【灌水无罪】老机械键盘改造USB，QWERTY/Dvorak一键切换

miaozhuang

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。
' d+ W6 R3 ~! c4 h
7 `5 y1 R. y( D+ ^# H. V. o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。


7 S( o, @' e7 R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。
2 n; ]. y' F) t/ ?4 k
, P5 \( a! c% m! T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：
- l8 ^1 V  x/ Y: n" e9 M& u' @
- R( z, A# l% |6 M$ R* L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.
9 E4 x& E$ @! c/ ?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：

. T7 |) f/ P  kDvorak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。
% r! {$ B% `: {% r2 @. ?
+ \( r" e# Z2 [; n( Z6 i- r7 j# J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。

# o" {/ `5 K* X9 A7 ?; C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。
9 [8 v6 p7 t6 y# h+ }8 X% E4 T' u7 G
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：

" u, @+ v. x1 U+ H8 d: V----------------------------------------------------  分割线 ----------------------------------------------------------
  N. C& z' Z6 x9 x( Y+ u: k; z
6 E& q5 x. a) N, S  \9 ?* ~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。
4 q8 b  e2 S& X! b
特写，80C49
. C! l2 \0 s: B8 a; M' O3 @* x
LED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。
3 Y1 q9 u& k7 M0 t
焊好元件后的板子，准备替换80C49

/ Y" |4 F3 ~7 _# D% q% D8 W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。

0 D) N6 [2 Y6 a6 r8 ?1 B3 j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.

5 V2 P8 C2 u/ G6 m; F7 n( i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。

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。
3 }5 P3 _5 p" m+ C
主键区键帽就位

& u) ^' C; M" ?3 n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。
. q' u& E9 N% O/ \7 c
4 g4 f" ?+ V% W2 D5 q
----------------------------------------------------- 分割线 --------------------------------------------------
( V, W& Q: J/ t4 x+ a
' P3 ], P& E% m8 N3 d
  y7 X+ g9 P$ s" A# n

  g4 t* ?9 Z; [& w0 U$ c/ V
- H, V5 x* O6 P- H) a" W

3 P7 [/ S- S% A- Z6 \! |6 K
8 F# C9 J( Y* \$ g( E7 l
; G# k3 h% `# @1 R: |
& L0 }, q$ l  Z. `2 A
& t) m4 E- K6 _) {

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 N; ]# S' I7 U. C+ f: u
7 s' D8 j( ]; i4 j5 T! r: H
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)
+ V) @& U; X# S0 J9 A
# Q  E6 d3 v: D' A# C+ q- o
, ~8 c( P) e, i: a1 d) G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。
% x# k9 a/ q2 F$ C9 j/ Z4 a
这是我设计的电路图：

% l; Y3 e1 o1 A( ^
PCB Layout:

) n8 V4 F: Y6 U/ q7 ], B6 Z7 Y! C: X
# y: R# o' `7 K1 g5 @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.
6 G! h* B$ R# l6 T' P' J% f

miaozhuang

  g# t( B) H; X# o* m2 A9 J+ B% a
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。
- h/ y& {, _# F. P. C* ~, o
1 M9 p$ p  a' B( Y0 z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：
/ y0 e0 l% H1 k
# L, J, F- Y- w! O6 q& n( ^
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）
- ?9 K+ L, [" d6 Q: R7 f
# H  z9 h& `5 uUSB的中断ISR，bare metal哦
' V& t- i+ a  `; h$ ^; z
6 h9 b  a  S! u3 G) J+ e* ]; h. l2 ]void USB_IRQHandler(void)
{
* K2 r- V, H. {    if(USB->ISTR & USB_ISTR_CTR)
    {
* x% Q1 l% H; d: r9 W* W  c        if((USB->ISTR & 0x0f)==0)   // EP_ID==0
        {
8 w+ U8 q5 t9 w            switch(ep0_state)
6 V8 N) j# |, H3 \: \$ _, E9 n' j& }            {
* b9 ^) g: e8 ~1 V2 X) U8 {                case 0: ep0_state |= 0x80;
                        break;
- {% [# m- C. A/ ^; B, f                case 1: if(USB->EP0R & USB_EP_CTR_TX)
                        {
4 s8 b# u8 }* T$ j8 L2 x( s                            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
                            ep0_state=3;
+ N5 B3 H0 B* W                            return;
0 R* c. l  N/ N. n& k                        }
  \1 j& `+ E" O                        else
                            ep0_state=0;
                        break;
# ]. O9 H- c6 T                case 2: if((USB->EP0R & USB_EP_SETUP)==0)   // OUT packet
8 ]  Z( }& W3 W4 [: ?                            ep0_state |= 0x80;
                        else
$ t( P. ~* i( B9 k' m3 `' A; M                            ep0_state=0;
                        break;
" F6 q  @2 r# Y                case 3: ep0_state=0;
; r: H; d5 M) ^- I  i* v7 M                        break;
                case 4: ep0_state=0;
                        break;
3 H* {/ ~- c0 m& ~                default:ep0_state=0;
                        break;
9 `/ Y) l; T& j! \1 S            }
            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL; // just clear flag
            return;
' J% T7 H/ `7 m/ j; M        }
        else    // EP_ID can be 1
3 O: l3 S0 ]2 C1 r% a        {
/ P: H% N/ g7 s1 f3 E            USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1; // just clear flag
            ep1_wait=0;
8 K1 n) x3 x4 q$ L- y+ f            return;
        }
0 Z: L. b, S/ a+ ]& l" J    }
6 L4 d5 {) T" j  K2 i( e5 o+ L' ]    if(USB->ISTR & USB_ISTR_PMAOVR)
0 P! ~- H8 D) z$ }" n    {
. p  Q. B, ]/ I" r' F        USB->ISTR = ~USB_ISTR_PMAOVR;
    }
' U4 T$ t' R1 ?2 n5 [1 x: D    if(USB->ISTR & USB_ISTR_ERR)
; E7 d& a5 o8 k/ d    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_ERR;  // write 0 to clear
6 P" Y3 B- y+ P5 d) }  Z( q  ~8 r    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_WKUP)
    {
        USB->CNTR &= ~USB_CNTR_FSUSP;   // no suspend
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_WKUP; // write 0 to clear
; z9 O. i) X' Q  M. x+ f; j    }
; S# g/ V2 |# I    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SUSP)
    {
        USB->CNTR |= USB_CNTR_FSUSP;    // force suspend
        USB->CNTR |= USB_CNTR_LPMODE;   // low power
; m8 m2 v, o6 R! I# G- P        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SUSP; // write 0 to clear
4 T4 L0 v- {+ f: g( c) W8 W6 b    }
- T4 s' L5 n' l' z& _    if(USB->ISTR & USB_ISTR_RESET)
! d: l% D/ }/ v$ u+ Z    {
, h$ ]! c3 Y. m        USB->BTABLE = 0;    // buffer table at bottom of PMA
3 \- H( j& y2 M6 V* P% C        USB_PMA[0]=128; //ADDR0_TX
        USB_PMA[1]=0;   //COUNT0_TX
        USB_PMA[2]=256; //ADDR0_RX
3 ~- T7 }/ o( v0 F7 a( ~# e        USB_PMA[3]=0x8000|(3<<10);  //RX buffer 128 bytes
# s$ J. W7 B2 m/ k: T        USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX1;
        ep0_state=0;
- j# N+ [' |! j' d9 f: M1 T% r        USB_PMA[4]=384; //ADDR1_TX
7 a' d3 v& P3 u; z" C6 e, T8 D! V        USB_PMA[5]=0;   //COUNT1_TX
! P. s; J+ w4 Z0 j        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1;    // EP1 type
  [* a3 X7 L7 b        ep1_wait=0;
        USB->DADDR = USB_DADDR_EF;      // enable function
2 n$ b; C; t: L) e6 z8 i        USB->ISTR = ~USB_ISTR_RESET;    // write 0 to clear
, t5 t$ T3 S2 t0 |/ B3 m- K    }
, I6 B" A2 Q& A% I' e- y' S3 t    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SOF)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SOF;  // write 0 to clear
    }
}

4 @% L* x4 a* _3 T+ l( f2 r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。
* \  O2 m! b. A8 G
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。
" K7 X3 x! ]  L6 Z4 F4 j; K
    while(1)
    {
        static char row=0;
7 P( }; d  ?+ m7 Y4 k  w        __WFI();
        if(ep0_state & 0x80)    // request data processing
        {
            if(ep0_state==0x80) // SETUP phase
            {
7 [6 ?, }( P4 U                if(!setup_packet_service())
9 C$ L1 U* w) W# H2 ~                {
+ _$ p$ ]% {/ |5 r( r                    ep0_state=0;
0 X; y* u& ?1 k+ _9 ^, q/ E% a                    // not supported
                }
                // ep0_state should be set to 1 or 2, if processed
" e# D! n9 Z4 d% r            }
            else    // OUT phase
            {
                // process data
                show_LED(*(uint8_t *)(USB_PMA+128));
                ep0_state=4;
. X1 C# {/ r, ^5 ?5 V: `' ?                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
            }
        }
        else
) n  _, U: t8 h6 I7 E- C" ]        {
; T4 x- R) M% ~            if(usb_address && ep0_state==0)
            {
                USB->DADDR = USB_DADDR_EF|usb_address;
3 Y/ m" A- e0 y$ G$ `, Z3 ~                usb_address=0;
            }
        }
        if(row!=scan_row)   // new scan line
        {
            if(key_state[row]!=prev_key_state[row])
. Q2 t5 p; o# C- [* o) }            {
5 X! ~: n, @/ Z  E: V                uint8_t test=0x80;
                uint8_t diff=key_state[row]^prev_key_state[row];
+ G8 t# w) X2 n8 e& v# T8 P                for(i=0;i<8;i++)
                {
                    if(diff & test)
                        update_key_matrix(row,i,key_state[row]&test);
                    test>>=1;
                }
  j: Z1 H' [/ @8 D$ U            }
            row=scan_row;
        }
: c  ]( N* r; e1 g" h" f0 h    }
+ I* L5 T- x7 p2 _
, h0 K% B, g) I
EP0的控制传输，把用到的请求处理一下
char setup_packet_service(void)
- Z' M4 s# {" Y7 x5 q5 h0 ?6 r! K{
    if(ep0_std_req->bmRequestType & 0x20)   // class-specific
    {
        switch(ep0_std_req->bRequest)
: p% v% ?3 f3 w        {
            case REQ_GET_REPORT: break;
            case REQ_GET_IDLE:
                USB_PMA[64]=0xfa;   // return 1 byte
                USB_PMA[1]=1;
, \% {) Y; w& k" t6 L                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
$ h5 C/ B$ l2 W: \, ^4 `& G& u                ep0_state=1;
                return 1;
" o6 d; `0 [; b% v  M8 c- ]                break;
            case REQ_SET_REPORT:
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
6 J! j0 ^! q, V0 \                ep0_state=2;
                return 1;
& B  b1 R# _9 [! J# v1 b/ P$ \7 e                break;
3 N. P) ?8 m( o1 z! {* [            case REQ_SET_IDLE:
                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
5 Q! I$ [( E5 Z9 {' I% p                ep0_state=4;
2 Y1 X2 M+ H' J" U8 p/ V* E% R                return 1;
$ B6 j7 }  K' W0 j7 C- }" o                break;
        }
        return 0;
    }
8 U+ z8 W" u) f2 |( F    else    // standard
0 d/ {! s2 _0 O) ]4 Q, j0 a: [    {
. ^# [' B  r1 x4 O) Q1 e        switch(ep0_std_req->bRequest)
7 m, s7 z6 Z2 S( I/ \+ w: `! e1 T5 p        {
$ Y; k4 k0 e+ \- L; A2 ~9 G            case REQ_GET_DESCRIPTOR:
                return descriptor_service();
% a2 e7 K* Q2 N1 {                break;
% U: b7 e& }! A            case REQ_SET_ADDRESS:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
                    return 0;
9 y' w) X& V: |3 W& _                usb_address=ep0_std_req->wValue;
. |# q5 Y( |0 R8 ^9 E" Q" T8 D                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
2 \: _' k6 G& V% R                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                ep0_state=4;    // No Data phase
$ _3 v& n/ n3 R9 D                return 1;
+ G* H4 k, Q4 j! `            case REQ_SET_CONFIGURATION:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
3 ^* q: I' h! k- v                    return 0;
                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
                ep0_state=4;    // No DATA phase
1 M* |8 W2 I% \9 h' z. ?                return 1;
            default: return 0;
7 N0 |* `. D! Z& h2 m" Y, _        }
    }
# E" L4 q% Y) r: E}
3 v& A, A9 ?; o
9 X/ Q* ?9 O9 W  ?: e# _: M. |

miaozhuang

各种描述符，是USB开发首先要处理的
' k1 P+ g, P- C, F5 o* l5 Fchar descriptor_service(void)
# m2 ^5 d  o) }3 W: Y+ ]{
    switch((ep0_std_req->wValue)>>8)
    {
1 g6 M; T4 p# |7 I* }        case DESC_TYPE_DEVICE:
            return ep0_preparedata(&DevDesc, sizeof(DevDesc));
            break;
        case DESC_TYPE_CONFIG:
            if(sizeof(ConfigDescData)>ep0_std_req->wLength)
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, ep0_std_req->wLength);
- y, L* X; J) d7 _            else
# A% n8 X% f: n; w9 B& n                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, sizeof(ConfigDescData));
% Z/ U1 a1 |2 e& Z' k% O# \, }            break;
        case DESC_TYPE_STRING:
7 N" l$ V  V& H$ e2 X            switch(ep0_std_req->wValue &0xff)
            {
                case 0 : return ep0_preparedata(&LangIDDesc, sizeof(LangIDDesc));
                case 1 : return ep0_preparedata(&UnicodeVendorDesc, sizeof(UnicodeVendorDesc));
/ V  S, ^: h' l4 |' _                case 2 : return ep0_preparedata(&UnicodeProdDesc, sizeof(UnicodeProdDesc));
# L* Q+ Z3 P6 p1 \% h                default: return 0;
& h- L, N& e: L9 \  f: {. R            }
( ]0 w; M: B' x4 l& q            break;
4 F2 ^7 O2 A4 ~) Q4 k        case REPORT_DESC_TYPE:
            return ep0_preparedata(&HidReportDesc, sizeof(HidReportDesc));
/ V8 r+ m4 F! F0 z        default:
            return 0;
    }
/ s; v( M, s% s+ l; r}
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)
7 o6 S3 g5 X: b! r" R3 @5 @{
6 r8 J- z/ M" }# ]5 x    __IO uint8_t *PA_IDR = (uint8_t *)&(GPIOA->IDR);
+ _+ `6 B" R# Z0 c2 z/ h

    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)
    {
        case 13: // next row PB14
4 x9 A. h$ W8 M  M! [. l  P. k3 R# i                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT;
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER14_0;
                break;
) U4 e4 v+ T+ A+ f( ]# x& D        case  0: // next row PB15
& [2 E. M) I& n                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
        case  1: // next row PB3
  b2 }! x6 T* E7 _4 Z                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER3_0;
; I1 L$ Y" i- E/ B( ~                break;
9 d% z3 I! f9 g. y3 m7 {9 X$ |        case  2: // next row PB4
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER4_0;
                break;
        case  3: // next row PB5
" ^  E5 ^/ w8 Q, c                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER5_0;
                break;
        case  4: // next row PB6
8 c. R  N. z1 B                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER6_0;
8 B1 f( p' S- S. ~4 q                break;
        case  5: // next row PB7
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER7_0;
                break;
8 _( a. j4 u) `* m5 \        case  6: // next row PB8
  i9 n! h) `* B' L4 o                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
! \: ~" D+ x  e/ r' u4 w        case  7: // next row PB9
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
                break;
        case  8: // next row PA8
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT;
, {! F+ r6 y, j& {; p4 }                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
        case  9: // next row PA9
' H. Z0 G- K+ F8 a3 Y                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
; G# Y& m& U9 J9 q" a                break;
        case 10: // next row PA10
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER10_0;
                break;
        case 11: // next row PA15
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
, f7 p8 s/ U; U5 f                break;
0 F: M* m( G" [) a- U7 Q1 n3 {        case 12: // next row PC13
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT;
# n7 x/ Q' U6 M+ j* d2 q                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER13_0;
" p2 e- F0 m2 z8 E+ Y0 R! B0 |                break;
    }
% C! [; |5 [& |: G8 m3 ^    if(scan_row<13)
" _& C& M( B% N5 Q8 t        scan_row++;
    else
        scan_row=0;
! {2 h6 f: `$ y3 h( N}

miaozhuang

1 `4 n( ?- `1 H2 v* E% i
. \  L: p( c; [# y+ 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。
( F. w7 V$ R) n- ^1 ~. c
5 @7 D0 V! [8 Y, c' f; e1 O+ b7 G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：


0 ~( C; S0 n5 K. p, }const char hid_keymap_qwerty[14][8]={
% W; C  e; A: J    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_R, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
- ~+ I. @" u# X# @1 c) D2 {, H# |9 f    {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},
    {HK_M, HK_X, HK_Colon, HK_G, HK_I, HK_Minus, HK_2, HK_F4},
5 S* G# a. L6 ^2 l+ ~! i    {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},
# Y) h  k5 Y, O: j* o    {HK_NONE, HK_RAlt, HK_LCtrl, HK_S, HK_T, HK_8, HK_Enter, HK_F1},
4 e0 e* K  |" j0 e9 p( Z! B    {HK_PgUp, HK_Home, HK_Insert, HKR_5, HKR_6, HKR_4, HK_F10, HKR_Dot},
  _8 i0 k2 }3 L* S7 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},
    {HK_Slash, HK_B, HK_Delete, HK_K, HK_LBr, HK_W, HK_5, HK_F7},
* E8 _* u* a0 v# R& L" r4 D: h$ O    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
$ v! v; p) B' Q0 c};
' A, U; A' }$ v6 M* [  b) _+ ^
% P5 Y/ V7 i% f- W$ j
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},
    {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},
$ k1 N0 ?& P  t) f* P3 k    {HK_M, HK_Q, HK_S, HK_I, HK_C, HK_LBr, HK_2, HK_F4},
2 x/ [  q  v! L/ v# g0 j7 z    {HK_LShift, HK_NONE, HK_Caps, HK_U, HK_G, HK_0, HK_1, HK_F3},
( o, l; q) E$ F+ S    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_E, HK_F, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
    {HK_NONE, HK_RAlt, HK_LCtrl, HK_O, HK_Y, HK_8, HK_Enter, HK_F1},
, a. M7 R9 j- f. b0 J8 O4 w    {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},
- I/ Q/ L5 W  X    {HK_PgDn, HK_End, HK_F11, HKR_9, HKR_Minus, HKR_8, HKR_7, HK_NONE},
+ {* _/ Y, t3 x7 x    {HK_Space, HK_B, HK_Colon, HK_N, HK_Equal, HK_Period, HK_6, HK_F8},
5 ]' n5 e" |! \- w& K% Z    {HK_Z, HK_X, HK_Delete, HK_T, HK_Slash, HK_Comma, HK_5, HK_F7},
    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
};
/ K- x5 ]: ]& _
; _% r2 ]  x+ D
2 K& A: X) Y0 K* A7 U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。

HID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：

. R/ |; Z- |+ K& X1 a' a8 ~void update_key_matrix(char row, char col, char onoff)
{
1 f' W+ k1 h1 Y  R' V8 X* P8 j) X    static uint16_t hid_report[4]={0,0,0,0};
8 R5 M0 C; R+ C( U; I: K' f9 {: i    static char (*hid_keymap)[8]=hid_keymap_dvorak;

. ~7 m7 v% O/ o+ A
2 k' M8 \& n, b# w8 }* o# X+ e0 N    unsigned char key=hid_keymap[row][col];
4 K, @; e/ J+ [4 F; V( W+ A    unsigned char *report =(unsigned char *)hid_report;
    char i;
: Y) \% E1 B; E( K3 [! f

. s  V/ W5 Q  W( O! e) \2 v    if(key==HK_MODE)
    {
        if(!onoff)
' m' }4 o( A3 i; B9 e        {
9 D3 y  G% ^, i! b            if(hid_keymap==hid_keymap_dvorak)
            {
                hid_keymap=hid_keymap_qwerty;
! Y4 W, b/ k2 ?% y1 l                GPIOB->BSRR = (1<<2);
" ^( X) w' ^& n' P7 ^, Y6 _# O; ~8 f            }
            else
- |# m6 v6 y, N, g0 k5 `: b9 F            {
+ r- S* K3 k, ?5 ]/ \9 [$ o+ f; y) U                hid_keymap=hid_keymap_dvorak;
' p7 i1 d8 V8 |* L' w- d% `                GPIOB->BRR = (1<<2);
. h0 i. F9 K6 ?5 c3 Z! r            }
, ~# Y. ], k8 M& {( V( z3 Y% a        }
        return;
+ H8 j8 k) U2 H    }

0 ~, A- q) ^5 r2 e% p; s, Z! G% b
    if(key>=0x80)   // Alt, Ctrl, Shift
( m; g) c* U& ^+ W" Y) @( Q2 u& z    {
        uint8_t bitset = 1<<(key&7);
        if(onoff)   // non-zero is key up
/ O# A1 p7 s; }" d  N            report[0] &= (~bitset);
        else
9 O' Y' I* @7 v' F6 k7 t0 v% Q            report[0] |= bitset;
% R& y- v* l* C. v. l, R2 [    }
0 g4 v" h2 U7 W( t    else
    {
        if(onoff)   // non-zero is key up
        {
# l8 b4 U( e: W6 j            for(i=2;i<8;i++)
            {
! S# ?1 D3 N' f; \$ E( l. X0 X                if(report==key)
+ x! j, w2 M" e& ^7 S                {
; Y0 m8 P- V/ {- l4 k                    report=0;
                    break;
                }
            }
        }
# V3 H- h" Y! k) S        else
8 F7 v+ g4 {# y" U: p8 O! U        {
            for(i=2;i<8;i++)
9 E7 W( w( p3 F% y            {
                if(report==key)
                    break;
0 F* b" ?. t. g                if(report==0)
! G. }, N/ {/ r8 N) z0 I9 |                {
1 h8 X7 @9 _3 f/ J3 L+ P. L; m                    report=key;
7 A- \, Y; y# B( t; P) b                    break;
                }
* l0 i- L9 j- y8 f9 A3 G; }            }
* f# H* f7 w1 _2 e- X7 B+ L& ?        }
    }
  t& T. ~- W) K6 r: I( |    for(i=0;i<4;i++)
+ P% }0 ?( k- X4 k4 D- i        USB_PMA[192+i]=hid_report;
    USB_PMA[5]=8;   //COUNT1_TX
    if(ep1_wait==0)
, P- h' W; v% U' }% Z    {
        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX0|1;
( E4 l# s+ A1 f        ep1_wait=1;
    }
}


# A. q7 L$ ?3 `% i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 s' o8 i+ B1 |1 e5 j keyboard.zip (8.7 KB, 下载次数: 6711)

2016-9-21 21:01 上传

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9 W6 x% S/ J: q1 f1 D: A
9 \: b+ x# f! F: |
$ D$ N# a* K; G+ ?- @$ x
. ^3 A" A, [" |" V6 E8 D' z
! N8 \/ x# W8 G, `

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。
# p& u5 {6 z2 K( N# F) l" ~

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
; q3 d/ |7 M2 E8 F# S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！

哈哈  是有点像奥

Mr.Prince

很厉害
! G9 o, m) u1 T

thermoer

这个看着真硬核