【灌水无罪】老机械键盘改造USB，QWERTY/Dvorak一键切换

miaozhuang

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http://bbs.eeworld.com.cn/forum. ... digest%26digest%3D1
0 |6 H" ^4 }2 i! s3 t: y1 f/ x! N9 l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。

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/ ^2 b0 j- k# J& h5 a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。
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7 _. W/ ]: |! u! i2 Q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：

) d/ y: T0 ?) J) p; R& u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.
  y* w6 G# g3 B; z* `# E8 jDvorak(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：
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5 Q& d6 r0 K' u3 Z% P. D4 T0 B. qDvorak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。
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8 U0 D( o7 g( v& S% G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。
( v; l9 e+ C' n! E: z5 l
8 x3 r5 w3 K& q1 W5 j. L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。

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：

----------------------------------------------------  分割线 ----------------------------------------------------------

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。
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$ C3 b/ B3 ?/ k2 F" O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。
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9 o% Z% Z# Z8 ]! E+ Z9 x8 ~  t特写，80C49

3 w  j; s* l" ULED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

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。
6 Y& |' X: j& @3 z8 J! R+ e- U2 s
焊好元件后的板子，准备替换80C49

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。
) ?7 i& X  c# ^1 {) x9 n2 h
8 s1 ~' w! T3 j" g4 a% q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.
. ^0 `$ u7 K6 e2 [
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。
) E. q+ @4 B, z! `
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。

: t' ^* S* C* r% A& l8 Z3 K主键区键帽就位

9 g1 y! W( f3 j  x% C' X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。

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。
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( }4 L7 Q3 d: f3 p6 v7 {5 k8 A8 k
. h, I4 d5 F; k. |2 q----------------------------------------------------- 分割线 --------------------------------------------------

2 l3 i5 |2 c4 l. x4 a


' o' W' i6 q  A9 x; q9 j) x! x
2 j, h. I' h( O. Q
. t# Q& }' w, B5 q' V
) D/ _6 N: D" r, f. z9 r. q6 Q1 n& r6 e
; r) l6 I' R. T7 J


+ j) A+ R7 d3 s7 F, J

miaozhuang

DIY过程直播完了，下面说硬件的设计。
80C49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：
$ }6 ?% D" y! q, o) x4 U

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)
& w" }* @8 E/ z
4 O2 o- z' K* k4 z
9 ?! f5 O0 h' g- R/ G3 R4 r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：
0 a& ]# n/ {  z. L1 S

/ j1 {. k: @2 @4 M4 Q# ePCB Layout:
/ O$ b4 G5 ~( @1 p. V& ~3 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.

( F) E2 C- x3 K/ Y; A! g1 q; I

miaozhuang

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。

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：

# ?" T: U3 n, W7 D
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）

: A3 x- w. J* B) R4 qUSB的中断ISR，bare metal哦

6 A( V; r1 h, G& _7 A  b. rvoid USB_IRQHandler(void)
{
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_CTR)
    {
, t" B* ^- Z3 j# q3 ?2 E$ a' C        if((USB->ISTR & 0x0f)==0)   // EP_ID==0
        {
            switch(ep0_state)
            {
                case 0: ep0_state |= 0x80;
* x( U# m7 L. t# a# y0 m                        break;
                case 1: if(USB->EP0R & USB_EP_CTR_TX)
' K7 ], o4 W! y                        {
                            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
/ g2 R  c5 J( v. E, U                            ep0_state=3;
                            return;
  v# \% z& k. w+ @8 g( @; a                        }
6 o. |+ l& T% o                        else
4 G/ L# b( G' t- @( M2 h                            ep0_state=0;
                        break;
                case 2: if((USB->EP0R & USB_EP_SETUP)==0)   // OUT packet
: N. C2 O2 f* w                            ep0_state |= 0x80;
                        else
' i0 B) `& G! C7 `4 b8 E+ B# [8 T                            ep0_state=0;
                        break;
                case 3: ep0_state=0;
                        break;
; e" C( W7 J! L$ V  ^                case 4: ep0_state=0;
9 o; Y( `  a; _4 P) n0 ~$ f* N                        break;
                default:ep0_state=0;
( F, c9 S. C: {5 ?& R                        break;
1 {' t8 e+ A/ _5 Q/ H! J/ r: m            }
- g2 y+ \9 J$ ?3 M; G            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL; // just clear flag
0 N: S8 U% {0 s& |% Z            return;
        }
" e) k% V) `6 @. J5 Y& ?0 c        else    // EP_ID can be 1
6 }) g/ D3 r- Q: k        {
            USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1; // just clear flag
( [; u1 S, I( J5 _9 D" }0 v            ep1_wait=0;
; N$ i& ?, b  C+ x            return;
+ L" X$ E0 v2 ^/ W! P! t        }
0 I1 a5 s* @" n1 X5 D    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_PMAOVR)
8 y9 v! `( v3 b( t- Z) \$ v    {
: a3 Z" Y  G+ X8 i- G6 h( v* R        USB->ISTR = ~USB_ISTR_PMAOVR;
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_ERR)
    {
' b& O$ b* b$ ~# w( |$ p        USB->ISTR = ~USB_ISTR_ERR;  // write 0 to clear
3 v+ f2 {- c1 h. ~% L    }
2 l: u$ v, m5 z$ U' X. _* [    if(USB->ISTR & USB_ISTR_WKUP)
    {
        USB->CNTR &= ~USB_CNTR_FSUSP;   // no suspend
6 A+ u' l3 D3 Y6 w) T        USB->ISTR = ~USB_ISTR_WKUP; // write 0 to clear
    }
; [3 N4 \; i% B1 K6 R    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SUSP)
# ^! t0 p8 r1 Z6 ~1 P) I" q    {
; ~/ L$ j" Y9 r5 z8 q        USB->CNTR |= USB_CNTR_FSUSP;    // force suspend
1 j+ ^  j7 {& I8 a$ i# Q        USB->CNTR |= USB_CNTR_LPMODE;   // low power
% A  f% d+ [8 J9 Q6 g0 |, x        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SUSP; // write 0 to clear
    }
* G2 y6 X; c/ V, X" y, S    if(USB->ISTR & USB_ISTR_RESET)
    {
# l, _: C+ c  l        USB->BTABLE = 0;    // buffer table at bottom of PMA
        USB_PMA[0]=128; //ADDR0_TX
+ f' r+ m$ u& v$ o; L3 a9 Y        USB_PMA[1]=0;   //COUNT0_TX
        USB_PMA[2]=256; //ADDR0_RX
6 R- j4 |& p8 k9 M! |0 I        USB_PMA[3]=0x8000|(3<<10);  //RX buffer 128 bytes
        USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX1;
        ep0_state=0;
$ ]4 K0 F% m6 Q& A7 J/ s! E3 ]. ^        USB_PMA[4]=384; //ADDR1_TX
: k- [  \: N6 H& ^6 D" m        USB_PMA[5]=0;   //COUNT1_TX
        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1;    // EP1 type
        ep1_wait=0;
# S$ `* b: x1 b; N5 n1 E( b- ~        USB->DADDR = USB_DADDR_EF;      // enable function
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_RESET;    // write 0 to clear
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SOF)
# B8 }$ \1 e4 v+ `0 A6 H6 A  C    {
" O6 w" ^  f8 N2 B' X0 }" E3 w        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SOF;  // write 0 to clear
    }
}

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。
: l  ]7 }1 [/ y
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。
6 j# `! P" t, @
    while(1)
* f, I7 n- U; j! i7 f) b) V    {
        static char row=0;
  g& L. \% M! N4 \        __WFI();
( _5 k. t, M5 R- r: d        if(ep0_state & 0x80)    // request data processing
" R1 @4 f: L* S1 Z: G5 U$ {        {
            if(ep0_state==0x80) // SETUP phase
            {
                if(!setup_packet_service())
                {
                    ep0_state=0;
                    // not supported
                }
                // ep0_state should be set to 1 or 2, if processed
& K  z0 x6 @  z: j+ p% p            }
            else    // OUT phase
            {
* v  \5 h2 U! Q+ L) S7 W                // process data
& n( v+ i, M3 g: `- j# G9 }1 z                show_LED(*(uint8_t *)(USB_PMA+128));
! v2 g( ?5 D% R$ M$ X                ep0_state=4;
                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
            }
$ R, E2 ]* O4 v& S        }
" N, O" A  @. N7 V        else
/ W* i: K3 X+ O( z9 B, s        {
            if(usb_address && ep0_state==0)
            {
+ C' Q, f0 @6 U' g                USB->DADDR = USB_DADDR_EF|usb_address;
                usb_address=0;
            }
        }
        if(row!=scan_row)   // new scan line
1 O+ q0 D0 N& c7 a& b) k; w        {
            if(key_state[row]!=prev_key_state[row])
            {
                uint8_t test=0x80;
$ X2 Q  w& |7 |' ^( q/ l                uint8_t diff=key_state[row]^prev_key_state[row];
                for(i=0;i<8;i++)
' o+ B: `% Z: q% |* Y( }                {
                    if(diff & test)
                        update_key_matrix(row,i,key_state[row]&test);
' l  V' D7 ^# h# ?% x* [                    test>>=1;
                }
            }
            row=scan_row;
5 w8 ?1 }% {* S4 V/ ?        }
    }
5 o# F3 y' T: p( z$ H! {  o, D
6 x2 @6 W. \3 ~/ Y0 j8 r+ y
' Q1 J/ c+ \" I& x7 d6 D) M( iEP0的控制传输，把用到的请求处理一下
3 i& ?8 p5 k6 c* _) c- U0 Kchar setup_packet_service(void)
: v' `$ S) R# G: M  x  i{
    if(ep0_std_req->bmRequestType & 0x20)   // class-specific
    {
$ B2 _! `; n* E- Q        switch(ep0_std_req->bRequest)
        {
            case REQ_GET_REPORT: break;
) q2 ]7 p" O+ M3 i' X+ R            case REQ_GET_IDLE:
                USB_PMA[64]=0xfa;   // return 1 byte
9 K5 Q* k/ J5 j" z/ T. ^) @# U                USB_PMA[1]=1;
- f! X) U# e: p1 C! p( N. b                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                ep0_state=1;
                return 1;
                break;
4 w$ y/ @* q/ N            case REQ_SET_REPORT:
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
; `8 \) h  P0 [$ E                ep0_state=2;
                return 1;
4 t, D, f" m( g7 w1 |; F9 d9 ~% B' w                break;
            case REQ_SET_IDLE:
+ U3 C0 i  H) o# o3 u                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
% v( M& n8 m- x# E                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
: Q/ L6 x' C( C3 m; f- ~2 Z                ep0_state=4;
. C/ Q- e* e- R9 |* J1 O                return 1;
- Y2 ?6 J* z" N- k! X' P. J                break;
        }
        return 0;
    }
    else    // standard
& w6 r3 O7 f7 k$ o    {
; v7 [3 x* a) I        switch(ep0_std_req->bRequest)
        {
            case REQ_GET_DESCRIPTOR:
                return descriptor_service();
                break;
            case REQ_SET_ADDRESS:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
                    return 0;
                usb_address=ep0_std_req->wValue;
; p/ ?; T% N- J" \4 T3 L: n% }4 a                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
0 O; ^. y2 X. y+ S+ Z1 o                ep0_state=4;    // No Data phase
' ]; m; e; q& o1 _- e7 C                return 1;
$ A4 j2 }9 F2 E- G2 ?# ~8 }: C            case REQ_SET_CONFIGURATION:
0 X' v( ~  i/ [# F3 k- b# |                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
" L4 ~+ S) D( L/ Z                    return 0;
# Y3 A/ A# e0 L3 l2 u6 `! C                USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX1|1;
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
. K+ \! r! B. J: P* d                ep0_state=4;    // No DATA phase
                return 1;
            default: return 0;
/ g+ \" L2 e8 k2 Q3 b        }
9 F' x6 u- O& U8 I/ r  }    }
}

miaozhuang

各种描述符，是USB开发首先要处理的
char descriptor_service(void)
{
    switch((ep0_std_req->wValue)>>8)
" c, J  Z1 A: f# B5 U/ u! X    {
! N! ^% A+ ?6 M: w8 E( B; h        case DESC_TYPE_DEVICE:
1 D& R4 f. e8 P! t3 U            return ep0_preparedata(&DevDesc, sizeof(DevDesc));
- M5 Z; i% t3 x# G/ E6 \+ u            break;
        case DESC_TYPE_CONFIG:
            if(sizeof(ConfigDescData)>ep0_std_req->wLength)
5 O' H  |5 M1 g/ T                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, ep0_std_req->wLength);
            else
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, sizeof(ConfigDescData));
' g5 j7 N. u. A; n7 t4 O            break;
        case DESC_TYPE_STRING:
            switch(ep0_std_req->wValue &0xff)
% H! J! W- j) J            {
7 r" O7 M  c4 p+ |; m                case 0 : return ep0_preparedata(&LangIDDesc, sizeof(LangIDDesc));
                case 1 : return ep0_preparedata(&UnicodeVendorDesc, sizeof(UnicodeVendorDesc));
                case 2 : return ep0_preparedata(&UnicodeProdDesc, sizeof(UnicodeProdDesc));
                default: return 0;
1 [7 T, J7 ~7 D! D% v" I  Z4 k            }
            break;
        case REPORT_DESC_TYPE:
            return ep0_preparedata(&HidReportDesc, sizeof(HidReportDesc));
' c; C4 h, t1 f, t        default:
            return 0;
    }
/ X) v2 P4 K+ x+ ]2 o0 n/ E7 N/ u}
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.
void TIM6_DAC_IRQHandler(void)
{
    __IO uint8_t *PA_IDR = (uint8_t *)&(GPIOA->IDR);
/ k$ ]# h6 a# M" `, A3 m1 t
' O  x) Q# {0 M1 j+ `8 \
9 M7 ?9 E  U; ~- }( S9 ^    TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;
6 }8 r6 @0 K2 C9 ^) }7 d% z: F    prev_key_state[scan_row]=key_state[scan_row];
    key_state[scan_row]= *PA_IDR;   // update key states
) T! ?0 ^+ `) W/ U/ L" @    switch(scan_row)
    {
        case 13: // next row PB14
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT;
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER14_0;
2 P. W2 t) S0 p" {                break;
        case  0: // next row PB15
8 }! K  b8 h' w, ]                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
. P) j$ j6 E2 T& Q4 u( G, `                break;
5 U; t2 D' S, m5 w        case  1: // next row PB3
+ M8 L- A' L5 J# S                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER3_0;
, H/ }8 H- y( Z4 ]                break;
% k0 q5 X9 M" R+ Y        case  2: // next row PB4
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER4_0;
3 z7 k, N3 S1 I                break;
- Y- {, B# ?5 C- U0 y3 \        case  3: // next row PB5
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER5_0;
                break;
& H# B* T( _5 ?5 q4 R  t( u. {/ J$ J0 |        case  4: // next row PB6
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER6_0;
. |) T$ Q/ z. a4 Z& M, W( ?  d5 A: |& G                break;
! J9 m, S# b; K8 j5 W9 o; _        case  5: // next row PB7
7 l5 K0 a; `9 h0 r4 i                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER7_0;
                break;
        case  6: // next row PB8
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
) U( e: s- ~- R/ R6 C5 ~                break;
! {# x* @2 R, b) T        case  7: // next row PB9
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
                break;
$ S: @/ b/ N& ~. F- }4 f  A% g        case  8: // next row PA8
- {( Z: ^4 Y2 E7 o' ]. Q                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT;
; E% C, i# O8 k9 D) \. M/ e8 G( |* K+ {                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
$ e% k2 w; O" [, S# f                break;
        case  9: // next row PA9
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
                break;
4 i; c" t. t) |) w" M. y& _        case 10: // next row PA10
3 o+ w4 T8 ?& ~  k                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER10_0;
: |: f1 q3 D: |: [. l5 W9 j                break;
; F3 ]9 S' |7 r1 D        case 11: // next row PA15
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
! N, h2 k) v' r                break;
; B4 f0 Z8 w/ T: S. u7 w        case 12: // next row PC13
) r) O0 B' A( G+ Y8 ^0 E5 }                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT;
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER13_0;
                break;
* `# W% k7 Q9 ~1 A4 r3 I' ?- x  `    }
    if(scan_row<13)
- k- _1 b' ?% I1 O5 M6 n        scan_row++;
& g  W/ Q9 h9 s* P    else
        scan_row=0;
}
. Z: V# Q; \3 h3 T% X
1 _$ Q; p8 {$ j2 S

miaozhuang

: V) A4 }3 ^( C/ o( {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：
1 o/ ^$ O. l: q# ]
3 x$ N0 b6 G/ k: E% P0 k& Q8 Y
! u) g& U; ^( [' q. }. lconst char hid_keymap_qwerty[14][8]={
& K% U$ N! S0 s5 l) n8 }    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_R, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
1 P' B0 n/ w/ W7 }/ F7 D7 J    {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},
    {HK_Comma, HK_C, HK_Quote, HK_H, HK_O, HK_Equal, HK_3, HK_F5},
& }/ O1 U$ ?, k$ J+ B+ `. t    {HK_M, HK_X, HK_Colon, HK_G, HK_I, HK_Minus, HK_2, HK_F4},
    {HK_LShift, HK_NONE, HK_Caps, HK_F, HK_U, HK_0, HK_1, HK_F3},
  L# i/ a" {1 V1 W. O8 y4 G3 s0 @    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_D, HK_Y, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
" Q8 s4 s' T& x    {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},
8 E1 d. P- n5 E/ l% E' W2 o( c( l! U    {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_N, HK_Z, HK_L, HK_RBr, HK_E, HK_6, HK_F8},
% `( g5 }3 o# F* Q* E    {HK_Slash, HK_B, HK_Delete, HK_K, HK_LBr, HK_W, HK_5, HK_F7},
* Y  G2 @6 F- C! D0 [    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
};

2 R& k  g6 s$ Y- G+ H
/ p6 A: n* L* B; g) d( Q) g4 [const char hid_keymap_dvorak[14][8]={
+ `5 b$ Z$ ~  @6 `6 K  _( x    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_P, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
- [- \3 N- k3 b  G  y! b$ `    {HK_F12, HK_BS, HK_Up, HKR_Slash, HKR_Aster, HK_NONE, HKR_Enter, HK_NONE},
* Z/ D# `. r7 j& _; X& \1 D0 l    {HK_V, HK_K, HK_BSlash, HK_H, HK_L, HK_Quote, HK_4, HK_F6},
    {HK_W, HK_J, HK_Minus, HK_D, HK_R, HK_RBr, HK_3, HK_F5},
: J6 L* f  }  {7 S. I7 |$ n( F    {HK_M, HK_Q, HK_S, HK_I, HK_C, HK_LBr, HK_2, HK_F4},
; I6 ^6 W% j1 D) c: b    {HK_LShift, HK_NONE, HK_Caps, HK_U, HK_G, HK_0, HK_1, HK_F3},
; H; ~3 g' @, K& K. M    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_E, HK_F, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
  q# R4 r9 q  s5 b. P. B; n    {HK_NONE, HK_RAlt, HK_LCtrl, HK_O, HK_Y, 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},
% {8 X6 h4 H! H( }/ {    {HK_Space, HK_B, HK_Colon, HK_N, HK_Equal, HK_Period, HK_6, HK_F8},
- \% t* ^4 i, |& E( ?+ u6 m    {HK_Z, HK_X, HK_Delete, HK_T, HK_Slash, HK_Comma, HK_5, HK_F7},
# e8 R. w5 g& p# E    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
};

2 H( |  i$ s* h+ I
: Y, _0 T8 n: n+ j# Q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。
( Q" N. Y! N8 i
+ s3 o2 e/ J" r4 o; ]! G( tHID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：
" `$ {1 F0 a+ Z. b$ x, h- |
void update_key_matrix(char row, char col, char onoff)
! \: _+ m+ Y' ~* g1 q* H{
    static uint16_t hid_report[4]={0,0,0,0};
    static char (*hid_keymap)[8]=hid_keymap_dvorak;


9 M1 f( c$ Y: Y  J% W    unsigned char key=hid_keymap[row][col];
    unsigned char *report =(unsigned char *)hid_report;
/ K: `3 w$ f0 d/ s' ^0 W    char i;
: m" p, \  @+ X
  |3 N* Q5 R) N. C
  _9 n; F0 d) E3 N3 b, I. q    if(key==HK_MODE)
3 o2 W5 s7 [, Z, T. c$ X. [    {
        if(!onoff)
3 W2 `+ A; S' f& s7 u        {
            if(hid_keymap==hid_keymap_dvorak)
            {
% k: m& a% s5 ~2 D2 h                hid_keymap=hid_keymap_qwerty;
, W( ^1 L  h& ]                GPIOB->BSRR = (1<<2);
            }
            else
0 |9 g1 t  h$ }1 s            {
  P0 p! n( X: E" X" F- w                hid_keymap=hid_keymap_dvorak;
- [$ a! Z2 |: {- V8 N% m+ L                GPIOB->BRR = (1<<2);
! c$ v* N! B% p3 W8 x            }
2 l$ b& S1 f3 `, O        }
# C& X" C" `  n9 d; e        return;
    }

1 L% r, ?, {* F$ g" G, G6 l
    if(key>=0x80)   // Alt, Ctrl, Shift
3 L$ ?: z. X' f6 r' F1 |4 y( v( u4 @" w    {
        uint8_t bitset = 1<<(key&7);
        if(onoff)   // non-zero is key up
            report[0] &= (~bitset);
9 l! ~+ y6 I2 n0 b0 }/ R9 w        else
            report[0] |= bitset;
    }
! h) C+ Z5 U) K. P6 n5 V    else
    {
        if(onoff)   // non-zero is key up
        {
            for(i=2;i<8;i++)
* j0 ]$ n9 b7 @; A4 i            {
- @1 S- A  ^. Y% `8 K- A6 M+ t                if(report==key)
                {
/ Y6 G) Y/ @: a                    report=0;
                    break;
+ C7 c- o. A0 ~+ X                }
# N( k# Z. N6 G9 R( u/ P2 U            }
7 T8 K! E3 x( S2 ~* @1 d        }
        else
; d/ K7 C( u2 U1 U5 s' Q# y        {
            for(i=2;i<8;i++)
            {
$ Z* S! c+ i$ r2 Q                if(report==key)
                    break;
                if(report==0)
3 z- e% s) e0 t( p  K; Y                {
5 U2 |3 o+ w9 l' s' j) [) J                    report=key;
1 h; H# J3 I9 U                    break;
                }
7 _( K6 I1 K4 A  h% a            }
        }
    }
. ^7 `* {3 H. m. C/ c  s    for(i=0;i<4;i++)
! o7 D, h! _1 C0 ?; w3 R4 b0 }9 M        USB_PMA[192+i]=hid_report;
9 s% N. {& O0 ]4 y  ]. O    USB_PMA[5]=8;   //COUNT1_TX
    if(ep1_wait==0)
    {
1 g, z9 l# L8 p; I2 |) C2 n        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX0|1;
0 m% j) `7 M0 X4 G: V9 w        ep1_wait=1;
3 b8 u7 L9 f# \6 U( z6 {    }
2 n' |! |) p  i" F* C  ?. `}


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。
3 w% V2 v5 h. q1 \ keyboard.zip (8.7 KB, 下载次数: 6209)

2016-9-21 21:01 上传

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% Z: u' g3 b- F8 t$ z
+ }! Z9 o/ R7 P6 l* J* c/ e, W
" ^( z5 A+ Q- `6 Z4 R; K* @+ t, h

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
* m1 l# X+ y/ h2 F5 Q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！

, _' W  @5 r9 T: K+ A: d* v哈哈  是有点像奥

Mr.Prince

很厉害
7 O- r& i8 ^3 O% B  I

thermoer

这个看着真硬核