【灌水无罪】老机械键盘改造USB，QWERTY/Dvorak一键切换

miaozhuang

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$ M1 D: {! N$ m* {/ N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。

' _7 K! T' c* J3 @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。
" \  ?2 _& R7 C1 p
1 {4 e% R! R; P$ D
  o, Z0 R/ [& }# K! t2 s0 i! \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。

  z+ O& a9 K9 |1 v7 n0 C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：

Dvorak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。

( |* S- A1 F; A" N5 i. b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。

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。
3 d- u+ a4 g) V/ E2 e- ?# ^
1 g1 L( ~) C! x# E; c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：
7 n* R2 R" H8 q3 F+ `4 \, t
+ q$ L0 ~$ Z, @5 `, o----------------------------------------------------  分割线 ----------------------------------------------------------
' i: a% i/ R8 r
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。
5 {* t6 Z" u( n3 k
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。
6 ^1 \- h. R$ U5 q. s# x
特写，80C49

' a) \9 X# i6 u6 LLED部分，使用了一片D触发器锁存指示灯状态.
' V$ b: E+ G( a  @
( {& U7 `% a6 [6 I暴力破坏，将80C49拆掉

! f) j: C& F8 j" i- e* |# v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
/ G! \' l# ^7 r; X) d9 `- b2 [
1 f9 G: J/ m! x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。

% g2 e  M9 E/ U7 E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.
9 s  p# K1 F3 j8 Y, G) K
+ R: ^- H6 @% O; S. P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。

2 w+ Y, Y5 C0 C- [/ H) h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。
' w+ `" u$ N- v! B) Q* z3 {
主键区键帽就位
" ^, y( L# K( {+ @
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。

) ?$ n  u3 N1 X# d( I
/ S; U1 Q% _% G' {3 S; K( O----------------------------------------------------- 分割线 --------------------------------------------------

" l; j" k9 @$ `% F7 h# T
% |6 D' u, Z$ R  A1 ~& L


  V, w+ O% ]) d% v+ [. q
% Y( }0 W* l& E: e9 b! O

3 H( n* C3 j8 ?7 [! q; X, _9 F  E

# V# c% ~& Y! q9 u/ Q

miaozhuang

DIY过程直播完了，下面说硬件的设计。
/ F3 ^9 M6 A; ?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：
) f( O1 C  f( G+ y
5 A* T4 }  F% M. s
) A4 @4 C& Y8 C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% x" }1 j6 `. D/ S
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。
# n9 x& L+ ^0 o1 l/ H
5 s+ x5 h5 \7 E  }1 w: s这是我设计的电路图：
8 q0 O. G: _& n! \8 [$ M
) Y8 }+ t! z2 n2 _: c2 W
PCB Layout:
: p% |2 |1 o, z, r3 o4 J5 a! U
; U  u5 e8 ?3 z6 z2 `& O: R9 Z
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.
0 R* }/ j9 ^1 N- d
6 s$ C1 `: X2 [1 u3 Z
& N1 j' p- E5 ^

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：
5 @- G0 F- O4 C: n1 P) B% r

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）
8 }' d9 {# C& g0 T& `* _! ^. H
8 F1 V3 D# f  RUSB的中断ISR，bare metal哦

void USB_IRQHandler(void)
{
8 `) T$ N/ x/ v3 _    if(USB->ISTR & USB_ISTR_CTR)
    {
& Z4 p7 F. F8 C        if((USB->ISTR & 0x0f)==0)   // EP_ID==0
        {
  d( _2 I7 c  D8 U            switch(ep0_state)
: }! U& R0 p8 C" L            {
                case 0: ep0_state |= 0x80;
9 `1 m3 a3 X( F; U- y                        break;
                case 1: if(USB->EP0R & USB_EP_CTR_TX)
, D" W8 k8 V9 p6 U+ ^: S                        {
                            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
                            ep0_state=3;
                            return;
                        }
                        else
                            ep0_state=0;
                        break;
. L+ M+ V0 |" r( C, ?/ ~  {                case 2: if((USB->EP0R & USB_EP_SETUP)==0)   // OUT packet
7 H# e& i6 [* r) Y/ s                            ep0_state |= 0x80;
. E1 C$ Y% y# \, z                        else
+ x4 `  q3 Q* H* f/ _1 M                            ep0_state=0;
                        break;
! y; D& D2 J7 r                case 3: ep0_state=0;
9 m* K& G8 j' f7 h# ^                        break;
' K' z, k8 P1 Q" D7 a                case 4: ep0_state=0;
& ^4 |# O, Q  D+ l                        break;
. ]" |' |1 i6 D$ h) \                default:ep0_state=0;
                        break;
            }
1 M% q; M( ~7 G5 ^8 V            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL; // just clear flag
$ \) u8 b! F% }/ ^! ]: `- K            return;
        }
        else    // EP_ID can be 1
        {
8 k! T% H& }! O$ }' j9 N$ ]- `8 |            USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1; // just clear flag
' c$ b0 B# ]$ t/ [0 W            ep1_wait=0;
3 `/ b7 c3 ~; E, d! ?" H; {" a            return;
        }
    }
$ {& Q3 L: `" q- H0 b1 X2 i    if(USB->ISTR & USB_ISTR_PMAOVR)
$ R. c: y" C% v; L, G6 f2 f8 e0 Y    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_PMAOVR;
5 v/ K- F3 J+ Q' q: u  ]9 n    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_ERR)
    {
* K/ [& x" }6 e0 P        USB->ISTR = ~USB_ISTR_ERR;  // write 0 to clear
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_WKUP)
    {
        USB->CNTR &= ~USB_CNTR_FSUSP;   // no suspend
3 c+ e' C0 S, L$ I        USB->ISTR = ~USB_ISTR_WKUP; // write 0 to clear
+ Q: Q1 U7 d0 \- n, O; Z1 \    }
0 ]8 y2 a. Y1 m' b& {: Y    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SUSP)
# C# n5 y# N. o* A/ D, u5 n    {
8 a# ?+ _, k, ]6 L4 q6 x% C* |" n        USB->CNTR |= USB_CNTR_FSUSP;    // force suspend
        USB->CNTR |= USB_CNTR_LPMODE;   // low power
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SUSP; // write 0 to clear
  i9 {( Z3 h. Q# ?    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_RESET)
: {4 l/ @3 M. `1 W$ Y' A6 N    {
2 T4 }1 k. b* s% L        USB->BTABLE = 0;    // buffer table at bottom of PMA
! D& E, l9 a( g' c        USB_PMA[0]=128; //ADDR0_TX
4 e  y/ ]# D# v( \: L        USB_PMA[1]=0;   //COUNT0_TX
        USB_PMA[2]=256; //ADDR0_RX
* O" E9 P1 B5 k+ ?+ o5 M2 D  P2 T        USB_PMA[3]=0x8000|(3<<10);  //RX buffer 128 bytes
        USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX1;
& b' s5 t  w+ W4 G* n        ep0_state=0;
! |# v  G" L9 c        USB_PMA[4]=384; //ADDR1_TX
( X: V' r2 d' O        USB_PMA[5]=0;   //COUNT1_TX
5 L% G! e1 A' n+ A8 N  v/ c4 i        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1;    // EP1 type
4 n/ X& f6 F: Z8 r+ L! O) g$ Z3 ~        ep1_wait=0;
        USB->DADDR = USB_DADDR_EF;      // enable function
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_RESET;    // write 0 to clear
    }
) f4 w! \% i2 H% o; A2 ]. ^3 E# z1 I    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SOF)
+ \' a6 J: b6 P8 X/ U8 B0 z    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SOF;  // write 0 to clear
3 }5 X' f' f) A3 p9 Y% X    }
}
  r* ^# u3 i% r% c9 y
! Z3 d5 Y9 c. n& g! o' F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。

0 q3 b. s6 B: I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。

    while(1)
* [4 J, M3 X' D  K1 B3 r4 b9 a+ ^    {
3 j$ v8 y- _9 a        static char row=0;
        __WFI();
9 b* k7 Q. s& r: X. W, A( y        if(ep0_state & 0x80)    // request data processing
        {
- m# L/ M$ ?* n6 s            if(ep0_state==0x80) // SETUP phase
. N8 a9 A, w# |* K7 c2 P$ p            {
- ?2 b( f  F& B3 N1 _                if(!setup_packet_service())
% f4 s( c. o8 C( ?) B5 X3 L                {
                    ep0_state=0;
# c1 j: i$ D) t5 ?! ]! _: w& o                    // not supported
                }
. T- C, k% {) V3 |! p1 H                // ep0_state should be set to 1 or 2, if processed
            }
5 a: }0 s4 W; P            else    // OUT phase
            {
                // process data
9 k6 g- \/ W( ^; d4 s# `! B                show_LED(*(uint8_t *)(USB_PMA+128));
; j* t. G6 j; i$ t  x                ep0_state=4;
                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
            }
; T2 G& L% r" {        }
2 f+ C$ E, e7 f- s' W! D0 {, N        else
        {
            if(usb_address && ep0_state==0)
            {
                USB->DADDR = USB_DADDR_EF|usb_address;
                usb_address=0;
            }
        }
0 T( Z+ m' l+ w' A* T! A% z1 n        if(row!=scan_row)   // new scan line
+ I  p# H; G/ D; k: e, B* J7 T        {
            if(key_state[row]!=prev_key_state[row])
2 y" ~* f. x" }' Z$ u            {
/ W  V& Z7 P9 B  [1 I) H                uint8_t test=0x80;
                uint8_t diff=key_state[row]^prev_key_state[row];
' B( ]0 K8 z" A1 J7 W                for(i=0;i<8;i++)
1 a7 W0 F- Y2 R  d% S3 o- e% J                {
" J; `* B7 e. O' |) y! C" h                    if(diff & test)
3 J2 S/ [- m! {( k) o                        update_key_matrix(row,i,key_state[row]&test);
$ r/ o1 S1 H' x0 t4 y; E                    test>>=1;
/ s1 H, K# F+ Y# C" K' y                }
            }
2 O4 i& V2 ]9 [4 Y! A" h& d( {% g            row=scan_row;
6 P; Z: I5 K! A; h# I- h- I7 m  E$ ^        }
1 i4 R- k5 B5 Y3 }8 h    }
4 P* S% }% u9 Y, B# D/ f
2 z3 G# N! D4 P% i/ y* a, w9 j$ `
EP0的控制传输，把用到的请求处理一下
char setup_packet_service(void)
{
    if(ep0_std_req->bmRequestType & 0x20)   // class-specific
1 e9 {$ T3 R* }: a, Q    {
# t2 a6 X9 h, E        switch(ep0_std_req->bRequest)
2 i9 p, Z2 d  a        {
            case REQ_GET_REPORT: break;
! V( V- _  w2 V5 U1 h5 t0 m0 {% w            case REQ_GET_IDLE:
                USB_PMA[64]=0xfa;   // return 1 byte
                USB_PMA[1]=1;
. S/ H* N$ T: `4 w) x" d                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
8 f8 u# e2 N" C# k                ep0_state=1;
                return 1;
3 Z+ M4 K. K6 |4 E" k5 C' Z                break;
            case REQ_SET_REPORT:
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
                ep0_state=2;
                return 1;
9 f1 [5 `' q6 ?4 h$ w! N% b5 x                break;
            case REQ_SET_IDLE:
                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
3 S0 U, ?: Y) T$ C                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
5 d% C% f" x' Z! o% o  v# l  B' a                ep0_state=4;
                return 1;
5 s  P4 w$ Y* h! l3 B1 [8 M- v                break;
' ?1 i6 `: m7 I  a        }
        return 0;
    }
    else    // standard
    {
8 ]4 l5 A+ L6 C$ f5 }# n& a* n" _        switch(ep0_std_req->bRequest)
        {
            case REQ_GET_DESCRIPTOR:
                return descriptor_service();
" L+ k+ [1 P5 g                break;
            case REQ_SET_ADDRESS:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
                    return 0;
! t5 P- F4 i, Z. p6 x                usb_address=ep0_std_req->wValue;
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
9 w6 U1 Z1 n) V0 P9 ], z/ S4 K                ep0_state=4;    // No Data phase
, E% P2 R! a# J, p. P8 W                return 1;
! b) I" j3 j2 m- d% t4 }7 C            case REQ_SET_CONFIGURATION:
1 P3 n- D  U5 L% q                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
7 r; o6 L/ i3 Q) {                    return 0;
( t$ l4 e' F- W. t: X/ ]! u( s                USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX1|1;
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
7 X, T7 M8 U- V* q2 B                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
- m: v8 ]$ R4 E* M. \& z9 }                ep0_state=4;    // No DATA phase
                return 1;
1 _5 C+ Q  q& ~( j            default: return 0;
        }
, z7 p9 t, o0 u+ o& J) Y6 x$ o" R7 b    }
}
4 N& |& y) {& H! e1 Q5 T
! o2 ~2 |' F5 {$ j8 d

miaozhuang

各种描述符，是USB开发首先要处理的
char descriptor_service(void)
0 S. e: j; _% _/ A$ o& K7 h# F$ G{
    switch((ep0_std_req->wValue)>>8)
    {
        case DESC_TYPE_DEVICE:
7 U$ A8 d+ l1 ~# ]            return ep0_preparedata(&DevDesc, sizeof(DevDesc));
            break;
. b/ q2 R6 F- Y5 }7 _. m+ y        case DESC_TYPE_CONFIG:
% L8 y1 }" X# k" L% V            if(sizeof(ConfigDescData)>ep0_std_req->wLength)
, Z0 e8 K  F9 u# R                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, ep0_std_req->wLength);
0 Q9 s# x) c2 Q* r            else
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, sizeof(ConfigDescData));
, g+ |2 x: T8 i, m7 o* s4 U) b            break;
        case DESC_TYPE_STRING:
/ ]! |# r) k' w6 H# {; Y            switch(ep0_std_req->wValue &0xff)
            {
, g, p0 C" d8 [                case 0 : return ep0_preparedata(&LangIDDesc, sizeof(LangIDDesc));
  Q1 G5 |% e+ t                case 1 : return ep0_preparedata(&UnicodeVendorDesc, sizeof(UnicodeVendorDesc));
                case 2 : return ep0_preparedata(&UnicodeProdDesc, sizeof(UnicodeProdDesc));
+ }% C& |* A( K8 L2 ~                default: return 0;
; s9 \# A4 w- O3 G            }
& @: L0 \  B$ s+ k4 J            break;
        case REPORT_DESC_TYPE:
            return ep0_preparedata(&HidReportDesc, sizeof(HidReportDesc));
: W5 }) T. v+ }6 v! I) _. D        default:
* D3 b, a# X% d            return 0;
1 j6 L" P' v9 q% |  w/ S( ]) C    }
8 k# ]" h" @0 X! o: Q6 p}
5 c2 j0 W  C% ?7 O8 q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)
! _( I% k& K, D7 R) }{
    __IO uint8_t *PA_IDR = (uint8_t *)&(GPIOA->IDR);
" f, y/ C7 |; p( z! b5 E

8 W' [" f3 J0 S' M) }: c. K! }9 V5 m" V    TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;
    prev_key_state[scan_row]=key_state[scan_row];
1 M+ q; s/ }5 [0 r* V    key_state[scan_row]= *PA_IDR;   // update key states
4 E7 S- S8 [* f3 _    switch(scan_row)
' s" \0 B& j5 x+ l9 R    {
0 c- t3 I3 N2 a  m$ @        case 13: // next row PB14
. B, J) {* |2 B+ P                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT;
. r2 g- H1 I5 Y8 c+ p( F8 R" @                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER14_0;
# H" l1 O, y  P8 p! u' }4 S                break;
        case  0: // next row PB15
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
  T# p# C9 I" ^9 ]9 K        case  1: // next row PB3
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER3_0;
3 q2 [6 J1 y( y! l: T. {; p4 U                break;
        case  2: // next row PB4
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER4_0;
- O) w# _1 p' [+ I. x+ _                break;
& m# h. A0 j5 F" P* D        case  3: // next row PB5
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER5_0;
                break;
        case  4: // next row PB6
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER6_0;
7 t0 n6 }1 V* ]  L- z9 {                break;
        case  5: // next row PB7
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER7_0;
                break;
6 K6 B8 g9 t1 b* b( }        case  6: // next row PB8
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
/ h' p3 V5 o5 j# c/ n. s# g        case  7: // next row PB9
( \& |% y  B, T                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
                break;
        case  8: // next row PA8
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT;
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
3 k' u1 F* f3 y- Y1 Q% G, K                break;
        case  9: // next row PA9
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
0 l4 J, ^# S. [' _% R  a                break;
        case 10: // next row PA10
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER10_0;
* t( _/ l- c) y5 ]' b- `9 D                break;
% f( P# C( Z* {5 Z4 `        case 11: // next row PA15
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
: o! u" M" l3 p. N6 Q; W0 A( y        case 12: // next row PC13
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT;
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER13_0;
: t" B8 K% T: I                break;
( Z& l6 k) s8 f9 j3 w    }
& O$ M% z- @. x" `    if(scan_row<13)
' \4 h. J; E( f- T. {' p9 v        scan_row++;
    else
/ I/ g$ L$ g1 n. m8 a        scan_row=0;
4 e, X: ?5 ?) s( n, c% c}


5 r) S4 h" Y$ l% e) `/ H

miaozhuang

! t" K. q' L8 J$ k5 e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：

5 U- [) t9 U$ F+ b
( Y$ n4 X5 H( Q, S' y3 k: iconst char hid_keymap_qwerty[14][8]={
/ C5 A8 f( ^; Q3 k$ U5 l    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_R, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
9 ^4 E5 C: b# V  b0 O8 B3 `    {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},
2 o+ P: \0 H" }' P2 _    {HK_LShift, HK_NONE, HK_Caps, HK_F, HK_U, HK_0, HK_1, HK_F3},
) ?& I# G/ y2 ^# Q$ C' |; N9 h    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_D, HK_Y, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
    {HK_NONE, HK_RAlt, HK_LCtrl, HK_S, HK_T, HK_8, HK_Enter, HK_F1},
9 J* m5 V" d) F    {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},
9 U, R* C* T3 Q6 @1 D7 v    {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},
) D8 C, B' B. y- ^. k    {HK_Slash, HK_B, HK_Delete, HK_K, HK_LBr, HK_W, HK_5, HK_F7},
; L: c. [. v( Q8 L. ^    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
, s4 R* ~7 Y$ D' _5 y};
# m' u/ }3 s( v. r+ H

const char hid_keymap_dvorak[14][8]={
5 K! [# m9 F9 f; w3 Y$ `    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_P, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
' V' [# J  ?. ^9 q/ K* A    {HK_F12, HK_BS, HK_Up, HKR_Slash, HKR_Aster, HK_NONE, HKR_Enter, HK_NONE},
# X* P+ h& x, F' U9 b    {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},
, l8 X  g8 \0 t7 _; e/ t7 g" |/ y% l0 c: ^    {HK_M, HK_Q, HK_S, HK_I, HK_C, HK_LBr, HK_2, HK_F4},
# n" G2 D6 A% t7 j2 t" V    {HK_LShift, HK_NONE, HK_Caps, HK_U, HK_G, HK_0, HK_1, HK_F3},
. c( c# f) r! o% k    {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},
    {HK_PgUp, HK_Home, HK_Insert, HKR_5, HKR_6, HKR_4, HK_F10, HKR_Dot},
( o) m& V! t1 i& t4 A4 X* Z: U2 l$ D    {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},
% \& Q  ]9 `# W, e% a  z, S0 A1 X    {HK_Space, HK_B, HK_Colon, HK_N, HK_Equal, HK_Period, HK_6, HK_F8},
! f0 H# ?( m+ ?5 F. p0 F3 I    {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}
# m- C/ i5 N$ S' x};
: U2 Q/ `4 ]( B

9 x. d9 j' {1 X8 X4 i) ~* I8 _- y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：

1 b/ ^2 _5 _; Z6 w$ H8 q& M& t& avoid update_key_matrix(char row, char col, char onoff)
8 K0 S! v* J% R/ ]1 {{
& C2 ~! V9 R7 U  }    static uint16_t hid_report[4]={0,0,0,0};
: @- x0 g1 o8 ^# E7 B2 A+ W    static char (*hid_keymap)[8]=hid_keymap_dvorak;


    unsigned char key=hid_keymap[row][col];
! {( B5 O1 M6 i/ S! j8 k    unsigned char *report =(unsigned char *)hid_report;
5 ]' s+ U# D7 @7 @3 G    char i;
9 q7 j: l8 l, O1 J2 k

. R- f& M$ K2 _" R    if(key==HK_MODE)
8 O# X2 c0 y' V' z3 i    {
! X+ G3 ]& @$ `9 r        if(!onoff)
        {
$ L* s( E* u1 Z* ?$ @            if(hid_keymap==hid_keymap_dvorak)
8 C( s! r+ }5 R* j, {2 c            {
                hid_keymap=hid_keymap_qwerty;
  @: f. u7 B1 ^                GPIOB->BSRR = (1<<2);
            }
            else
* Q) z3 s: a' c9 s. D3 q* k            {
                hid_keymap=hid_keymap_dvorak;
# q0 i+ H" s9 I* a2 h, Z/ A                GPIOB->BRR = (1<<2);
% A2 x- Z9 }0 X& V) [# a            }
        }
        return;
5 k, s, s$ x9 R! m0 a5 q    }

5 a) w: ]1 @" a, P" G9 ]9 t) }
    if(key>=0x80)   // Alt, Ctrl, Shift
    {
        uint8_t bitset = 1<<(key&7);
  S$ e1 T* H& r, `6 [        if(onoff)   // non-zero is key up
            report[0] &= (~bitset);
        else
9 G& c  r9 p' t8 A            report[0] |= bitset;
/ x) B8 `( ?( w8 H    }
* i1 o1 T  c2 x( J2 D/ r    else
    {
/ O, s1 m* ]" ~; L! a+ B# w# y        if(onoff)   // non-zero is key up
" b- b& L4 l/ x        {
            for(i=2;i<8;i++)
            {
( U# o! d* S. L" K1 R( G# J$ S                if(report==key)
* l: k' X' m* \8 `- w; l                {
                    report=0;
                    break;
                }
            }
% \% ~  ^! V# {$ a$ @- Y2 O9 c7 g        }
        else
        {
            for(i=2;i<8;i++)
9 B. T9 y- Q% z7 F# ^            {
                if(report==key)
                    break;
8 n; L  S' Q% I6 X7 L' O9 W. F                if(report==0)
                {
                    report=key;
                    break;
7 Z! s; C- f+ d                }
5 N/ E$ b8 Z; o7 X            }
        }
. a5 z1 T1 |! w0 ^    }
5 ^% h& {6 A* @" }& \    for(i=0;i<4;i++)
7 d& m& {2 A7 F. T, |        USB_PMA[192+i]=hid_report;
    USB_PMA[5]=8;   //COUNT1_TX
    if(ep1_wait==0)
    {
! _5 L- o+ Q% E) e' _% l        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX0|1;
        ep1_wait=1;
    }
}
1 J3 [. h" v1 C0 {; g  f  C; x
9 Y& l5 N& S$ G* V7 _4 ^
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。
7 f$ i3 }8 Z! }5 v2 n keyboard.zip (8.7 KB, 下载次数: 6450)

2016-9-21 21:01 上传

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# v% J: y' p$ R+ @& S0 l
8 d# u* K. ]7 X2 S0 W5 [6 }0 h8 K4 O8 t


  _- |. f9 v: ~1 \; y( 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。
+ x6 ^# l3 @. g7 j8 S2 {

网络孤客

刚开始我以为要把打字机改造成电脑键盘
  z0 |' C  j4 q( |6 y8 k不过楼主也很厉害！

miaozhuang

网络孤客 发表于 2016-9-22 13:48
7 D& e% d8 F: \) m6 W刚开始我以为要把打字机改造成电脑键盘
+ @2 }+ z2 N) K4 i1 {% F7 N/ i' s不过楼主也很厉害！

0 l' f+ V6 F" G* s# y哈哈  是有点像奥

Mr.Prince

很厉害

thermoer

这个看着真硬核