【灌水无罪】老机械键盘改造USB，QWERTY/Dvorak一键切换

miaozhuang

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. X$ Q8 d: m* A& c+ b; Khttp://bbs.eeworld.com.cn/forum. ... digest%26digest%3D1
5 U9 e- r$ V! u4 A1 q+ H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。
% ^! x- S. \& P+ a3 r+ L+ E
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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# B, B. s0 ]' M; U1 V# r  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。
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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：
9 ~6 ~! h$ G% g5 I. ^
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.
% I# _5 K8 P3 _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：

3 f, p, b3 G+ D9 Q7 JDvorak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。
; d; A; l( x1 f9 Z& Q  Y
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。

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：
/ F7 v7 A$ {3 H$ P' I  l
$ E" Z  \) F  Z& w8 f0 [- {2 l6 _----------------------------------------------------  分割线 ----------------------------------------------------------
" J- O7 \4 t  F9 j) ]7 i
" `6 Q6 U% H7 u: {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。

- O7 A" L) G1 x1 h( o& W& m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。
8 F" f+ z4 N$ @8 U* b% c3 N
特写，80C49
! D$ {% a0 M6 ~* D
- X* \6 B7 ~+ B# `1 n5 t% S3 ALED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

( y1 e/ e! k( ]1 ]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。
- M  G1 z8 g9 y/ Q
焊好元件后的板子，准备替换80C49
2 j! M3 D! b$ j
* j; _5 x4 W# z9 ^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。
, N5 f/ S' Q  {7 K& o
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。
6 J  n# m+ P8 a: ?" e
& F% B: I+ `, F/ C9 F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。

主键区键帽就位
& o, H' R! b% S, s$ A
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。

. x$ [3 a. s) x5 p1 p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。
. Z2 \( B4 R- r5 M4 K) u6 [
. P; Q/ S$ s* Z3 ?( s
7 c/ y0 k7 A" e8 ^( c----------------------------------------------------- 分割线 --------------------------------------------------
! O# i2 M8 q, k. ^






1 }) }6 k  _% [% k2 k
, G' A% A, g' P6 R) w4 M
1 V8 z' u9 L# T. m/ g
2 Z4 q& k0 I7 _0 b
2 O+ P3 l) R  ?" F2 h0 y

miaozhuang

DIY过程直播完了，下面说硬件的设计。
+ C: ^  N4 [: p( j* F. {! i80C49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：

5 n3 M7 a9 E4 ?- s
- e+ w6 T2 ]# B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)
7 s: j, M. [$ H8 W
+ d% T* Y) ]/ [: I
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。
! c1 H8 D5 Y+ n% H* i: ~
4 ~5 t: _: {% v0 `这是我设计的电路图：
# X5 s/ S, {5 Y4 ~* V! m$ m. L
/ X3 c; {8 ]$ Q, Y# b# p; ~& {
! A2 P; [, b$ K" R5 M1 TPCB Layout:

5 h& D# W0 o6 a. t  T
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.
- g$ i- q9 r0 d7 k; _& B) ~  Z0 p% H
6 a% E; B+ S( d& J2 M

miaozhuang

# s" T  u% c  s* Q5 Y3 w! J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：
. P# ]( s5 v1 a; m3 s

" s) C( B8 n3 r+ o/ G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）
) P" c0 e9 s* P; d' X* _5 J, q' X# {
USB的中断ISR，bare metal哦

) U: O' E, e( e9 y: X+ Ovoid USB_IRQHandler(void)
4 _, D) w$ v: a) [4 k7 Z: M{
' b. |3 P$ b9 E$ W3 b7 L9 X    if(USB->ISTR & USB_ISTR_CTR)
9 r/ l# n( n1 m8 I/ c' }4 E, B: P    {
        if((USB->ISTR & 0x0f)==0)   // EP_ID==0
& i! f+ |# ?5 o) j0 s        {
3 ^5 R/ r0 T: R9 S            switch(ep0_state)
            {
+ j5 p" Z' j0 J( f% _                case 0: ep0_state |= 0x80;
                        break;
- q! Q( C+ }4 n8 W. r                case 1: if(USB->EP0R & USB_EP_CTR_TX)
' ]3 t1 c" t- z4 p8 o                        {
% G& }. w3 a6 ]0 s                            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
7 [- P" W$ K3 V4 @& h# K1 Z) x# k' ^                            ep0_state=3;
1 q' i& i' L' J                            return;
                        }
; a3 R) B/ D- Z3 I  ?% a. |1 _                        else
                            ep0_state=0;
                        break;
. F+ t% I+ m( Q, @; _0 Y                case 2: if((USB->EP0R & USB_EP_SETUP)==0)   // OUT packet
5 ]+ F' j9 @: M3 l( s$ q4 P                            ep0_state |= 0x80;
( o& ]0 s* w" ~+ B- \3 r4 b6 ^                        else
                            ep0_state=0;
" _0 B8 V5 w" r/ C8 J! \( ~                        break;
3 U  F: y3 {: T2 ~0 h9 G- I                case 3: ep0_state=0;
0 ~. Z: V' ^. o+ x0 H                        break;
                case 4: ep0_state=0;
+ ^/ f0 b# s! U( J1 j                        break;
2 x% s; Y* Q' A+ l; t" o                default:ep0_state=0;
                        break;
            }
! d, S! V3 O. _) H% M$ t            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL; // just clear flag
            return;
        }
2 ~( {' E$ O8 i$ c  i: [: h        else    // EP_ID can be 1
        {
            USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1; // just clear flag
1 f1 D. E+ t- L2 ^" A3 y! L            ep1_wait=0;
) L+ {" L; S; w# e- y: Q2 D            return;
. b+ S& G4 Y  B+ X8 D        }
    }
/ @% ]8 V. o" t8 ]; H    if(USB->ISTR & USB_ISTR_PMAOVR)
3 o1 A! e9 l5 G7 s" c1 A    {
9 c( N9 k2 I: o7 d+ y* P2 N        USB->ISTR = ~USB_ISTR_PMAOVR;
% R/ d) `% g! Z4 b/ ?: ?: i3 K    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_ERR)
% K, r: s1 ~" w% _9 H    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_ERR;  // write 0 to clear
    }
0 q5 R2 H2 m7 @# v- U    if(USB->ISTR & USB_ISTR_WKUP)
    {
7 V6 R+ I: }) I* f5 c! c        USB->CNTR &= ~USB_CNTR_FSUSP;   // no suspend
6 {6 B7 j# t# B        USB->ISTR = ~USB_ISTR_WKUP; // write 0 to clear
6 x9 u( u* K$ Y1 w3 l    }
: r4 y( f9 W2 s1 u4 N8 p4 S    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SUSP)
: h( r8 j% f' p- T& ^    {
        USB->CNTR |= USB_CNTR_FSUSP;    // force suspend
        USB->CNTR |= USB_CNTR_LPMODE;   // low power
1 n/ B9 d( E/ @        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SUSP; // write 0 to clear
/ l1 ]4 [) X# g) D& p  F    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_RESET)
) z( M. e' R# t/ c2 T* y    {
: k. r1 Q& }% R        USB->BTABLE = 0;    // buffer table at bottom of PMA
        USB_PMA[0]=128; //ADDR0_TX
        USB_PMA[1]=0;   //COUNT0_TX
        USB_PMA[2]=256; //ADDR0_RX
9 j! P& V3 y6 @% G4 h$ p" F; }: O        USB_PMA[3]=0x8000|(3<<10);  //RX buffer 128 bytes
9 y+ k0 d; f- I! K6 _) G        USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX1;
        ep0_state=0;
. g3 @& V: d; y        USB_PMA[4]=384; //ADDR1_TX
, z8 S  E/ R- K        USB_PMA[5]=0;   //COUNT1_TX
        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1;    // EP1 type
5 n' ~3 w8 j5 @* @2 Y- M  m        ep1_wait=0;
        USB->DADDR = USB_DADDR_EF;      // enable function
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_RESET;    // write 0 to clear
3 v( T7 z: I6 E    }
$ u: l8 u5 Y: S0 z    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SOF)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SOF;  // write 0 to clear
( o3 o$ w, z% b& \, H    }
}
4 C/ {# z( A- 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。

3 x: d9 C* N) }4 v, }& `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。
* c9 {# F3 d8 I2 G8 n9 F
    while(1)
    {
        static char row=0;
        __WFI();
        if(ep0_state & 0x80)    // request data processing
        {
0 E8 K9 u2 t2 V; l8 }! {            if(ep0_state==0x80) // SETUP phase
) [, J4 B# L) e) _% x- _6 d            {
9 P+ N; x, B1 N+ {                if(!setup_packet_service())
                {
# F9 g* _) E* N" S                    ep0_state=0;
                    // not supported
                }
                // ep0_state should be set to 1 or 2, if processed
) y& Z/ G5 i% ?( O            }
# T2 y& E" a; S$ S. v            else    // OUT phase
            {
4 H4 o1 A& i1 ]: i! C                // process data
" ?7 N+ R2 Z( @                show_LED(*(uint8_t *)(USB_PMA+128));
                ep0_state=4;
                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
            }
        }
+ A! |# s$ l/ G, D        else
        {
            if(usb_address && ep0_state==0)
            {
3 j; G+ b7 C, |% l0 k  y                USB->DADDR = USB_DADDR_EF|usb_address;
                usb_address=0;
            }
        }
, O( T1 T- O: ?2 n4 U        if(row!=scan_row)   // new scan line
8 b$ F# `0 ?7 ~% K        {
$ u: X/ f+ J/ A) x  `/ ^            if(key_state[row]!=prev_key_state[row])
            {
: f' s% ?* |- E1 S                uint8_t test=0x80;
                uint8_t diff=key_state[row]^prev_key_state[row];
4 z3 Q3 r' q  K! e                for(i=0;i<8;i++)
  A$ e+ p  P# f5 i: n& c' t6 O' U                {
2 W1 j& ~" d4 A, p" i                    if(diff & test)
                        update_key_matrix(row,i,key_state[row]&test);
( ]: @: s  B/ c3 s                    test>>=1;
                }
            }
            row=scan_row;
. F( V3 Y# X  C        }
( C, P+ u# k0 A( X% ?" f) I    }
, J* T) o3 z+ l$ `4 X- P

EP0的控制传输，把用到的请求处理一下
char setup_packet_service(void)
# L, ?5 J+ O: }! v+ P{
    if(ep0_std_req->bmRequestType & 0x20)   // class-specific
3 i1 E# l; ^- e; j( }5 I/ f1 u    {
        switch(ep0_std_req->bRequest)
" O# ~4 x3 s9 v# J; B9 Q4 j        {
            case REQ_GET_REPORT: break;
            case REQ_GET_IDLE:
% h0 Y% \2 F! }- h6 k# O/ |/ L. C+ W8 M                USB_PMA[64]=0xfa;   // return 1 byte
- T; p" l, P- \( N& c. G                USB_PMA[1]=1;
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                ep0_state=1;
                return 1;
                break;
            case REQ_SET_REPORT:
; j1 K* r/ l4 R! z5 K+ T                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
                ep0_state=2;
4 Z, F4 y% ?5 h                return 1;
                break;
            case REQ_SET_IDLE:
8 T4 q. d1 `* h) j# B1 y$ J                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                ep0_state=4;
                return 1;
! |* Q1 H! g% s( z" R" _; b                break;
- A* _, P. f+ I9 M, E        }
5 _6 U& N: g0 o3 J, l        return 0;
5 A, `# R2 Y; m. Q, c" q    }
. i; z7 f! c* {    else    // standard
: w. D% }2 b+ C5 r- I    {
( u* w4 s9 E  O# h' n        switch(ep0_std_req->bRequest)
/ z/ Q1 [% S; b+ d        {
            case REQ_GET_DESCRIPTOR:
                return descriptor_service();
; A3 r) \! j) [  U                break;
            case REQ_SET_ADDRESS:
8 o+ R5 N( \% h2 X9 S+ m                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
# D" k) f" E% B6 Q; A' A                    return 0;
  I/ i. U1 U7 y4 L3 y                usb_address=ep0_std_req->wValue;
) ]3 [: P# j& d  y                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
6 m2 D5 p$ O- d; M7 t. g                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
8 l1 k- r2 u" g- }- O                ep0_state=4;    // No Data phase
. @: J) z, T2 N' u, _6 z) ?                return 1;
: q& n; c) P8 i' B: ^6 @# X: B            case REQ_SET_CONFIGURATION:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
                    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
: v  f& [0 g4 c                ep0_state=4;    // No DATA phase
- J& A" P5 l2 n- R( G! r" J3 N+ F                return 1;
9 O0 e6 C# Z( d6 K4 a2 V            default: return 0;
1 d  ]+ A' s2 J/ V        }
% s# |! m: W0 B/ O/ h    }
! n, \2 Z  ?& \; c}

& m& p6 V% e/ J' `
" y! T5 n/ q  f6 f! D( M
; M7 K! T7 F& n

miaozhuang

各种描述符，是USB开发首先要处理的
char descriptor_service(void)
: I1 F; u$ X0 |' P! l{
    switch((ep0_std_req->wValue)>>8)
    {
        case DESC_TYPE_DEVICE:
. A8 Q# `% w  F# Q; n$ _* g            return ep0_preparedata(&DevDesc, sizeof(DevDesc));
" ?) q, x+ n9 P4 t+ F) F" E) m8 z4 q            break;
        case DESC_TYPE_CONFIG:
$ [+ }2 v3 {: n. _            if(sizeof(ConfigDescData)>ep0_std_req->wLength)
* m  u- f4 `3 Q! U! S                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, ep0_std_req->wLength);
            else
- l2 B/ m4 V6 j( ~" Q9 b  ^4 |  U                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, sizeof(ConfigDescData));
1 H1 |' P  V1 ?. v7 @2 N: K            break;
! @  S: r, v5 h( d8 H  ^$ ~) c- z        case DESC_TYPE_STRING:
4 w: S) K: D% i! j            switch(ep0_std_req->wValue &0xff)
* m7 b) p9 f0 Q# Z            {
                case 0 : return ep0_preparedata(&LangIDDesc, sizeof(LangIDDesc));
4 r7 J8 a# m  B' ~- ~9 s% x- c                case 1 : return ep0_preparedata(&UnicodeVendorDesc, sizeof(UnicodeVendorDesc));
5 W: M: ^0 C! A' |& A                case 2 : return ep0_preparedata(&UnicodeProdDesc, sizeof(UnicodeProdDesc));
                default: return 0;
            }
5 q. m' ]4 X- _) a' @            break;
        case REPORT_DESC_TYPE:
            return ep0_preparedata(&HidReportDesc, sizeof(HidReportDesc));
9 P8 y, ]) V" ~. W0 V' k/ A* G0 J        default:
( N" I* V( A& x* k! \            return 0;
    }
}
. n9 P3 L' O: H5 r* F$ j. 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.
  g. b! l. Y& Y7 G0 H, P3 K6 Jvoid TIM6_DAC_IRQHandler(void)
{
    __IO uint8_t *PA_IDR = (uint8_t *)&(GPIOA->IDR);
: D/ `, f- z( a) N
$ C/ u% B0 ?: }; l+ I$ T/ N
  y. }$ w- \/ q2 E  W* M3 ?  m    TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;
5 n. w) l* M- R% d& q- ]8 n6 G# i    prev_key_state[scan_row]=key_state[scan_row];
. m8 p  e& y7 w1 e% a    key_state[scan_row]= *PA_IDR;   // update key states
& ~+ \1 x$ q+ G# L" g    switch(scan_row)
    {
4 E* e: `( w  }; v% [3 q1 w2 U        case 13: // next row PB14
3 |, a1 u  X9 T$ L& P                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT;
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER14_0;
                break;
% ?- z5 Y9 t7 v        case  0: // next row PB15
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
: w. D" H( |3 N. [4 v3 p' t  n        case  1: // next row PB3
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER3_0;
                break;
        case  2: // next row PB4
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER4_0;
                break;
        case  3: // next row PB5
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER5_0;
! [, {2 U6 `% K, Z6 Q$ J                break;
        case  4: // next row PB6
/ j4 Y  h* R- _9 M! c                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER6_0;
                break;
0 t" j) ^( A0 r% Y9 {( L        case  5: // next row PB7
3 V3 ^' v5 o. P& A9 d) I/ G) B                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER7_0;
                break;
        case  6: // next row PB8
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
! Q" `- h5 w; {6 A        case  7: // next row PB9
/ f+ O; S$ n" B8 L                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
* I9 q# G, `3 v                break;
        case  8: // next row PA8
4 O: c# v* P" m/ H% d, I                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT;
2 k+ |' \8 g9 J' K1 l; |                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
9 n, P' R1 j4 e% R) C* h                break;
        case  9: // next row PA9
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
                break;
5 O/ G+ w. Z4 s6 X. F        case 10: // next row PA10
/ F# C/ W( ]6 j; A2 L                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER10_0;
                break;
9 h6 {# D3 Z7 u# \1 W        case 11: // next row PA15
1 B' P' {3 j$ ^( F) `& c; [                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
8 H( r9 a" g$ m2 I        case 12: // next row PC13
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT;
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER13_0;
                break;
    }
5 H  E) O' ]4 I    if(scan_row<13)
        scan_row++;
, n: }/ j2 E0 U6 q% U    else
! k2 p4 v' `5 P2 d) X- j        scan_row=0;
  V6 M1 r5 l9 o0 R}
4 ~0 `) N8 h+ O+ q* s
9 g% Q' N# t: K' Y
; |3 D" `" O: F/ F$ j0 W

miaozhuang

2 c5 \' B. z/ ]- _1 t: x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。
0 A2 b% G6 w+ `- j7 D% n6 s) e
1 ]4 p2 D( C% x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：


const char hid_keymap_qwerty[14][8]={
$ t: ^2 G% k/ ]: }& {    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_R, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
    {HK_F12, HK_BS, HK_Up, HKR_Slash, HKR_Aster, HK_NONE, HKR_Enter, HK_NONE},
  y3 O" i  z: y4 }4 [    {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},
    {HK_LShift, HK_NONE, HK_Caps, HK_F, HK_U, HK_0, HK_1, HK_F3},
" c0 z0 }( O( S7 }    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_D, HK_Y, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
9 P) J: q5 v, D    {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},
2 L8 s" r- ]( ?& w: ]) L    {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},
5 ^4 s) M/ u: k5 D/ _" C, X    {HK_Space, HK_N, HK_Z, HK_L, HK_RBr, HK_E, HK_6, HK_F8},
" t" i( v1 b7 Y; F    {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}
. X5 ?" y0 @: X0 G# T. }- h};

' ^" Q" i' _7 P4 d% y: U
2 `- ?* p9 d9 C+ K1 p0 }const char hid_keymap_dvorak[14][8]={
    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_P, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
- o/ ]6 F+ C. P! `    {HK_F12, HK_BS, HK_Up, HKR_Slash, HKR_Aster, HK_NONE, HKR_Enter, HK_NONE},
# @! @0 x7 n* m, F5 Q+ ~    {HK_V, HK_K, HK_BSlash, HK_H, HK_L, HK_Quote, HK_4, HK_F6},
& a% V2 Q4 N  N8 P6 \! _# p) }    {HK_W, HK_J, HK_Minus, HK_D, HK_R, HK_RBr, HK_3, HK_F5},
    {HK_M, HK_Q, HK_S, HK_I, HK_C, HK_LBr, HK_2, HK_F4},
    {HK_LShift, HK_NONE, HK_Caps, HK_U, HK_G, HK_0, HK_1, HK_F3},
    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_E, HK_F, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
( K- V  @0 M* P/ z) b9 ~    {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},
8 O2 Q* ~5 L8 [. r9 [1 q/ k  \# @    {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},
) r7 h1 B9 y8 ~# u% `    {HK_Space, HK_B, HK_Colon, HK_N, HK_Equal, HK_Period, HK_6, HK_F8},
; Q2 _7 Y$ K3 K" r5 N    {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}
};


& |, @1 I; g9 Q( ~# l. J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。

4 _+ R% {0 R3 D* R" H- HHID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：

9 W( x/ a7 o- o* evoid update_key_matrix(char row, char col, char onoff)
{
# g: n* o7 y' O    static uint16_t hid_report[4]={0,0,0,0};
6 {  {) x; q1 F: |+ K1 B    static char (*hid_keymap)[8]=hid_keymap_dvorak;

6 o. o5 C0 w1 z7 q" g) K, J6 c
    unsigned char key=hid_keymap[row][col];
8 W9 e: K/ A9 k    unsigned char *report =(unsigned char *)hid_report;
    char i;

; R1 g2 A) c1 [; d2 p1 \
, T* O/ I$ R( W; |6 l, L% `9 U    if(key==HK_MODE)
6 i4 }" c9 F6 X  d    {
( n  e% V, z: L) ~7 L! Z        if(!onoff)
        {
            if(hid_keymap==hid_keymap_dvorak)
$ t0 w# c, d( g) i: \! J            {
                hid_keymap=hid_keymap_qwerty;
                GPIOB->BSRR = (1<<2);
            }
            else
: G8 K! w0 H4 }% S            {
" Y, @# X" y$ G* Q                hid_keymap=hid_keymap_dvorak;
                GPIOB->BRR = (1<<2);
! N- b$ A9 c( U& r! u1 N            }
! B6 M3 X6 X+ k8 y# H" v6 R- y" z, j        }
        return;
1 u4 i& f# M% M6 n% |# e    }
- P' Z2 g* t8 t6 a( `

# R3 F: F) \7 ?% {    if(key>=0x80)   // Alt, Ctrl, Shift
, y$ I. ~4 A/ i/ i$ C# r* H    {
        uint8_t bitset = 1<<(key&7);
        if(onoff)   // non-zero is key up
, w* s. J" k3 S* f; W2 M3 z- i            report[0] &= (~bitset);
* h# k9 Q  T, ?        else
            report[0] |= bitset;
+ W4 M+ q5 L, w- l    }
6 q7 Y5 N$ B: x+ [    else
    {
! U4 j! u, ]* ^  U9 x6 _$ C        if(onoff)   // non-zero is key up
2 [3 m% \6 H/ B( F        {
6 i: E) m! L; Q. R0 ~9 [! r            for(i=2;i<8;i++)
            {
; k5 s! F2 W" l. |  R) [4 G                if(report==key)
% J5 w+ x$ ~  I. [5 d                {
                    report=0;
                    break;
# ?* G$ b" o3 p" i                }
! }, |# P' o8 \( \1 n            }
        }
        else
        {
            for(i=2;i<8;i++)
            {
; D" I3 j  P; a, D                if(report==key)
" `8 A! Y( D5 R( m" B0 e                    break;
5 A5 ^; O0 h* |: Q, R7 [" f                if(report==0)
                {
                    report=key;
                    break;
' I+ t% F( g4 K$ q7 m                }
8 R9 o9 i& `3 n  X$ M8 l2 g1 X, t            }
0 C0 F: @4 K) w9 C  Y- `        }
" ]1 @" P& W9 C* g* u    }
    for(i=0;i<4;i++)
* b) |1 q1 B2 K; R1 t% Q/ B        USB_PMA[192+i]=hid_report;
    USB_PMA[5]=8;   //COUNT1_TX
. c0 s" g" D7 t. E    if(ep1_wait==0)
    {
4 `( j) c% a1 s9 N; W" @8 ]        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX0|1;
" i3 l/ F  ?- K  S7 r+ u        ep1_wait=1;
    }
$ R: t) k7 @" V# p+ I3 N) \}

0 [( b. T5 T" _" L8 x4 w
! V; X8 m9 G% o3 K( 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。
7 f# a& `9 x" I# D0 {$ g$ ], g4 a keyboard.zip (8.7 KB, 下载次数: 6189)

2016-9-21 21:01 上传

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' H8 X: w$ B8 |, x# L, r3 [8 g


' G5 A4 y. @6 l+ b  V% E6 \

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。
2 X) z* n  `9 |. Q4 j# W

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
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