout:
& p$ ], }; p6 J3 @8 r4 D

不从80C49引脚上走的信号包括: SWD接口，USB D+/D-，USART TX/RX，额外两个可用I/O.


# s+ S+ D9 w- h, q- L

miaozhuang

$ O' P/ H9 N4 p  y9 g
: N. e9 D5 L+ j7 e, o( q软件上的工作比硬件多得多。因为想改造成USB键盘，不得不把USB HID的实现稍微看懂一下。PS/2模式硬件上也是保留的，暂时我还没去写软件。

( p& S$ T4 P; L; Y* [总结一下，USB HID键盘需要使用两种HID报告：一是从设备到主机的，按键状态的报告，8字节；二是主机到设备的，指示灯状态的报告，1字节。第一个报告我使用EP1(Endpoint 1, 端点1)来发送，中断传输；第二个报告就使用默认的EP0，控制传输。USB的描述符，可以从现有的USB键盘上修改而来。下面是用USBTreeView这个工具查看到的的我的这个键盘的描述符：


其中USB报告描述符我没完全看懂，copy了现成的（这个也没必要自己重新写嘛）
! S" z! p' u- q& w+ T2 o1 I1 H
USB的中断ISR，bare metal哦

$ K" U; V, z9 R; N8 A5 Uvoid USB_IRQHandler(void)
+ ]- |0 r1 C6 U* U: l* O' Y. [4 [+ w{
, F- c) K; p' {8 o# r, F9 I    if(USB->ISTR & USB_ISTR_CTR)
- R# a4 W, r4 v9 V$ y2 U    {
        if((USB->ISTR & 0x0f)==0)   // EP_ID==0
1 \) Z( _1 _- t$ a        {
            switch(ep0_state)
            {
: E. Y. Z3 z  t; g% Y4 E8 G  B                case 0: ep0_state |= 0x80;
                        break;
                case 1: if(USB->EP0R & USB_EP_CTR_TX)
                        {
4 E4 i( V$ Q- R; [0 r8 y8 r                            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
                            ep0_state=3;
9 }+ v4 H4 z% Z& I. z                            return;
                        }
                        else
                            ep0_state=0;
4 t; S+ c- P8 C2 U. I' @2 d3 H                        break;
8 q$ E; i/ C) p2 m                case 2: if((USB->EP0R & USB_EP_SETUP)==0)   // OUT packet
                            ep0_state |= 0x80;
                        else
$ u( j. b. [0 l% p  j                            ep0_state=0;
+ G& e3 g) A) \6 g% X                        break;
8 B- m  b( ]# A4 b: m. s' _                case 3: ep0_state=0;
: E4 H6 ?: B' G0 m- b4 i+ I                        break;
                case 4: ep0_state=0;
                        break;
                default:ep0_state=0;
  }& a+ _. a2 ]8 m8 r: n) m; [: l                        break;
7 m5 `8 Y$ A+ E7 _) K            }
  e+ I/ p4 o4 ]% f# t            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL; // just clear flag
            return;
6 [  \  ]0 N2 x2 y( I% n2 J+ n        }
        else    // EP_ID can be 1
9 K+ W. G2 _) ]        {
# O- x! k! Z8 b& ~7 [            USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1; // just clear flag
            ep1_wait=0;
            return;
        }
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_PMAOVR)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_PMAOVR;
; N7 C. ?$ Q2 Z, M# W- }8 I8 y0 m    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_ERR)
9 M8 I) E1 d0 E1 K    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_ERR;  // write 0 to clear
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_WKUP)
$ n1 m* f0 b7 z& D) [8 K0 S    {
$ X1 e8 Z4 t0 v* @6 d# R$ ?- e        USB->CNTR &= ~USB_CNTR_FSUSP;   // no suspend
' b; r1 b) l0 D/ P0 e        USB->ISTR = ~USB_ISTR_WKUP; // write 0 to clear
: w$ o! d# n0 F% u9 ~  R+ A    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SUSP)
    {
* C  |* o# S) q5 e4 f. y; K' C        USB->CNTR |= USB_CNTR_FSUSP;    // force suspend
& }% W! x' j( B  y( G5 @7 e* s        USB->CNTR |= USB_CNTR_LPMODE;   // low power
) W" h: }$ a! M; R6 ^8 u9 Q2 k8 ?        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SUSP; // write 0 to clear
/ d) I" o8 [2 ~    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_RESET)
$ s% V% [8 W- x4 g0 ^& o2 ?    {
        USB->BTABLE = 0;    // buffer table at bottom of PMA
& i$ ?' Y- v2 [2 f/ v; O* O! `. R        USB_PMA[0]=128; //ADDR0_TX
& |& ?' U+ m6 d) i        USB_PMA[1]=0;   //COUNT0_TX
: S1 _1 `' y$ _7 r' {& K) K        USB_PMA[2]=256; //ADDR0_RX
) A3 E, X0 k6 Z( j9 b; Y* ~        USB_PMA[3]=0x8000|(3<<10);  //RX buffer 128 bytes
8 ?. L; c) X* I+ f        USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX1;
  y; m9 l. a# }, ?7 x        ep0_state=0;
  g0 M7 ^1 L/ w) f        USB_PMA[4]=384; //ADDR1_TX
; F) U0 A4 A9 e0 E5 ?. v7 u0 V" h, q        USB_PMA[5]=0;   //COUNT1_TX
* p9 i; g( n2 W        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1;    // EP1 type
        ep1_wait=0;
5 q  Z, ?9 v0 v8 Y0 k: l        USB->DADDR = USB_DADDR_EF;      // enable function
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_RESET;    // write 0 to clear
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SOF)
    {
3 r. T# U8 M$ M+ D" a# X        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SOF;  // write 0 to clear
0 X& H/ k0 m/ \5 V" L9 a4 P. }    }
9 S2 q* Y& m* _}

因为只有两个EP需要管，数据量也很小，STM32F0的PMA(Packet Memory Area)固定分配好就不动了，读写数据都直接在PMA上读写。在USB Reset中断的时候，把PMA和EP都重新初始化。
3 y1 j' q& d2 W8 |+ ?  Y6 h. }
5 q7 A8 U' F2 d7 }7 s主程序中用一个无限循环，每次中断过后处理一下USB请求，以及来自键盘扫描的检测。
7 a3 n, d  w" O4 G8 u- g9 h7 D
    while(1)
  t1 G% R) w& {# O1 w    {
7 I$ R; b' {$ H/ O        static char row=0;
        __WFI();
        if(ep0_state & 0x80)    // request data processing
        {
" \! w0 m2 K# `; x# y            if(ep0_state==0x80) // SETUP phase
            {
% |7 h+ O; ]6 ~( S                if(!setup_packet_service())
                {
                    ep0_state=0;
                    // not supported
+ o1 P1 y, ^/ S7 ^/ {& g1 G                }
3 a, `2 Z9 c0 ^8 g                // ep0_state should be set to 1 or 2, if processed
+ j( Z& ?0 d# ^  I! n            }
            else    // OUT phase
            {
$ t9 D( a3 \# E0 C* d                // process data
                show_LED(*(uint8_t *)(USB_PMA+128));
                ep0_state=4;
$ C( t. }4 U7 O" X! f                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
" w' d* m" v1 W- e                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
            }
, }1 o: T( L2 J* Z* m4 U        }
& S$ _. S1 T" |1 W. c, g        else
        {
, r2 F9 M4 j5 ~5 M  O            if(usb_address && ep0_state==0)
+ V, o9 R2 E/ M/ \6 H" ?4 D            {
, ]5 f* e4 p9 N' j/ c/ b- w  A                USB->DADDR = USB_DADDR_EF|usb_address;
/ q' O/ ~" i" j/ m                usb_address=0;
1 y2 c) n2 S1 A3 T3 l6 [7 u. c4 C            }
; M9 f) u/ F: e5 c/ ~        }
- v6 y2 `9 S: w8 p2 ?% U        if(row!=scan_row)   // new scan line
        {
, V0 m: A. s  f, w% `0 R/ o3 T            if(key_state[row]!=prev_key_state[row])
            {
                uint8_t test=0x80;
                uint8_t diff=key_state[row]^prev_key_state[row];
- E1 [' w- J1 j                for(i=0;i<8;i++)
                {
5 G2 B( ?8 T8 W3 B- R5 e  `) `                    if(diff & test)
) |# S& u# o; W! }) U                        update_key_matrix(row,i,key_state[row]&test);
                    test>>=1;
6 d+ S, ?4 S; H9 t3 m; m                }
. ^7 e# w/ [3 \            }
            row=scan_row;
& Y: A$ ^0 k3 K4 ]2 o( T3 K. s        }
  _- j* J& V1 _0 Z    }
3 p2 e9 t- k7 ]  a8 K# o" ]/ n( ?

EP0的控制传输，把用到的请求处理一下
char setup_packet_service(void)
4 ?) I, Y. }* _0 ]5 N{
3 D+ Q2 n3 D6 o& u3 G. E    if(ep0_std_req->bmRequestType & 0x20)   // class-specific
    {
        switch(ep0_std_req->bRequest)
" Y6 A7 z! T# t- |5 y" R' P& |3 r        {
            case REQ_GET_REPORT: break;
            case REQ_GET_IDLE:
9 Q8 F" o+ m- l                USB_PMA[64]=0xfa;   // return 1 byte
! {0 Y- G& P, m$ K7 \2 d* y                USB_PMA[1]=1;
  Y4 R( a5 U' D5 \, [                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                ep0_state=1;
                return 1;
                break;
            case REQ_SET_REPORT:
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
                ep0_state=2;
' a5 o; w. O5 ?; _! U                return 1;
                break;
: S$ F/ v, C7 ?9 {9 z, M: u            case REQ_SET_IDLE:
                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
9 L( Q/ y) ^  L. b  k                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                ep0_state=4;
                return 1;
5 `" e. p1 ]' {! |: x' W                break;
        }
/ q# k- p4 `+ _. F' r, E        return 0;
    }
    else    // standard
    {
        switch(ep0_std_req->bRequest)
        {
            case REQ_GET_DESCRIPTOR:
                return descriptor_service();
- Z$ A' O7 U8 p, j/ y: H                break;
8 C1 t0 a2 m+ K; S. N            case REQ_SET_ADDRESS:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
                    return 0;
                usb_address=ep0_std_req->wValue;
5 V+ T7 d  Y" T6 @$ M7 |! q                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
' }0 ?6 m. ?$ N9 ]: V                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                ep0_state=4;    // No Data phase
7 ?% P5 U  V4 L( }                return 1;
. {' q% h: S( e( V! x% [! x            case REQ_SET_CONFIGURATION:
! b; }: K) X: k, J0 B                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
                    return 0;
+ @! p! h- \% T; N+ M/ B8 y1 ^* Z2 F                USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX1|1;
, j0 I9 ]) k3 x8 l  j- P9 ~                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
9 U" C1 v* u  \1 h: L0 A                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
                ep0_state=4;    // No DATA phase
: k/ F& N; K  h- ~" l4 C( q                return 1;
            default: return 0;
        }
    }
}
9 U% U1 E* s8 C, p8 {4 W


9 I, h9 `$ f. q# }/ v7 w

miaozhuang

各种描述符，是USB开发首先要处理的
char descriptor_service(void)
{
+ f  q' Y) n$ K4 Z1 P6 `    switch((ep0_std_req->wValue)>>8)
# c  O- u: ~' c1 a2 R8 t& Q& b    {
: X/ T/ d( L. s- ?9 }        case DESC_TYPE_DEVICE:
' U2 B$ F  f; c! v1 J            return ep0_preparedata(&DevDesc, sizeof(DevDesc));
- {7 b* [; g$ |) \) Q6 t            break;
  g% ?5 h- |+ |; x! O/ H1 p4 v        case DESC_TYPE_CONFIG:
" Z; ]3 G% B) M0 H5 A3 k4 e% B            if(sizeof(ConfigDescData)>ep0_std_req->wLength)
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, ep0_std_req->wLength);
3 k% b  _# S% l; J+ Y$ s; k  E, x            else
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, sizeof(ConfigDescData));
            break;
! j" V1 j3 n# {        case DESC_TYPE_STRING:
- J. Q# D* B& |: x! N$ u            switch(ep0_std_req->wValue &0xff)
9 X. @2 {, W1 l, g$ H            {
8 t" G5 q6 b5 Y* c: b) t1 d                case 0 : return ep0_preparedata(&LangIDDesc, sizeof(LangIDDesc));
                case 1 : return ep0_preparedata(&UnicodeVendorDesc, sizeof(UnicodeVendorDesc));
! L) C$ X: z: o( {9 y+ E! t  e                case 2 : return ep0_preparedata(&UnicodeProdDesc, sizeof(UnicodeProdDesc));
                default: return 0;
            }
" r" E8 B3 {2 G8 f! ]6 n2 R- U            break;
        case REPORT_DESC_TYPE:
+ g0 E3 E. C* L; g1 H$ P8 Y2 L            return ep0_preparedata(&HidReportDesc, sizeof(HidReportDesc));
        default:
            return 0;
; J4 H& Q3 n# ^0 h5 O, E0 s7 s9 |/ X$ y    }
2 w8 _! v( H# V4 H* S, L}
下面说下我对键盘的处理。因为有14+8条线，其中8条一组我称为列，用PA0~7读取；另外14条我称为行，在一个时刻只有1条为低电平(输出)，其它13条为高阻。在列扫描线上加上上拉，因此没有键按下的时候，PA0~7都是高电平的。若某键被按下，当在所在的行被扫描时，对应的列就会变成低。我用了Timer6中断，每0.5ms切换一次扫描线，这样扫描一遍矩阵键盘用7ms.
4 a5 ~7 o2 b" j' b* F6 [void TIM6_DAC_IRQHandler(void)
{
, e- c0 C" O9 f! r    __IO uint8_t *PA_IDR = (uint8_t *)&(GPIOA->IDR);

' y+ F% S$ [+ _1 T3 F& d
    TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;
    prev_key_state[scan_row]=key_state[scan_row];
    key_state[scan_row]= *PA_IDR;   // update key states
    switch(scan_row)
2 e8 k; P4 I# R6 j3 M$ U    {
        case 13: // next row PB14
  \" c1 m* K: M7 f( R                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT;
7 ]& N. A5 S) V0 x, n( Q                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER14_0;
. x( ]& m; D2 J! g                break;
        case  0: // next row PB15
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
# x+ u' J# o; y! U        case  1: // next row PB3
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER3_0;
                break;
        case  2: // next row PB4
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER4_0;
                break;
1 I% I& s, ~; b9 t0 L        case  3: // next row PB5
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER5_0;
                break;
3 A5 I  g. \  \# M5 E        case  4: // next row PB6
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER6_0;
                break;
        case  5: // next row PB7
: V6 o6 E" u- G                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER7_0;
. f$ N& }2 v3 t8 f! k, F                break;
5 N7 X' \4 P' m        case  6: // next row PB8
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
        case  7: // next row PB9
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
) r2 t/ N. ~) o( f                break;
        case  8: // next row PA8
% n9 l! m1 h9 e                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT;
& B8 n% P2 x3 l& h  s5 Y( d! E                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
3 w' c" H1 {$ s. y2 `                break;
6 L8 h. ]& h0 H+ c; M* W$ ^        case  9: // next row PA9
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
                break;
; O5 {: y: \# M0 i1 H        case 10: // next row PA10
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER10_0;
7 s$ O  \3 v$ H. ^                break;
        case 11: // next row PA15
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
, V7 E# A, a' h6 [" S3 c                break;
# x' j2 v1 r' t        case 12: // next row PC13
, U  m. Z4 V6 h- p) P  W8 o                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT;
) {- V- T: V% R5 r; d# c                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER13_0;
6 F# y: ?$ Y% }, I5 v                break;
    }
    if(scan_row<13)
" G5 F) I2 V# P3 M4 m4 ?8 L4 x        scan_row++;
    else
        scan_row=0;
}


" @! s$ o5 b- m. ^) w( P' o

miaozhuang

- [$ u% B0 ~5 G/ B
5 `* b* g# H- r扫描的状态被Timer 6 ISR记录在 key_state[] 数组当中，上一次的状态保存为 prev_key_state[]. 这样在主程序中只要比较这两个数组，就知道是否键盘的状态有变化了。有变化（按下或者抬起）的时候，再调用 update_key_matrix() 函数去生成USB HID报告。

要从键盘的扫描行、列坐标得到按键的编码（此处不是ASCII，也不是PS/2的键盘扫描码，而是USB HID定义的键盘Usage ID），需要用到查找表。我需要切换Dvorak和QWERTY两个布局，因此需要准备两个查找表：
# n  F! X& l* z% z6 @2 W4 }! z

# L  p/ x) w( [2 }% i4 l1 tconst char hid_keymap_qwerty[14][8]={
; P  G0 X3 h8 M. F8 M! \    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_R, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
3 x+ [+ Y0 u! d( t# |    {HK_F12, HK_BS, HK_Up, HKR_Slash, HKR_Aster, HK_NONE, HKR_Enter, HK_NONE},
    {HK_Period, HK_V, HK_BSlash, HK_J, HK_P, HK_Q, HK_4, HK_F6},
! G& E( n# Q3 _+ C- d9 s7 V- R/ q    {HK_Comma, HK_C, HK_Quote, HK_H, HK_O, HK_Equal, HK_3, HK_F5},
+ U  a. a. Y2 G& h' F    {HK_M, HK_X, HK_Colon, HK_G, HK_I, HK_Minus, HK_2, HK_F4},
6 \3 a5 G6 x! M2 d" D    {HK_LShift, HK_NONE, HK_Caps, HK_F, HK_U, HK_0, HK_1, HK_F3},
    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_D, HK_Y, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
6 Z# g5 G3 a2 W' I& g    {HK_NONE, HK_RAlt, HK_LCtrl, HK_S, HK_T, HK_8, HK_Enter, HK_F1},
    {HK_PgUp, HK_Home, HK_Insert, HKR_5, HKR_6, HKR_4, HK_F10, HKR_Dot},
    {HK_Right, HK_Down, HK_Left, HKR_Num, HKR_Plus, HK_NONE, HK_NONE, HK_NONE},
    {HK_PgDn, HK_End, HK_F11, HKR_9, HKR_Minus, HKR_8, HKR_7, HK_NONE},
/ W( Z; l( g9 q# g3 g/ {  R    {HK_Space, HK_N, HK_Z, HK_L, HK_RBr, HK_E, HK_6, HK_F8},
/ F# t9 V  [: g: i' o/ q: @( z    {HK_Slash, HK_B, HK_Delete, HK_K, HK_LBr, HK_W, HK_5, HK_F7},
    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
};


const char hid_keymap_dvorak[14][8]={
    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_P, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
    {HK_F12, HK_BS, HK_Up, HKR_Slash, HKR_Aster, HK_NONE, HKR_Enter, HK_NONE},
: L5 [5 L5 e7 w3 l7 q& n  Y    {HK_V, HK_K, HK_BSlash, HK_H, HK_L, HK_Quote, HK_4, HK_F6},
' T3 Q0 N' z# c* i7 S% d7 e    {HK_W, HK_J, HK_Minus, HK_D, HK_R, HK_RBr, HK_3, HK_F5},
    {HK_M, HK_Q, HK_S, HK_I, HK_C, HK_LBr, HK_2, HK_F4},
5 _8 X5 ~  {* _! _3 X7 v; W; `    {HK_LShift, HK_NONE, HK_Caps, HK_U, HK_G, HK_0, HK_1, HK_F3},
    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_E, HK_F, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
* [6 f3 n% n3 p    {HK_NONE, HK_RAlt, HK_LCtrl, HK_O, HK_Y, HK_8, HK_Enter, HK_F1},
  a  ?+ ~3 F  C  l0 x    {HK_PgUp, HK_Home, HK_Insert, HKR_5, HKR_6, HKR_4, HK_F10, HKR_Dot},
* [9 n" m$ j% I7 l- U& Q8 v" Y    {HK_Right, HK_Down, HK_Left, HKR_Num, HKR_Plus, HK_NONE, HK_NONE, HK_NONE},
    {HK_PgDn, HK_End, HK_F11, HKR_9, HKR_Minus, HKR_8, HKR_7, HK_NONE},
    {HK_Space, HK_B, HK_Colon, HK_N, HK_Equal, HK_Period, HK_6, HK_F8},
    {HK_Z, HK_X, HK_Delete, HK_T, HK_Slash, HK_Comma, HK_5, HK_F7},
5 r0 z# `; J3 W  d% @4 t9 |) J    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
4 p! u* J8 F& c" ]2 G7 d# R};
2 K, Z( x9 M$ T: k7 E1 X9 g
5 R. w, W, e, m8 q( c+ H% N. L4 K
上面的宏定义另写在 translate.h 头文件中。HK_NONE是没有实际按键的位置，HK_MODE是我另外加的一个键，用来切换两个键盘布局。这个“一键切换”的键加装，可以用原来键盘上的AT/XT开关，也可以用我预留的User I/O，做到后来发现用键盘矩阵的空闲位置更方便。

$ d1 m* b/ O) I' O# CHID报告的8个字节，第一个是8个特殊键的状态(Shift, Alt, Ctrl, GUI)，第二个保留，后6个每个非0值是一个按下的键的Usage ID. 产生HID报告的子程序：
) y$ y( z: T7 b! g
void update_key_matrix(char row, char col, char onoff)
5 x7 r3 ]& L0 ]( j" |: ]& T9 ^{
: M1 d) w# i' ]: T5 n# {' E! m0 K    static uint16_t hid_report[4]={0,0,0,0};
8 y/ B1 |3 K7 S# Z+ z* i) ?    static char (*hid_keymap)[8]=hid_keymap_dvorak;


    unsigned char key=hid_keymap[row][col];
    unsigned char *report =(unsigned char *)hid_report;
    char i;


6 _8 {6 }) Q* C& Z* E5 _    if(key==HK_MODE)
5 [' D5 ?$ f  R  ^$ ]% k2 u- T    {
* ]; i# N/ z3 k" v( d        if(!onoff)
        {
            if(hid_keymap==hid_keymap_dvorak)
            {
                hid_keymap=hid_keymap_qwerty;
                GPIOB->BSRR = (1<<2);
            }
            else
            {
4 D: H) _# N4 B: R                hid_keymap=hid_keymap_dvorak;
                GPIOB->BRR = (1<<2);
9 W, A+ D5 z+ t            }
8 G+ S  d0 g8 ?" W8 s  G* _        }
        return;
3 B+ A# U, Y7 N) Y    }
1 y9 V& O$ Z# Y" q( e4 A

% R& K) T  Q" Y4 s3 u% y    if(key>=0x80)   // Alt, Ctrl, Shift
3 Z$ U; x7 j& W% q+ Z5 c4 |' S    {
        uint8_t bitset = 1<<(key&7);
" e# Z; U$ R" `# T        if(onoff)   // non-zero is key up
% c2 x+ e. O- v* Y- @* E* Z. w            report[0] &= (~bitset);
        else
            report[0] |= bitset;
    }
    else
5 k: ]) e; F# Z  A) c( H; ^# v3 Z2 l    {
        if(onoff)   // non-zero is key up
& t* X) q5 D4 _7 c- j( S6 a        {
# z  ?' b1 @" W0 a            for(i=2;i<8;i++)
            {
                if(report==key)
                {
                    report=0;
- n0 ?# c& u+ W7 I! n) R                    break;
                }
" e! O( c/ m7 ]% y, U            }
        }
        else
  l- p; k7 v1 f        {
( `& g' [# O* Y$ \8 E            for(i=2;i<8;i++)
            {
8 K% O9 R0 K( D/ m! ?9 a! z                if(report==key)
                    break;
                if(report==0)
& W! T7 Y5 x2 R3 E                {
                    report=key;
                    break;
4 X0 K% y" c+ Z& t3 N3 V$ R                }
            }
( U- `0 `. D; K2 e9 d$ l7 l        }
" f; \' G! N( k2 r    }
    for(i=0;i<4;i++)
$ n6 A5 e7 s9 }) k9 {: C3 p, c# G% W        USB_PMA[192+i]=hid_report;
* J& K2 m7 e. _( m; L. Z+ b    USB_PMA[5]=8;   //COUNT1_TX
6 r1 j" w+ l' ~' ?" _    if(ep1_wait==0)
/ f, Z5 X0 g/ ^- _( q    {
        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX0|1;
        ep1_wait=1;
    }
}
2 T& @" q: A5 F. s+ P! C: m
6 N" Y% \8 F4 j; L6 Z
完整的程序在附件中。我这个程序没有使用任何USB的库函数，完全是从底层操作，这样对USB的工作细节可以了解得比较清楚，当然，也费了很多工夫啦。
keyboard.zip (8.7 KB, 下载次数: 6697)

2016-9-21 21:01 上传

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' j" T/ |4 u- a' H( d

miaozhuang

在电子论坛上看到的，这对于改造键盘的小伙伴来说，提供了很大的帮助，步骤很详细，拆解换主控，设计pcb板，编写固件，看的是很过瘾。

网络孤客

刚开始我以为要把打字机改造成电脑键盘
不过楼主也很厉害！

miaozhuang

网络孤客 发表于 2016-9-22 13:48
刚开始我以为要把打字机改造成电脑键盘
! A0 L" M; n5 D3 Y2 O7 K% ]不过楼主也很厉害！

4 E5 L8 E4 D8 X' o哈哈  是有点像奥

Mr.Prince

很厉害

thermoer

这个看着真硬核