【灌水无罪】老机械键盘改造USB，QWERTY/Dvorak一键切换

miaozhuang

+ U5 |+ ~) F( i. f* I/ ^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。
0 V' r, P6 F, v1 d& ?1 u' M0 d
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。

) o+ Q+ C  X4 T! v
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。

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。
* k. e: i0 W- P* x. M
/ p5 J" }  ]3 U$ c4 {; D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。
2 H; P& ~2 h) S+ d
$ M3 y# Z* ^6 T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。

, v4 N3 V# G! ]- y4 N$ {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：
0 i9 N& ~7 D8 P1 l2 k
----------------------------------------------------  分割线 ----------------------------------------------------------

5 B* e  i6 v* }" {0 s: w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。

( t/ d; G$ g1 u7 C特写，80C49
+ v/ }4 D. b( b( q
$ D# a% N$ H4 W7 G; y( ~2 XLED部分，使用了一片D触发器锁存指示灯状态.

, a( {. N, b2 `暴力破坏，将80C49拆掉
* B$ Z* {  g: w$ S
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

1 a6 n2 m9 A# q2 o- ]0 q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。

. M* `4 m8 b+ i* @- e5 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.

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。

7 y( _) Q) n8 |7 b0 U* ?主键区键帽就位
9 y) T  a9 `' Y7 V" ?. Q
* S, Z* L+ P8 }, z# ^+ W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。

; b" D8 ^7 L" e" E- z1 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。
4 Q, @% `/ T1 l7 L
0 T- r+ ]$ H5 ~, C. Y
- h$ T/ F7 K* ?! }$ C----------------------------------------------------- 分割线 --------------------------------------------------


5 m$ N. O, a! _: G- J/ Z" r
4 J! n1 _8 f; M# K) o8 w( O3 k$ w

  O0 d' X' v  u# J9 B1 p% u


1 M( l! Q8 a- `/ |1 X

0 n' a5 L7 x* b) ]8 ], {

miaozhuang

DIY过程直播完了，下面说硬件的设计。
0 D* r; \7 t# y* j3 G80C49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：

) j  L& j# k1 d: q$ }. f& F
% _; s: I( d- T) q' 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。
" Y& X0 s! v; C
$ O" Y' f# u  U$ j6 M. @这是我设计的电路图：
  c; w  S2 a# E) H

PCB Layout:


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.

: N! M$ B# R1 S

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。

* ^& P2 E! a. c" z0 D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）

( f# ?$ {9 e( GUSB的中断ISR，bare metal哦
+ l0 R+ K5 c' b' K5 |
$ E: b3 H+ A# w  n6 |5 Hvoid USB_IRQHandler(void)
{
- @$ w5 ~, Q8 {3 U! U    if(USB->ISTR & USB_ISTR_CTR)
% L( f) E# P& Q* c* Y* u& T    {
# C- X  }4 f4 R# l& t1 ^        if((USB->ISTR & 0x0f)==0)   // EP_ID==0
        {
) ~5 h3 [/ s% M  }) f+ X8 C            switch(ep0_state)
            {
) D5 p/ e7 u. \$ i' D* O                case 0: ep0_state |= 0x80;
                        break;
                case 1: if(USB->EP0R & USB_EP_CTR_TX)
/ a$ ^6 Y* b- X* B% J9 V6 Y+ x                        {
                            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
2 z) P( ]" J- C$ H" i9 e% A: m                            ep0_state=3;
& C8 c1 O# Z8 N                            return;
                        }
                        else
                            ep0_state=0;
- c% T0 [% O8 W0 V. D- q                        break;
$ s) c! W/ K) F                case 2: if((USB->EP0R & USB_EP_SETUP)==0)   // OUT packet
                            ep0_state |= 0x80;
                        else
: {, ^$ w4 H7 r) O$ }4 e                            ep0_state=0;
                        break;
                case 3: ep0_state=0;
                        break;
: b/ S! x8 O& _% _- D$ L                case 4: ep0_state=0;
1 J1 g0 }$ L/ }: p  h# N                        break;
( H6 T! J# `+ C( h' p                default:ep0_state=0;
                        break;
            }
            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL; // just clear flag
" X$ I  C- b2 v/ W( D( C            return;
% y" I4 v- o: k        }
+ N: A9 \, E: ~+ V/ J3 l8 U        else    // EP_ID can be 1
        {
9 _: a# R/ s# {& C            USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1; // just clear flag
            ep1_wait=0;
9 A8 c" i2 y/ O( z5 y            return;
. k+ @4 e4 S) D& \        }
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_PMAOVR)
+ r, `& M$ v5 v( y! B9 \    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_PMAOVR;
- p" b  n  K& Y+ g4 X( c3 F9 c% r    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_ERR)
) P: ~9 O) N# B7 {- Y4 o    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_ERR;  // write 0 to clear
    }
) b3 x/ d0 m# g: o3 Y% o( k# O' Q    if(USB->ISTR & USB_ISTR_WKUP)
    {
0 j, d, g- p" @7 o: ?9 R  S0 g        USB->CNTR &= ~USB_CNTR_FSUSP;   // no suspend
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_WKUP; // write 0 to clear
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SUSP)
    {
2 L& B- A& Q/ H        USB->CNTR |= USB_CNTR_FSUSP;    // force suspend
        USB->CNTR |= USB_CNTR_LPMODE;   // low power
' S2 J" z" i& s, F6 {5 h- G3 ?        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SUSP; // write 0 to clear
    }
, {1 h/ X5 v1 t6 }$ q    if(USB->ISTR & USB_ISTR_RESET)
    {
        USB->BTABLE = 0;    // buffer table at bottom of PMA
* x; W9 K  v( m9 f2 }' T        USB_PMA[0]=128; //ADDR0_TX
        USB_PMA[1]=0;   //COUNT0_TX
        USB_PMA[2]=256; //ADDR0_RX
# r% i4 |0 r6 o2 C9 Z) [/ ]        USB_PMA[3]=0x8000|(3<<10);  //RX buffer 128 bytes
; c1 k' ?" J/ r. u0 ]        USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX1;
3 b( V: I. |0 k" O& A        ep0_state=0;
2 Q$ D2 ~5 X- J, a# T; S$ A& w& l        USB_PMA[4]=384; //ADDR1_TX
        USB_PMA[5]=0;   //COUNT1_TX
9 `. o& k% h% t) ~/ h$ Q4 V        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1;    // EP1 type
        ep1_wait=0;
/ E1 G; H) i5 N. W# }- }4 t7 x5 B: T        USB->DADDR = USB_DADDR_EF;      // enable function
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_RESET;    // write 0 to clear
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SOF)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SOF;  // write 0 to clear
    }
}
+ [8 P5 _7 S  O$ W- k9 b/ n
  e1 y- b$ r5 M$ z4 v* _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。

$ n" C( O+ S, u5 O4 N3 j( R6 M4 f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)
    {
        static char row=0;
: h) a1 e2 d5 B. z8 i1 Y/ k% \        __WFI();
# a7 A0 g/ R% s3 s0 `1 j  |! T* `        if(ep0_state & 0x80)    // request data processing
        {
" k" j1 }. p" K. ?+ M            if(ep0_state==0x80) // SETUP phase
            {
                if(!setup_packet_service())
1 l2 m6 I& q6 f0 x3 N8 B3 O! {                {
                    ep0_state=0;
                    // not supported
                }
                // ep0_state should be set to 1 or 2, if processed
, A. `# x+ b& L$ `# s" F. J            }
1 B! \, l5 C7 D! V# Z$ c, i- t. L            else    // OUT phase
            {
                // process data
! d: `. |/ c! t" f; ]  l                show_LED(*(uint8_t *)(USB_PMA+128));
                ep0_state=4;
9 Z% Z* Q: w# E# d& h" Q                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
# E% K  ?1 I6 T( o# j+ s                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
9 u2 g4 ]2 _$ O- }$ c/ `! i            }
        }
        else
) F& e2 F" O% o7 z        {
            if(usb_address && ep0_state==0)
" }: w* f5 v' u/ z; t            {
                USB->DADDR = USB_DADDR_EF|usb_address;
                usb_address=0;
  N7 w. V6 d7 A" t3 P, ~( i            }
+ H5 B4 V; S7 x( I! G        }
0 _) i) R) `3 T' ^7 R9 ]        if(row!=scan_row)   // new scan line
        {
            if(key_state[row]!=prev_key_state[row])
6 X$ w4 V  t& l2 f& c& f            {
                uint8_t test=0x80;
+ k' a# J* y2 _) I3 g' X$ q                uint8_t diff=key_state[row]^prev_key_state[row];
                for(i=0;i<8;i++)
                {
8 y* X& U" z: r# Y                    if(diff & test)
6 Y3 v" P7 n; F- Q2 \                        update_key_matrix(row,i,key_state[row]&test);
                    test>>=1;
6 |, V$ N9 A3 B5 K1 K' Z: b                }
5 i5 _1 v" e9 E0 F            }
            row=scan_row;
        }
1 N3 t5 K( T) h$ c    }
$ k0 ?8 L2 D  C

+ q8 c5 w! A/ s' Q. ^EP0的控制传输，把用到的请求处理一下
9 x6 b: p4 k/ K  O, O  G6 ]* `char setup_packet_service(void)
2 q% a7 [6 W! l- w1 u* @$ I{
4 K; F! U1 O/ p3 g  H    if(ep0_std_req->bmRequestType & 0x20)   // class-specific
    {
        switch(ep0_std_req->bRequest)
        {
            case REQ_GET_REPORT: break;
. I; ?1 I/ ^, `8 o' l            case REQ_GET_IDLE:
9 b# s; f( E" i( F6 ^& a                USB_PMA[64]=0xfa;   // return 1 byte
+ p- ]9 f  X9 H: S                USB_PMA[1]=1;
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
* [) J' J- j$ i" V                ep0_state=1;
                return 1;
9 H0 s% G( S) X                break;
            case REQ_SET_REPORT:
( ~  D% a+ P( G/ N- c                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
                ep0_state=2;
                return 1;
                break;
            case REQ_SET_IDLE:
2 {; v" B* V( u' H  M3 ?* ^$ W                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
+ u! b2 F; {( N5 r, i7 [8 D$ C                ep0_state=4;
/ Y- A+ w4 `/ g  z7 o* X7 X                return 1;
4 r" A! \! N) S( [! g                break;
; E9 C$ U2 O; t$ H. k( q/ |8 u        }
        return 0;
9 b# ?$ p! L( ^  [" \- @1 q+ f    }
    else    // standard
    {
( }$ O3 n; @. E        switch(ep0_std_req->bRequest)
1 s- o" v% Q# ~$ G        {
            case REQ_GET_DESCRIPTOR:
9 J5 y4 @1 I. k3 ]                return descriptor_service();
( H  J; L' P- y                break;
            case REQ_SET_ADDRESS:
9 V2 k! j/ T* E                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
                    return 0;
                usb_address=ep0_std_req->wValue;
* D8 }6 j3 y. u0 }5 x/ \2 f7 C$ h                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
- N8 m9 V" [6 M1 R( o                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                ep0_state=4;    // No Data phase
                return 1;
7 u0 a/ Z! @8 i; r" l* Z            case REQ_SET_CONFIGURATION:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
                    return 0;
1 r9 Y4 X+ |5 K  _; O9 [                USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX1|1;
$ U+ k/ U5 ~  y8 i                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
8 N3 s+ t9 G! t. j" S                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
5 a! O- c8 p  z4 l5 \8 t( f! Y3 v                ep0_state=4;    // No DATA phase
* k$ @! i+ K9 a! z) p                return 1;
            default: return 0;
        }
, I' b3 Y5 ]7 i, s    }
3 B4 ~4 J4 H3 p. l! G: q}

$ H+ P# |, k, C8 `9 ?9 b8 K  A# k

% i- x, T5 d7 D3 \4 `9 U, ?

miaozhuang

各种描述符，是USB开发首先要处理的
char descriptor_service(void)
% X& }! O: Z, h1 @{
& }4 R: }1 ]9 Z! }9 X    switch((ep0_std_req->wValue)>>8)
& T8 F0 n, }: Z: A% l1 ~' Z+ G% B& U    {
        case DESC_TYPE_DEVICE:
            return ep0_preparedata(&DevDesc, sizeof(DevDesc));
            break;
        case DESC_TYPE_CONFIG:
+ |, q2 {# K: N# ~; ]3 i& j# \; H            if(sizeof(ConfigDescData)>ep0_std_req->wLength)
. v" L' [  }0 L% N4 ^  h                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, ep0_std_req->wLength);
8 W* L( M* e1 U/ G  b7 o! |8 v            else
7 W6 _; w: b; a                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, sizeof(ConfigDescData));
            break;
        case DESC_TYPE_STRING:
, p, o+ A$ Z6 U  B" Y, ^            switch(ep0_std_req->wValue &0xff)
. d3 S6 B+ H0 g) w5 i2 ~; J* A. ]            {
' d$ X9 A: P# j0 d4 m                case 0 : return ep0_preparedata(&LangIDDesc, sizeof(LangIDDesc));
                case 1 : return ep0_preparedata(&UnicodeVendorDesc, sizeof(UnicodeVendorDesc));
4 p. l9 [4 q+ u' K                case 2 : return ep0_preparedata(&UnicodeProdDesc, sizeof(UnicodeProdDesc));
                default: return 0;
% a+ q6 J; n( k7 B, H4 m: \            }
            break;
6 y/ Q  \* x, `6 _. @# _! \        case REPORT_DESC_TYPE:
            return ep0_preparedata(&HidReportDesc, sizeof(HidReportDesc));
- k5 Y/ q' j; [) V8 Y" n        default:
            return 0;
+ e6 d; N' r" _' T- V. J& H    }
}
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);
! o1 w; ~' {- @2 |
; g& n: E2 {% ~9 {3 N
    TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;
    prev_key_state[scan_row]=key_state[scan_row];
" W1 \7 ]) Z$ ~- m# F* l/ l7 u0 P    key_state[scan_row]= *PA_IDR;   // update key states
    switch(scan_row)
    {
( L$ w  o5 c$ s2 c3 I9 q: |8 Z        case 13: // next row PB14
, U" m) q8 M5 u+ d6 G- o                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT;
" [, n4 y7 ?* V: O* J! d. Q2 V                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER14_0;
  x  s& M' V* u9 T5 z$ t                break;
        case  0: // next row PB15
3 z7 V) g0 {# |9 W& `4 J3 z                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
        case  1: // next row PB3
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER3_0;
                break;
" Z" \. S' F3 f/ p) r+ ?        case  2: // next row PB4
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER4_0;
+ l9 X6 s. o! n  l' q  x; s                break;
- E; f4 d* s2 B" c        case  3: // next row PB5
' B2 K) ~# y% y2 Q                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER5_0;
8 p& E  |3 E3 F1 [0 @                break;
! A# M7 @# }6 K6 B        case  4: // next row PB6
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER6_0;
                break;
        case  5: // next row PB7
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER7_0;
                break;
        case  6: // next row PB8
5 x! [! |) i1 P+ ?                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
! G3 }" T/ I/ X2 _# K+ p        case  7: // next row PB9
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
                break;
- S# V: m: u" B  u. P        case  8: // next row PA8
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT;
' o' ?, W. e" o: k7 I! `& P) g: X                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
( ~# c7 ]4 r" Y6 ^+ L8 j( {1 [1 l7 K                break;
+ V+ U/ R* `/ _8 j4 a' Y7 t. ^        case  9: // next row PA9
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
                break;
        case 10: // next row PA10
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER10_0;
& e6 j) F5 d% _* [                break;
; k: m" C/ x; X        case 11: // next row PA15
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
        case 12: // next row PC13
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT;
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER13_0;
8 P  G( J5 a6 [# ]! T+ F                break;
    }
) D6 E3 q  \. b' k+ B    if(scan_row<13)
; `/ m5 T" l3 K- {        scan_row++;
7 ]) I. O; f! d# c4 G    else
$ `% G8 ]! b/ k2 q        scan_row=0;
}
2 _: J5 {! P# v) t9 Z  k
4 z6 M0 M% L+ Y5 i
, f' `5 i& {8 J5 _0 K0 N

miaozhuang

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：
! A- S% _7 M; a) X# y5 \
3 @: y$ g, K" }/ x! d. S( `
const char hid_keymap_qwerty[14][8]={
; S9 b* b/ h  w/ a4 I& [! t    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_R, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
+ Y; [: J, q5 w3 H3 s/ @; A    {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},
3 f; q# o8 z7 x* o. a    {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},
% I0 ~( k* [" F9 N: `+ Z    {HK_LShift, HK_NONE, HK_Caps, HK_F, HK_U, HK_0, HK_1, HK_F3},
5 W7 ?* R8 _3 u2 s; D! B& W    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_D, HK_Y, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
  f2 z& e; `, u7 r* F7 T    {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},
; g  S: A( G: B$ `    {HK_PgDn, HK_End, HK_F11, HKR_9, HKR_Minus, HKR_8, HKR_7, HK_NONE},
- g7 J0 U* k+ c4 ?    {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},
    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
( H3 V/ {) M" D! o};


: `+ p. f5 P/ J) R% Yconst char hid_keymap_dvorak[14][8]={
    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_P, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
0 @) \7 d; k9 Q4 y$ d9 }    {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},
* v) L+ c" W0 O( i1 B    {HK_W, HK_J, HK_Minus, HK_D, HK_R, HK_RBr, HK_3, HK_F5},
) J  ?5 a. E6 m5 W' Q    {HK_M, HK_Q, HK_S, HK_I, HK_C, HK_LBr, HK_2, HK_F4},
! l$ `. G8 w5 c! W0 a& ~    {HK_LShift, HK_NONE, HK_Caps, HK_U, HK_G, HK_0, HK_1, HK_F3},
" [# ]/ [" L6 e" l+ x    {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},
( L" J* v% v; u( c  T/ `8 K8 D7 w5 Y    {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},
* T) {' `; E( w) Y2 c* t    {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},
" ?( i$ j! t  c    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
};
' B" l; k) V$ f* \
; |3 _: G: j' }3 G8 z
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。

: z! O, c" z. y# p5 ?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：
! X! Z+ n0 w' G
void update_key_matrix(char row, char col, char onoff)
& Z. I2 T' g  x" w# w{
    static uint16_t hid_report[4]={0,0,0,0};
0 f5 v; S; a+ T9 y3 g- f    static char (*hid_keymap)[8]=hid_keymap_dvorak;

/ I( b# o' c# I5 |& J
& y9 W& ^. N2 P# g8 d( F$ _) I    unsigned char key=hid_keymap[row][col];
    unsigned char *report =(unsigned char *)hid_report;
    char i;

5 e- U6 I% J; r& h0 I* ?
7 ]. E: W+ N9 {! z- d: C6 Y    if(key==HK_MODE)
    {
3 w/ `' e7 R( V        if(!onoff)
        {
: r- q& X+ A5 r: e% n            if(hid_keymap==hid_keymap_dvorak)
. y8 m" d( G9 g4 t            {
                hid_keymap=hid_keymap_qwerty;
$ _2 I9 l& v9 h0 a# M1 R: ?                GPIOB->BSRR = (1<<2);
            }
            else
            {
" H% @( N7 [- d' c                hid_keymap=hid_keymap_dvorak;
# p; a* p0 V! V! B2 e% u& F                GPIOB->BRR = (1<<2);
            }
! _: G# ~7 p9 \- w& {; {) v: |0 N        }
2 ]% }3 T% g& V9 U$ W( a        return;
& ?2 N! L4 F1 y2 [- H' S# f    }
8 {  N! F; o: C

" C# F! p  n$ U# A- j; R# m    if(key>=0x80)   // Alt, Ctrl, Shift
2 C2 }: C0 }! O3 f" j5 h    {
        uint8_t bitset = 1<<(key&7);
        if(onoff)   // non-zero is key up
* D) t' B% D6 r' u; c: i* w% y- G  C            report[0] &= (~bitset);
        else
            report[0] |= bitset;
  F0 \/ q9 N% H1 w' X4 C7 n    }
5 H1 v6 D- `: H" L$ b( P9 s8 L    else
5 u, k( |1 f. {1 ^/ [    {
        if(onoff)   // non-zero is key up
) }) N4 l, E1 F3 z  c! X        {
            for(i=2;i<8;i++)
            {
  p1 ~6 S7 B8 r. v# S& J% S                if(report==key)
# D9 M- V; k2 h1 t                {
+ V- x+ i% [! O4 Q2 Y                    report=0;
9 Q/ K3 z* H$ y" |                    break;
                }
            }
        }
        else
  \) v) t1 J% i1 m        {
$ U+ D0 p+ j$ K7 a            for(i=2;i<8;i++)
            {
- \/ t1 S8 s) Y5 y0 h( u, G$ \                if(report==key)
/ o3 K# j8 ~3 H- e5 R: {1 W; {4 j* z                    break;
                if(report==0)
4 D( M6 g6 X- d8 R                {
3 t) o  i! m& [9 F/ q# F$ `6 n) F( m                    report=key;
3 Q0 r6 [: i0 x+ ]6 \8 k2 a/ Q                    break;
                }
9 u6 L, N3 u" ?1 `            }
. D& y( [+ G$ @        }
    }
    for(i=0;i<4;i++)
% ~4 f$ A8 t% l8 ]8 ]        USB_PMA[192+i]=hid_report;
+ F! D. g1 K. @7 \9 u    USB_PMA[5]=8;   //COUNT1_TX
" k5 M  ]( w& z# J6 B    if(ep1_wait==0)
    {
: c. Y3 F' i/ o9 [( ]        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX0|1;
        ep1_wait=1;
8 ~' {. q0 D' o) E0 Q2 L    }
. ~* ]& c; c" J}
5 l8 p/ x! ~8 c0 q
4 d$ t' Z2 d# @8 c) u. E- \
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。
( j; }- w  V6 p2 u; n2 j& r keyboard.zip (8.7 KB, 下载次数: 6188)

2016-9-21 21:01 上传

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( }8 e0 X/ `5 w" J; F+ o

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。
; S+ P3 K7 ^: s0 }( V

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
' R4 ^8 H; q0 Y不过楼主也很厉害！

哈哈  是有点像奥

Mr.Prince

很厉害

thermoer

这个看着真硬核