【灌水无罪】老机械键盘改造USB，QWERTY/Dvorak一键切换

miaozhuang

% D' a7 d- t  d4 R1 e" ?
http://bbs.eeworld.com.cn/forum. ... digest%26digest%3D1
! M5 F% _2 B4 I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。

! r0 M5 l! o0 ^1 _0 l8 J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。
5 s( D( u# y# V) Y
# @- _$ [5 `. L) I  g6 t9 A7 H# V6 z
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。

0 w0 D, u6 s, j7 t( G# L) R. L! ^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：
6 f" _5 h, A$ C
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.
; C" Z2 L  _5 w$ B) n# H  TDvorak(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：

+ a- e' i0 {$ `# r# ^, G1 W6 fDvorak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。

. [% m, k/ ~" h( d& @9 L5 @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。

+ Y: v( x! P9 ~  C* _: l到2012年下半年，我在淘宝发现了有“机械键盘”这东东，认识了Cherry MX轴。然后到2013年农历年后，我花一百多一点买了一块老旧的国产青轴机械键盘，虽然很陈旧状态也差了，敲了一会儿我就发现：这就是我要的手感啊，一比起来用了多年的薄膜键盘简直太委屈手指了。我后来花了更多的钱买了新的轴(就是机械键盘的开关)来更换修复，使之成为上班工作用。

- c% J* q: M) I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：
3 [* e  I+ u  z" x4 S6 t
----------------------------------------------------  分割线 ----------------------------------------------------------

先是改造的对象，主角: 这已经是拆解出机械键盘中的PCB板+钢板，并且拆掉了全部的键轴之后的样子。这块键盘买来时的成色相当差，很脏，惟有键帽还不错，但原本的轴已进灰，状态差。

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。
( G  ~- T) R; t& I2 E5 H2 O( T
: H0 d5 A0 D' d' r特写，80C49
* Y$ q- }# f% S+ c$ f& {$ a. [) }+ R
LED部分，使用了一片D触发器锁存指示灯状态.
  l( _- H5 I' {3 u! P  _* s
% M3 _( m9 O# Z) y, N5 _+ |暴力破坏，将80C49拆掉

4 N4 O5 e4 ^' z; x, L4 K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。
1 `9 a$ Z/ d' T, I! K
焊好元件后的板子，准备替换80C49

用剪下的电阻腿作连接吧，对好位把引脚都焊上。STM32F0的SWD接口务必要留出来下载程序的。

: T# O% ?/ T( }- \7 |  U. 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.
0 i" ~' G$ L: d6 a% x( y' o
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。

- }  [. ^% ?0 i; ^4 Z我设计的MCU PCB要在键盘PCB和钢板之间。除了SWD的引脚，把UART飞线出来供调试的不时之需。

) P: t$ Y! z8 o; E4 @1 E5 X主键区键帽就位
- q5 f$ ?6 N" G( ~2 B' }1 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。

+ y. T+ E6 J. a; S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。

, x: u& P+ ~& ]- k
----------------------------------------------------- 分割线 --------------------------------------------------
- N  e9 |; h/ @9 N% m2 l
2 L# y) i$ q7 g3 H6 Z* s. o

2 F, l: Y1 U, q6 M




" \' {5 R. d  L, n+ t


' q, N3 G/ z  S$ ~- g3 D' a

miaozhuang

DIY过程直播完了，下面说硬件的设计。
- r0 D0 k. @. X9 E7 u80C49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：

) \, r! _7 z6 m+ ]" `  X
* o& h2 J0 P9 ]& F  e" G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)
) M* I  K7 w9 z

扫描矩阵是8x14的，最多可以支持112个按键，实际上只有101个键，空出了一些。对照上面那个引脚定义，可以把用到的I/O口确定了。除了电源引脚，剩下还有几个引脚使用到：PS/2的CLK和DATA占用2个，状态指示LED的电路占用1个，AT/XT开关使用了一个。我用STM32F072C8，有48个引脚刚好是够的，富余的I/O就飞线引出了。

这是我设计的电路图：


6 ~; a2 k% E8 L* @: q0 CPCB 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.

miaozhuang

8 D, g# p# X# K1 l5 @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。
* O) B" v! K5 T/ z* x% f
" ^% q$ y' L# k$ r3 d5 c% j; n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：

) H2 s$ ^/ w4 q# B4 m7 q' M  J! s
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）
6 w" |: N% J5 e) D
USB的中断ISR，bare metal哦

void USB_IRQHandler(void)
{
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_CTR)
    {
        if((USB->ISTR & 0x0f)==0)   // EP_ID==0
        {
  D' y) K) O$ \7 ~' o* w. r0 N            switch(ep0_state)
5 O8 _5 r. F2 z& F            {
# q9 s  F! ?. ]- W7 m# {) V3 V                case 0: ep0_state |= 0x80;
                        break;
                case 1: if(USB->EP0R & USB_EP_CTR_TX)
1 o* p3 O& [$ p& f- N                        {
9 p+ P0 ~' H$ A; |" X' k  e                            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
8 A6 `  T1 S2 K/ D$ c( q                            ep0_state=3;
! l& v% v! ]' h) i; K4 v                            return;
                        }
5 ~1 J9 P4 n, |                        else
                            ep0_state=0;
4 F" i/ M3 n2 R- f  m* P                        break;
, s! ~+ g8 b8 r2 j' K5 P6 @- o' l                case 2: if((USB->EP0R & USB_EP_SETUP)==0)   // OUT packet
2 \, K$ T9 ^/ ]4 x+ G  s# H& ~% ?                            ep0_state |= 0x80;
4 G" s; [5 e- ^                        else
: B+ h0 {: {, b                            ep0_state=0;
                        break;
; h; k( P! ~* E+ T                case 3: ep0_state=0;
                        break;
                case 4: ep0_state=0;
0 [' z( B7 A. w5 o; [% {                        break;
                default:ep0_state=0;
" @  t; v1 a* z* J                        break;
            }
' f  y3 z5 b/ `8 W/ W2 G/ f7 {0 S5 C            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL; // just clear flag
            return;
% r* C7 _0 @% Y# s        }
        else    // EP_ID can be 1
# J6 N% J1 _7 w; U3 V  ~4 T        {
            USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1; // just clear flag
. r8 g- W% t$ R. D/ m            ep1_wait=0;
            return;
3 z. l' `) h1 a& n* E        }
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_PMAOVR)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_PMAOVR;
! C8 }' i' m5 `6 p* s+ _( ?    }
# _) `8 m7 U# h5 M/ a    if(USB->ISTR & USB_ISTR_ERR)
    {
4 B$ F+ A1 F9 E& E- T9 V- R        USB->ISTR = ~USB_ISTR_ERR;  // write 0 to clear
    }
6 r$ C3 m# ], s! ~8 Y1 T    if(USB->ISTR & USB_ISTR_WKUP)
1 ^2 j* \# L; ~  D" g2 M, u. v    {
% o/ Z( l2 p6 k8 V; t8 b        USB->CNTR &= ~USB_CNTR_FSUSP;   // no suspend
. B) h5 G$ z. l        USB->ISTR = ~USB_ISTR_WKUP; // write 0 to clear
8 v+ j# P8 n  j+ f    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SUSP)
    {
" e5 {. r7 ~5 j8 F' J6 F. Z5 G( _        USB->CNTR |= USB_CNTR_FSUSP;    // force suspend
        USB->CNTR |= USB_CNTR_LPMODE;   // low power
# E: p+ W9 e2 N! u6 s        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SUSP; // write 0 to clear
3 M, ]7 @7 I2 E' ?( W: V2 u    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_RESET)
0 M0 V) T. k5 O& |  V4 `1 E    {
* C; ?9 t& o1 m. u2 r        USB->BTABLE = 0;    // buffer table at bottom of PMA
        USB_PMA[0]=128; //ADDR0_TX
" ^. \$ R# ~$ y        USB_PMA[1]=0;   //COUNT0_TX
        USB_PMA[2]=256; //ADDR0_RX
! U5 R/ M# A0 t! [8 Z7 {        USB_PMA[3]=0x8000|(3<<10);  //RX buffer 128 bytes
        USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX1;
# Z& i8 I6 D* a        ep0_state=0;
( J9 R0 v* P3 ?! h! W        USB_PMA[4]=384; //ADDR1_TX
; p8 d' H6 I, L2 d9 J" w3 h        USB_PMA[5]=0;   //COUNT1_TX
( p1 T. G$ @$ x3 E$ H3 a2 K        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1;    // EP1 type
6 T1 ?6 ?1 ~4 H& T! T        ep1_wait=0;
" ?/ z. L3 d, A' }- P2 D7 J( M        USB->DADDR = USB_DADDR_EF;      // enable function
3 ?: T4 M# N! Q        USB->ISTR = ~USB_ISTR_RESET;    // write 0 to clear
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SOF)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SOF;  // write 0 to clear
" q' H" @$ I$ B    }
}
' U8 t) \2 |3 y' m2 l
5 L" K4 f3 s0 `  J1 T( H2 {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。

4 [# I0 G8 e! C1 t+ G& Q" i+ t9 D( B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)
. u/ @3 }9 c1 S7 f. _    {
2 }8 x- `3 a+ v: V% e        static char row=0;
        __WFI();
        if(ep0_state & 0x80)    // request data processing
! u, d% F1 y  r  L# W' c0 F; Z        {
8 k# i: e. Z: x$ k; u+ o* s            if(ep0_state==0x80) // SETUP phase
            {
2 b0 m3 j  T* O                if(!setup_packet_service())
% i# z, u4 e* I: I5 l                {
                    ep0_state=0;
                    // not supported
% E% b2 _/ W( b- A3 v                }
                // ep0_state should be set to 1 or 2, if processed
  Q# N9 b. n) c- c' c- H! w            }
            else    // OUT phase
, Z; m) Q: {* g! b+ l0 A            {
                // process data
                show_LED(*(uint8_t *)(USB_PMA+128));
: x: d2 E& {' a7 s2 `                ep0_state=4;
                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
; ]( ]" u: l  Y                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
            }
        }
        else
        {
+ e0 a3 ~8 P7 v. X7 x3 q1 y$ F            if(usb_address && ep0_state==0)
            {
; k% e% C  L0 I2 r                USB->DADDR = USB_DADDR_EF|usb_address;
4 n. `$ [8 v  Z, z( W# P! w+ H# p                usb_address=0;
% p, w* [- N7 U( n! i  ?            }
! e# B8 w0 V) w; T+ R0 R% E        }
4 a* n) N, A6 B. n        if(row!=scan_row)   // new scan line
        {
4 {( T+ @( c7 f' G            if(key_state[row]!=prev_key_state[row])
# `7 b  Q. Q4 a. z9 [8 c2 {            {
! g! T8 `  ^* t2 j. j" D/ Y. [                uint8_t test=0x80;
                uint8_t diff=key_state[row]^prev_key_state[row];
                for(i=0;i<8;i++)
                {
                    if(diff & test)
4 a. |# j0 M" h+ R2 c* I                        update_key_matrix(row,i,key_state[row]&test);
6 s1 J) W( y$ B' c" k! ~                    test>>=1;
                }
7 i+ Q/ W- E4 M# m  K0 e            }
            row=scan_row;
        }
- {; O/ g7 V5 n0 M    }


EP0的控制传输，把用到的请求处理一下
char setup_packet_service(void)
3 B- I8 ~/ e! t) u{
$ V3 c$ u: \) N8 N/ s    if(ep0_std_req->bmRequestType & 0x20)   // class-specific
* S1 ^6 H+ y, E    {
        switch(ep0_std_req->bRequest)
8 q7 |; M+ L  ?: E0 V        {
* O, \' o/ X( `( I/ a3 m4 _0 G+ q            case REQ_GET_REPORT: break;
            case REQ_GET_IDLE:
                USB_PMA[64]=0xfa;   // return 1 byte
! A: B7 }' i2 n9 q. l                USB_PMA[1]=1;
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                ep0_state=1;
                return 1;
6 C2 b3 h0 z  U, l% W0 ?                break;
            case REQ_SET_REPORT:
) H! i/ Q- {1 ^' O0 P* H6 t8 U                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
                ep0_state=2;
                return 1;
6 f7 B3 Z' |7 z7 v+ N" K; v                break;
            case REQ_SET_IDLE:
$ G% k4 E' {) r( ~5 n: q                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
. p% T8 F1 _- v                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                ep0_state=4;
' w  ~2 P9 v* d                return 1;
) l6 V. L4 ^9 ]                break;
3 Z7 Q4 b0 O' R2 B8 k0 L        }
! u- \. A, L% o3 p        return 0;
    }
    else    // standard
. w, ]* y  [, ?. V' l1 e- z    {
2 |9 t# [# x( F! P        switch(ep0_std_req->bRequest)
        {
            case REQ_GET_DESCRIPTOR:
7 M5 E- W; ~2 @5 g                return descriptor_service();
                break;
) E9 {, V: Z0 d- _/ ?            case REQ_SET_ADDRESS:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
* D/ @2 U- R. h6 J7 i4 |- T1 z$ T                    return 0;
8 E6 j9 p1 a- `+ O; p5 w                usb_address=ep0_std_req->wValue;
! l; w) b- ~/ e. m                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
1 g, F( {. ]# j. n( y6 ]                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
, N" A) ?# C; r0 ]+ z                ep0_state=4;    // No Data phase
                return 1;
            case REQ_SET_CONFIGURATION:
5 P1 R: Y$ Q  n! B+ d                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
                    return 0;
                USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX1|1;
) i) m8 y$ E3 x1 L  K$ j5 q$ Z                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
7 U; x* a& J$ I                ep0_state=4;    // No DATA phase
& D) q! P& E) q3 H                return 1;
$ {6 n6 C8 g4 a: T8 H' |2 T" g% h- t            default: return 0;
& L7 h$ g( @) k, U4 e* H/ W: e        }
    }
) A! k" t3 e5 ]% N}

# m8 [0 T% b) @/ j

1 F3 i# Q0 y; x1 k; @' L

miaozhuang

各种描述符，是USB开发首先要处理的
! @& b$ e. E2 I9 @char descriptor_service(void)
* G- V# A" j% f" x6 ~2 I{
    switch((ep0_std_req->wValue)>>8)
: M2 z) Y$ c/ d    {
        case DESC_TYPE_DEVICE:
# x& N$ v0 x0 K& b            return ep0_preparedata(&DevDesc, sizeof(DevDesc));
            break;
        case DESC_TYPE_CONFIG:
: a/ E% M! x6 A" \2 P  k            if(sizeof(ConfigDescData)>ep0_std_req->wLength)
% o0 J+ O& a* a; H" E) r0 w                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, ep0_std_req->wLength);
            else
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, sizeof(ConfigDescData));
) a5 \9 g! l  E; t% g2 H3 w            break;
7 `% i! _5 M' x. k( ^        case DESC_TYPE_STRING:
( l" M$ f) e7 }            switch(ep0_std_req->wValue &0xff)
( I3 `4 b, X0 I            {
+ t! u8 r( P% N1 u+ e% a                case 0 : return ep0_preparedata(&LangIDDesc, sizeof(LangIDDesc));
                case 1 : return ep0_preparedata(&UnicodeVendorDesc, sizeof(UnicodeVendorDesc));
$ f+ ?( `  z4 |8 `; w/ w7 h( z! F6 l                case 2 : return ep0_preparedata(&UnicodeProdDesc, sizeof(UnicodeProdDesc));
1 @7 j8 d; g6 H+ t+ E8 H2 j9 a                default: return 0;
; [1 ?: i/ y$ |8 S; @( ?3 T            }
            break;
& m3 Q# q* P5 I9 ]5 h        case REPORT_DESC_TYPE:
, L3 f( _0 i+ m  `& p            return ep0_preparedata(&HidReportDesc, sizeof(HidReportDesc));
        default:
0 o* s& b6 h) c; u            return 0;
    }
) Z, @* j  b1 M6 d9 \}
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.
; T8 S- W- |0 I' _( evoid TIM6_DAC_IRQHandler(void)
  [: G+ K# j6 {3 z, _{
  W. Y% V) U" p    __IO uint8_t *PA_IDR = (uint8_t *)&(GPIOA->IDR);


6 T* P5 b$ j) F. z( R& F  `    TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;
8 q* o! [6 j- e    prev_key_state[scan_row]=key_state[scan_row];
    key_state[scan_row]= *PA_IDR;   // update key states
    switch(scan_row)
& v% ?& a' ]. l8 L# }7 K6 ]: T    {
' q% _- k3 ^3 p' J# w; T5 F$ Q        case 13: // next row PB14
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT;
3 N' E$ G" W9 E2 d& Q) t- }2 p                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER14_0;
+ n  A, z+ Z" f! c) S+ X3 `! C                break;
        case  0: // next row PB15
, ^3 a% @) B( _: m                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
* g1 b/ L, C6 q9 ~* |+ n& G                break;
        case  1: // next row PB3
: x' [7 z" i) P6 y3 s  o                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER3_0;
7 r1 s9 f; p% A. f) \$ J, U; M                break;
        case  2: // next row PB4
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER4_0;
' U" X$ h5 [1 i/ w                break;
        case  3: // next row PB5
" f$ r1 y# G( M0 J( e                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER5_0;
                break;
: B5 ~) G( c5 J6 s* F% I        case  4: // next row PB6
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER6_0;
                break;
" D; G% k2 V+ o& }, @        case  5: // next row PB7
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER7_0;
  n0 |0 J& S% W5 N, h                break;
        case  6: // next row PB8
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
: C/ u* P$ F0 A9 @        case  7: // next row PB9
0 h5 C1 [% D: o8 }' 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;
                break;
        case  9: // next row PA9
& M6 q6 C4 Q  g8 _                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
% v6 z+ x( U" C% C% {                break;
8 E, T0 G: G+ G4 S  v4 _1 z6 x        case 10: // next row PA10
1 D/ `1 z+ `) o* W# e                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER10_0;
# M1 x4 i% u# l& X) J                break;
7 F! W$ J* q/ d1 {1 i        case 11: // next row PA15
! `6 I( n4 F6 r                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
. r" `. D2 A4 l$ l1 z7 E2 b                break;
        case 12: // next row PC13
4 J" w# V  a+ r: ^' s                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT;
) q$ q" T3 l0 c6 q) s9 L# G                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER13_0;
                break;
    }
    if(scan_row<13)
* e# L  B, a6 X1 U8 u        scan_row++;
    else
; S  [6 W/ q: Y2 D2 g        scan_row=0;
}

: v' \! L2 r* q
2 Q" K+ H1 |& Y( h

miaozhuang

( n4 p0 w$ D  s) j+ H/ i9 W7 L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。
8 }+ W% Q( |6 ^+ D& y" i
  D0 m6 p6 L  t: d% X1 B" I; L/ f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：
" J; w; E' o0 }/ I. P8 F2 A4 ^1 G

3 b+ @; z/ h1 V4 F) Y' `+ qconst char hid_keymap_qwerty[14][8]={
5 w5 V  L& ^) `  O1 ]3 A    {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},
    {HK_Period, HK_V, HK_BSlash, HK_J, HK_P, HK_Q, HK_4, HK_F6},
+ h. J- C) b  B) Z0 k  B; Q    {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},
    {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},
    {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},
: p/ L' }* D; r4 @& t+ i3 \    {HK_PgDn, HK_End, HK_F11, HKR_9, HKR_Minus, HKR_8, HKR_7, HK_NONE},
* h4 ?  o8 K+ Q* O    {HK_Space, HK_N, HK_Z, HK_L, HK_RBr, HK_E, HK_6, HK_F8},
% f/ h  O; l: ~! k7 h1 L    {HK_Slash, HK_B, HK_Delete, HK_K, HK_LBr, HK_W, HK_5, HK_F7},
2 _2 S( g) {" z2 ?1 u/ y. r; W    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
9 O: s* `7 r6 f' F; \};

! |: `  m) f; I1 V
1 @8 g: B" a* j2 S6 A5 \& yconst char hid_keymap_dvorak[14][8]={
& b* _# U2 D1 d4 o8 D    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_P, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
" ?, P7 M: e! g    {HK_F12, HK_BS, HK_Up, HKR_Slash, HKR_Aster, HK_NONE, HKR_Enter, HK_NONE},
; d) |& O+ e5 n# Y; i$ u/ l    {HK_V, HK_K, HK_BSlash, HK_H, HK_L, HK_Quote, HK_4, HK_F6},
    {HK_W, HK_J, HK_Minus, HK_D, HK_R, HK_RBr, HK_3, HK_F5},
    {HK_M, HK_Q, HK_S, HK_I, HK_C, HK_LBr, HK_2, HK_F4},
' w+ e4 `1 Z/ T    {HK_LShift, HK_NONE, HK_Caps, HK_U, HK_G, HK_0, HK_1, HK_F3},
$ @. V: D& q! }) {# B3 f+ p    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_E, HK_F, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
, T" K  F! }. g1 w$ P  v" C/ Z2 k    {HK_NONE, HK_RAlt, HK_LCtrl, HK_O, HK_Y, HK_8, HK_Enter, HK_F1},
! d9 d) V5 U5 j) b. K, U    {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},
* o, q5 Q* R3 k1 M* ^; b0 n5 y# V, G    {HK_PgDn, HK_End, HK_F11, HKR_9, HKR_Minus, HKR_8, HKR_7, HK_NONE},
' C" Q6 ?" ^& c6 ?5 O8 W    {HK_Space, HK_B, HK_Colon, HK_N, HK_Equal, HK_Period, HK_6, HK_F8},
; M& X- [- ]' O% _" ^    {HK_Z, HK_X, HK_Delete, HK_T, HK_Slash, HK_Comma, HK_5, HK_F7},
9 L$ s6 V* G# M. i; X8 \& p1 ]    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
- a7 _3 `# j5 ]5 p! x& R1 Y& M( f3 S0 b};


% O0 B% Z% v# I% H' r4 d+ l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。

, F% E% P- V6 B& M$ z  CHID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：
% Y) F+ h& _! R% [9 Q( _
void update_key_matrix(char row, char col, char onoff)
( b! y3 B/ y$ Z' f# l: U8 [{
    static uint16_t hid_report[4]={0,0,0,0};
    static char (*hid_keymap)[8]=hid_keymap_dvorak;


    unsigned char key=hid_keymap[row][col];
    unsigned char *report =(unsigned char *)hid_report;
    char i;
& t( ]; C- y* X# j# q& h3 t7 ~( J
+ b' N+ W# o" X# @+ X7 M* X: q
4 n1 G: N- _+ v1 M    if(key==HK_MODE)
* I1 Y2 w" M/ O+ C8 e    {
        if(!onoff)
        {
            if(hid_keymap==hid_keymap_dvorak)
            {
                hid_keymap=hid_keymap_qwerty;
                GPIOB->BSRR = (1<<2);
            }
2 Z! ]2 |; s$ |. b2 U+ c; m3 R: ^            else
            {
, F" ~6 A- L' w# ~6 a$ i3 v2 Y                hid_keymap=hid_keymap_dvorak;
0 p7 `1 r, M4 G  N& c+ j; y' k3 N                GPIOB->BRR = (1<<2);
            }
  _: H( B( j- U! E' g        }
# l* d/ E. X; Y        return;
; {; ]$ O5 g4 r    }

: ]7 c7 p2 g8 r, [  @7 z( m
    if(key>=0x80)   // Alt, Ctrl, Shift
    {
- e: S/ o  Z1 v        uint8_t bitset = 1<<(key&7);
- _1 J5 I* K. e! q0 _- M/ \7 F        if(onoff)   // non-zero is key up
4 M* l9 b( g1 c' z" a            report[0] &= (~bitset);
        else
1 P. P' e; t* _3 T* U            report[0] |= bitset;
+ d' l: W& U' s    }
    else
    {
        if(onoff)   // non-zero is key up
0 ~1 U, |( w3 ^5 `8 g; v% D0 Y2 |        {
) j* e% f% D, J; u" E            for(i=2;i<8;i++)
            {
                if(report==key)
                {
                    report=0;
                    break;
) i0 O4 l# p3 |$ {8 Z                }
            }
4 E1 ~7 {+ r9 t        }
        else
        {
4 k- _+ `/ G- _3 [) U            for(i=2;i<8;i++)
5 T2 K0 c, Y+ W            {
                if(report==key)
$ _+ z8 z5 M- \7 B6 {                    break;
1 V. c" q; \2 m, ~- L& w' _                if(report==0)
( f4 t( p3 A- V. B  V/ L7 q( b  y                {
                    report=key;
$ h* R& q1 a4 l5 K: w                    break;
4 ^7 @( c1 D- R% y* K5 J                }
- e* Y* f) ^. @3 t* q: |1 f) @0 v! a            }
/ z+ w6 P3 x, t- {6 A6 w        }
    }
& Q/ q0 y, A& p2 d$ b    for(i=0;i<4;i++)
( }- [+ ^& x! P: [. q5 f        USB_PMA[192+i]=hid_report;
    USB_PMA[5]=8;   //COUNT1_TX
    if(ep1_wait==0)
    {
* |# {* Z+ G/ s9 z        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX0|1;
$ l2 r% a& w4 i9 E        ep1_wait=1;
    }
}

$ V* L, w) S& g) N( w. Q  p
& q8 `) V- J9 d: C完整的程序在附件中。我这个程序没有使用任何USB的库函数，完全是从底层操作，这样对USB的工作细节可以了解得比较清楚，当然，也费了很多工夫啦。
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2016-9-21 21:01 上传

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' u4 `% f0 w1 d5 `9 B7 n( l
8 P( V- `! R  J! s
& f* U7 z+ Y* ^, q) B

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。
. W! ?6 v/ c6 L# {; S

网络孤客

刚开始我以为要把打字机改造成电脑键盘
) |; l; V6 c: U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