【灌水无罪】老机械键盘改造USB，QWERTY/Dvorak一键切换

miaozhuang

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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。

, |2 s$ K- y9 q4 o0 i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。
' ^. {" t3 M* q' p7 F

! r* ~$ u% q0 @$ l" B# _7 d! d上面这个照片(来自wikipedia)，是"Sholes and Glidden Type-Writer."，第一个获得成功的商用打字机(1873)。请注意它的键盘字母键排列。
2 D5 ^$ B5 l" T- i3 x
$ C! C" l4 D/ i' k( M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：

! _: R7 e2 F2 c2 zDvorak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。

8 |. ?/ R) C% N( O) ?$ [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。

% i& b' w$ U" b" r9 s到2012年下半年，我在淘宝发现了有“机械键盘”这东东，认识了Cherry MX轴。然后到2013年农历年后，我花一百多一点买了一块老旧的国产青轴机械键盘，虽然很陈旧状态也差了，敲了一会儿我就发现：这就是我要的手感啊，一比起来用了多年的薄膜键盘简直太委屈手指了。我后来花了更多的钱买了新的轴(就是机械键盘的开关)来更换修复，使之成为上班工作用。
9 r8 G) {- E0 v, w% y9 y" w* r
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：
9 s! E/ o: ~- [0 C
: q2 }" V1 F% c. |5 H" ]----------------------------------------------------  分割线 ----------------------------------------------------------
% q" U6 _9 o" ~! ?
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。
, J- f0 X( }% g  Q. H1 n( S6 P
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。

; c1 @7 Y7 c+ g3 l$ [) R/ g特写，80C49
' v- s& c# Z6 `2 z0 m9 x
* S1 Y* X: e) B: z6 N- V1 }LED部分，使用了一片D触发器锁存指示灯状态.

1 d: v  h/ m( f. @" Z暴力破坏，将80C49拆掉
7 f& }. z* v$ p
: p; y4 A) F7 z% M* m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。
; O  y- t- a: m. z
2 [0 I  _; Q+ c' [9 l  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。
( j- D/ _* S% X6 W% u. w
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.

$ D% n& h8 `& z% F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。
$ [' ]' D- ^( G/ V
, P; D8 k, b9 v8 s( d6 Z, 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。

- _) K0 ~! z' R主键区键帽就位

( j0 d  f' B) \, @4 q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。

0 h8 d1 J  ]7 X- d% t5 d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。
) Z+ u7 @; D4 t8 V/ N+ [, ?! }6 Y

# v9 j- J$ h; V& ]( J8 r----------------------------------------------------- 分割线 --------------------------------------------------
- g1 a5 a' x$ K


6 E: Z2 b: {( v7 v4 t. J





( V$ \7 C, ^) P5 ?
( s) y# i% M, N; p( ^  R
  c( l$ A: V5 A5 E

miaozhuang

DIY过程直播完了，下面说硬件的设计。
80C49是块MCU，貌似也就在PS/2键盘上面用。搜到其datasheet对引脚的定义：

  W  c+ M3 ~: x2 y
9 d( f* P3 r# M8 H其实最关心的还是键盘矩阵怎么接的，这个我就靠人肉了，在的PCB背面寻着每条扫描行或列线找，记录在草稿纸上。最终整理出来的结果是这样的：(最上边和最右边铅笔写的数字是引脚编号)
0 b5 @  @1 ]& o2 ^6 ?; G

  c4 S+ Y$ K) m. }7 S5 L' w7 A扫描矩阵是8x14的，最多可以支持112个按键，实际上只有101个键，空出了一些。对照上面那个引脚定义，可以把用到的I/O口确定了。除了电源引脚，剩下还有几个引脚使用到：PS/2的CLK和DATA占用2个，状态指示LED的电路占用1个，AT/XT开关使用了一个。我用STM32F072C8，有48个引脚刚好是够的，富余的I/O就飞线引出了。

- X" \) F/ D9 B6 J6 ?; K; q这是我设计的电路图：


/ j- W: B7 H& C+ LPCB Layout:
0 z# A0 l! g2 r' s5 w" e

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.

3 k/ R7 C% F' c/ W5 P$ g

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。

9 G9 }8 i$ I3 Q% G- q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：
* }0 d5 A7 ^) ?9 r, d3 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）
. W. ^. Z( `. {6 g; x  F6 A
USB的中断ISR，bare metal哦
) n6 `9 m) Q3 x7 `4 k8 _  X
9 j5 v1 V( z6 M# }+ O7 ^) yvoid USB_IRQHandler(void)
{
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_CTR)
    {
' O& n6 D1 {% i4 [; R4 z- @' y        if((USB->ISTR & 0x0f)==0)   // EP_ID==0
6 T" f! Y" }% z+ ]; y        {
' Q5 a3 F1 q& x1 z* i  @) Q3 x            switch(ep0_state)
4 E3 H" c, T4 R5 B1 D7 m            {
% n5 j% z! a) H8 h4 k1 K                case 0: ep0_state |= 0x80;
                        break;
) N3 s: n* L/ A- b. H, H                case 1: if(USB->EP0R & USB_EP_CTR_TX)
' X9 p* a/ Z- q( f" t4 z                        {
                            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
# h% w/ m9 l- l                            ep0_state=3;
1 Z2 U) ?4 R( G                            return;
7 a4 p- l- {- c5 x7 h+ o, ]                        }
                        else
3 P9 @/ D, \! @; [                            ep0_state=0;
                        break;
                case 2: if((USB->EP0R & USB_EP_SETUP)==0)   // OUT packet
6 W* j7 I- A. k& c                            ep0_state |= 0x80;
                        else
                            ep0_state=0;
, y2 Y1 A* |& b1 \) d" D0 d                        break;
" {, p! C& C% @" }8 L                case 3: ep0_state=0;
                        break;
                case 4: ep0_state=0;
                        break;
" D- u, x6 O( I: l! d                default:ep0_state=0;
' _- f6 y& I! t                        break;
5 q) ?# X  B7 ]7 _8 E: |            }
0 v7 T) E8 D& L" d0 Y& g) n% }  |            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL; // just clear flag
4 b% @2 A* e7 J2 p0 k3 N+ J            return;
        }
+ s" I. F; c  d. s8 g) H        else    // EP_ID can be 1
: G/ i1 p9 q" F' c9 D9 t        {
$ `7 E4 m4 s1 u            USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1; // just clear flag
            ep1_wait=0;
- O: [. {: |  O4 {- }" r            return;
& m$ s% l, B  o3 D; W. S/ D        }
! |; I4 H1 |. T; ^1 Y, m8 m    }
, m- b: I+ M  P6 ~: ~; p    if(USB->ISTR & USB_ISTR_PMAOVR)
: z* i4 M6 {! u+ C/ b+ q    {
9 Y6 V4 [3 R3 d) b; Y; A! v        USB->ISTR = ~USB_ISTR_PMAOVR;
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_ERR)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_ERR;  // write 0 to clear
    }
, D* ]3 W7 F6 ~4 Q- j8 \, z    if(USB->ISTR & USB_ISTR_WKUP)
' _% O# u7 }1 z3 l    {
" A2 t3 w7 @6 k# `* b        USB->CNTR &= ~USB_CNTR_FSUSP;   // no suspend
! W; c/ e0 {) q: W' e/ V        USB->ISTR = ~USB_ISTR_WKUP; // write 0 to clear
& Z/ G# Z6 O/ P    }
- O6 p6 A* }: U2 F- k* v4 R    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SUSP)
    {
) a1 p6 h& o2 Y7 z        USB->CNTR |= USB_CNTR_FSUSP;    // force suspend
) ]4 y. P0 J4 v        USB->CNTR |= USB_CNTR_LPMODE;   // low power
! ^8 w  B. l, B& d7 b        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SUSP; // write 0 to clear
    }
8 W9 Q/ k6 u4 x0 b% ~: B7 z    if(USB->ISTR & USB_ISTR_RESET)
    {
( I4 b2 p- s  D9 H+ x1 J2 z4 p        USB->BTABLE = 0;    // buffer table at bottom of PMA
* E# n1 d8 x+ S4 T0 e        USB_PMA[0]=128; //ADDR0_TX
        USB_PMA[1]=0;   //COUNT0_TX
        USB_PMA[2]=256; //ADDR0_RX
" }$ o5 C# @( T/ V5 m        USB_PMA[3]=0x8000|(3<<10);  //RX buffer 128 bytes
" h* H8 ?! ~( y, M6 z" t  _- A        USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX1;
        ep0_state=0;
        USB_PMA[4]=384; //ADDR1_TX
* a, x* `6 v/ T2 b6 l        USB_PMA[5]=0;   //COUNT1_TX
        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1;    // EP1 type
        ep1_wait=0;
        USB->DADDR = USB_DADDR_EF;      // enable function
& v3 L7 g3 S8 q3 @        USB->ISTR = ~USB_ISTR_RESET;    // write 0 to clear
1 @0 L- m. H9 X. U' ^    }
2 H( a" u; l0 P; w, p    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SOF)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SOF;  // write 0 to clear
    }
}

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。

6 K& d* c2 @2 p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。
2 x3 z$ Q" F2 m1 C8 l7 H, L
    while(1)
+ p* t; P" F3 ~/ k3 E% e1 b    {
5 n9 k$ U5 E& U7 {# H        static char row=0;
        __WFI();
        if(ep0_state & 0x80)    // request data processing
        {
, T" p2 Q; _4 Y7 n3 @8 I+ L            if(ep0_state==0x80) // SETUP phase
            {
- R4 L2 G* P0 S: A  G# v- Y                if(!setup_packet_service())
                {
- |  j  G1 R+ r* P7 N( p                    ep0_state=0;
2 i9 @9 l! K5 X7 z% k6 G                    // not supported
' Q; Q$ X9 m, @                }
                // ep0_state should be set to 1 or 2, if processed
* N' @/ O4 Y/ N9 h( Q+ O) U+ ]            }
0 x" I5 Y0 N2 }6 I            else    // OUT phase
7 j4 A, e7 N& R            {
                // process data
4 X8 _: w; ^  ?6 K! c8 p: x                show_LED(*(uint8_t *)(USB_PMA+128));
                ep0_state=4;
6 |# `$ k% m6 a( }2 G                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
& [1 X' _3 [4 [5 |                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
            }
        }
        else
  [: W8 ~+ T5 M- m- N+ r* k4 f" S        {
6 q# I" b* b+ K- t; M            if(usb_address && ep0_state==0)
            {
                USB->DADDR = USB_DADDR_EF|usb_address;
/ c# F- {3 {3 \; l; K$ D& `* T                usb_address=0;
            }
        }
        if(row!=scan_row)   // new scan line
        {
& B" k5 b9 I4 x9 r( H2 n3 N* x8 o            if(key_state[row]!=prev_key_state[row])
2 F' m; X$ o. ]8 s2 g' ~, r5 ]2 ]2 [  c            {
! \2 x" A/ C2 U9 P% V1 Y                uint8_t test=0x80;
                uint8_t diff=key_state[row]^prev_key_state[row];
/ S) {! J+ @3 q) T                for(i=0;i<8;i++)
% V2 s6 m9 o# U$ y                {
                    if(diff & test)
                        update_key_matrix(row,i,key_state[row]&test);
, W9 _) y& q* v, G. A; T% H                    test>>=1;
8 M" _" U# `( t+ O                }
            }
' e5 N, E7 n1 Z( D4 _' B            row=scan_row;
" n( i7 z6 J. }* {; x: `% S& p        }
8 d, P7 H7 K/ Q6 k5 O1 a    }
6 A3 t2 D: a) m

0 T# K4 [7 u- w! L6 f* _( y7 UEP0的控制传输，把用到的请求处理一下
. O! e( D/ g; S; ychar setup_packet_service(void)
  v- R& r- a: x/ {/ E{
; m4 q* `) T2 q7 s/ N    if(ep0_std_req->bmRequestType & 0x20)   // class-specific
' H9 x! H3 T3 g& }    {
        switch(ep0_std_req->bRequest)
6 `% V6 h' ~4 `5 H. A1 ?        {
            case REQ_GET_REPORT: break;
0 Y9 I8 B0 j+ c# }) c/ V# z  z            case REQ_GET_IDLE:
, d' s! |+ P9 b" x, W% N; Z9 O% F                USB_PMA[64]=0xfa;   // return 1 byte
                USB_PMA[1]=1;
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                ep0_state=1;
                return 1;
                break;
: Q7 ?- j( H: A            case REQ_SET_REPORT:
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
                ep0_state=2;
0 F# f2 o1 y# ?7 G$ I5 e6 g                return 1;
1 K8 [1 t/ \7 z8 X' B                break;
, d  A3 }; ~, R/ e6 W1 @            case REQ_SET_IDLE:
( V! @+ l8 h' S0 T: c5 M/ {9 O                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
7 X2 T% ]+ }% z' g$ J+ E5 s) l! P' \                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                ep0_state=4;
2 a: q$ j* I. V4 F' t5 `8 x                return 1;
/ {/ O1 _& M" @                break;
        }
        return 0;
    }
4 d/ J- Z: N  Y# v/ @$ w    else    // standard
5 q9 b" J$ i2 a, g5 W- R, ~9 z    {
        switch(ep0_std_req->bRequest)
& T" V- e: v2 P. p        {
5 C7 [6 M! ]7 T& m$ j( m  C: l            case REQ_GET_DESCRIPTOR:
' C1 i. @- Z2 E( i9 l) o                return descriptor_service();
                break;
            case REQ_SET_ADDRESS:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
                    return 0;
                usb_address=ep0_std_req->wValue;
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
/ I. V/ p& n: Q/ g9 K* T7 P                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                ep0_state=4;    // No Data phase
$ F5 x/ f) u' a+ z# V                return 1;
            case REQ_SET_CONFIGURATION:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
1 w7 Z7 M  Y1 I6 v7 V: J. G- a" t& d                    return 0;
" K% d8 v/ x3 v: s! h                USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX1|1;
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
2 g& D9 d1 P4 w8 a                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
1 e9 P$ A/ d3 k                ep0_state=4;    // No DATA phase
3 I9 I4 K  }/ M) }/ i1 Q                return 1;
( K  b& P+ t3 u% ?/ J$ h            default: return 0;
6 }$ j# o' N/ X3 u        }
" w) |+ h5 z5 M. h7 t; A( t( q! A    }
9 J1 U% ^/ T% ^- K- t3 O+ A4 [}
) R! V7 v- r2 s

$ X( g0 e6 F6 A1 p# n0 h

miaozhuang

各种描述符，是USB开发首先要处理的
! M& @% d. o' W* x9 Y4 Qchar descriptor_service(void)
{
    switch((ep0_std_req->wValue)>>8)
    {
        case DESC_TYPE_DEVICE:
! a' j; ?% w/ {7 A+ Z  J. M2 k            return ep0_preparedata(&DevDesc, sizeof(DevDesc));
            break;
# Z: ^- A0 j0 A        case DESC_TYPE_CONFIG:
0 D8 M* N; m- H! Y5 e            if(sizeof(ConfigDescData)>ep0_std_req->wLength)
; v5 b8 f. c9 H4 n/ }+ D                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, ep0_std_req->wLength);
            else
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, sizeof(ConfigDescData));
) G6 }! j" [+ A' D  u            break;
        case DESC_TYPE_STRING:
9 G% S/ o( R( e; |" O% N            switch(ep0_std_req->wValue &0xff)
            {
" g2 U7 v$ q8 W$ Y) l5 Y2 @5 r9 p                case 0 : return ep0_preparedata(&LangIDDesc, sizeof(LangIDDesc));
& A& c7 S( V, t5 z& s, [. F+ m                case 1 : return ep0_preparedata(&UnicodeVendorDesc, sizeof(UnicodeVendorDesc));
                case 2 : return ep0_preparedata(&UnicodeProdDesc, sizeof(UnicodeProdDesc));
                default: return 0;
+ _# K, h. |! F" |, U            }
            break;
        case REPORT_DESC_TYPE:
            return ep0_preparedata(&HidReportDesc, sizeof(HidReportDesc));
4 U4 A* B7 D* \$ j! b        default:
; Z# c- I, s+ y: H. I            return 0;
    }
}
( }, @6 C  o  D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.
$ b! }( ]% A' O% nvoid TIM6_DAC_IRQHandler(void)
- Y; V  H2 G+ g- K2 g8 W8 y+ J{
    __IO uint8_t *PA_IDR = (uint8_t *)&(GPIOA->IDR);
) S" h& ^5 U" h% K2 d: H
9 }; R  a, _8 z- Y' }
) ?2 B; I# @0 u, Z- E, s    TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;
- o  [, y# i9 I' ^) ]& {% Y    prev_key_state[scan_row]=key_state[scan_row];
    key_state[scan_row]= *PA_IDR;   // update key states
& ^% Q  K7 K; [- ~+ Q    switch(scan_row)
- F! l" u* \. n, q- p8 |    {
        case 13: // next row PB14
+ e: j" p0 m/ K9 A: H$ c0 j- M                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT;
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER14_0;
                break;
        case  0: // next row PB15
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
* H- v6 d  \3 C% b, d, f# {                break;
0 _! T3 D% l4 q% J) a: n8 P7 p        case  1: // next row PB3
4 o% r) [# x  _( [                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER3_0;
                break;
, k" b0 }" H$ ^; t        case  2: // next row PB4
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER4_0;
& S  ~$ t! Q7 U& l; e                break;
5 |2 R7 C$ I! X, V8 Y        case  3: // next row PB5
4 D* \7 Q; i9 O- h# r/ }2 S                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER5_0;
                break;
        case  4: // next row PB6
8 h# A0 O1 z/ l; o9 ?2 w+ h                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER6_0;
) e' n& a; f5 e, x" Y, F* C. Y- N- p                break;
        case  5: // next row PB7
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER7_0;
                break;
        case  6: // next row PB8
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
5 |( J0 i( Y: P$ z% X3 x5 q        case  7: // next row PB9
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
0 i+ r$ W) m) z# V4 _. v                break;
        case  8: // next row PA8
9 x, r5 O5 B/ O" {                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT;
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
/ K( c; L& c9 X5 Y) v                break;
        case  9: // next row PA9
' H0 K* X6 J! `* e, R                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
                break;
        case 10: // next row PA10
; p% `8 k5 {9 o( d                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER10_0;
* b  o& F, }* v  c                break;
! o% P2 D5 ?7 h$ P0 k0 U        case 11: // next row PA15
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
- V/ I( T' H# ~* q7 L+ d4 I        case 12: // next row PC13
) w, _- Q/ [8 U; m9 Z8 r1 L                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT;
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER13_0;
$ t$ p1 b. j# I0 p                break;
    }
    if(scan_row<13)
        scan_row++;
    else
. h# K! [# j5 `        scan_row=0;
7 O; a  w/ z8 `4 Q+ }9 J}
6 R* ~  B+ v3 T* \" x# {0 ^; r

miaozhuang

, ~/ i* H- {. h& R2 P- O. f( V, h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：
+ p  V9 u" f8 X( T. Q
' y' v" X+ J! d( n% n# E
const char hid_keymap_qwerty[14][8]={
' ]) W8 q1 h( r  x    {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},
) f; ]7 ~" J( F    {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},
% P0 k* a1 j5 W% K: M    {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},
4 d# b. i! z8 I! W- h* {4 q    {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},
! `& K: [- w5 O$ j% J$ w    {HK_Right, HK_Down, HK_Left, HKR_Num, HKR_Plus, HK_NONE, HK_NONE, HK_NONE},
3 _1 R* }( g% X    {HK_PgDn, HK_End, HK_F11, HKR_9, HKR_Minus, HKR_8, HKR_7, HK_NONE},
    {HK_Space, HK_N, HK_Z, HK_L, HK_RBr, HK_E, HK_6, HK_F8},
    {HK_Slash, HK_B, HK_Delete, HK_K, HK_LBr, HK_W, HK_5, HK_F7},
. ^: A0 [+ h  Z  F    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
};
7 k1 ?+ Q2 ~8 u( l7 p3 g: f

const char hid_keymap_dvorak[14][8]={
# C+ I; F* G$ g8 P( p9 ~2 c$ W- [- o    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_P, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
& y1 M% r" r6 Q( t% b    {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},
/ R# F7 i9 Y# }8 y# W$ O4 M    {HK_W, HK_J, HK_Minus, HK_D, HK_R, HK_RBr, HK_3, HK_F5},
# f% U+ Z; ], V& |+ `9 i    {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},
" W) C' i3 x* S) [; g" B    {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},
9 u6 P9 `" a! s0 ^: a6 c    {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},
    {HK_Space, HK_B, HK_Colon, HK_N, HK_Equal, HK_Period, HK_6, HK_F8},
  {! C/ |$ x( H' r# f& g5 c    {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}
6 z3 D' E$ ]/ _' c" c7 n};


& t+ W' U! ^! U5 O" U( @- Z' s/ u上面的宏定义另写在 translate.h 头文件中。HK_NONE是没有实际按键的位置，HK_MODE是我另外加的一个键，用来切换两个键盘布局。这个“一键切换”的键加装，可以用原来键盘上的AT/XT开关，也可以用我预留的User I/O，做到后来发现用键盘矩阵的空闲位置更方便。

HID报告的8个字节，第一个是8个特殊键的状态(Shift, Alt, Ctrl, GUI)，第二个保留，后6个每个非0值是一个按下的键的Usage ID. 产生HID报告的子程序：

6 h, O: ?$ w1 Fvoid update_key_matrix(char row, char col, char onoff)
/ e  D$ F! t# V{
    static uint16_t hid_report[4]={0,0,0,0};
    static char (*hid_keymap)[8]=hid_keymap_dvorak;
! c, |5 D5 w. C* [3 M

    unsigned char key=hid_keymap[row][col];
+ H% d$ u; M$ d    unsigned char *report =(unsigned char *)hid_report;
    char i;


  }! _3 r2 y; f- Z' f; o5 l8 O    if(key==HK_MODE)
    {
        if(!onoff)
4 K) j* g; Q7 Y* A2 k' Y0 G8 q        {
            if(hid_keymap==hid_keymap_dvorak)
            {
                hid_keymap=hid_keymap_qwerty;
                GPIOB->BSRR = (1<<2);
            }
9 i6 B1 d; D( _. N: p4 N$ @9 N            else
! L) d8 ?1 O' y8 ^            {
, ?1 ?5 P1 G( u9 S* x                hid_keymap=hid_keymap_dvorak;
                GPIOB->BRR = (1<<2);
2 ~* F2 m4 d1 b+ O7 C            }
' S& d; M  _# x( I2 h  P0 ~        }
9 W- I& U7 G* P8 E1 R' D( O        return;
    }
2 D4 W0 ?- w8 a* P) |
& b& ^( ]- ^6 m9 p( K
    if(key>=0x80)   // Alt, Ctrl, Shift
    {
        uint8_t bitset = 1<<(key&7);
& J$ H3 o* s; Y$ G8 R0 `; s        if(onoff)   // non-zero is key up
9 a; g6 t9 C  ?3 e4 e# c            report[0] &= (~bitset);
        else
            report[0] |= bitset;
; w0 U( l( l1 T* `/ h9 _% g    }
, e# w1 I4 y# [0 F8 M/ j4 |& S, W    else
    {
        if(onoff)   // non-zero is key up
1 r, K2 p5 m+ ?8 `$ M) i. N, ?        {
            for(i=2;i<8;i++)
: T# C3 r" j5 z- v  e' O& o* [            {
3 v  _3 ^1 _, g9 B7 C: o) A                if(report==key)
                {
                    report=0;
8 `; A' S2 x: h& Q* d+ B                    break;
- s: {' B/ \7 {                }
            }
        }
        else
4 g; L$ s% O! Z: c, I1 Y        {
( @$ \  |2 Q: V$ G            for(i=2;i<8;i++)
. ^8 _1 d% D# y( B            {
                if(report==key)
% e6 U$ y+ V- _1 C                    break;
                if(report==0)
1 L/ h9 |, w8 D( E8 G3 z: r( \# z                {
5 `& L! D! z" z( ^% H% @: W! n                    report=key;
3 f) \: }% k7 q# ]4 a                    break;
                }
            }
9 p3 W( T3 v5 ~' ?        }
    }
& }/ b! y9 }5 V# R7 @" y- V. l    for(i=0;i<4;i++)
. G% w( ?) h' u0 P% O7 g. y3 l        USB_PMA[192+i]=hid_report;
% L) V/ _8 L( H" k+ q2 ~% B    USB_PMA[5]=8;   //COUNT1_TX
    if(ep1_wait==0)
2 w! y* }9 b( ~2 j7 H    {
        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX0|1;
        ep1_wait=1;
    }
1 \1 I1 @% J6 S3 r}

' m( c/ D( m- {
9 N/ J  J2 H6 Z( \) Q6 K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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$ z/ g1 @# o2 E3 g* q- B  f
5 Q6 N& u0 E8 j' g! E) 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。
( J+ R$ x# z, o* U

网络孤客

刚开始我以为要把打字机改造成电脑键盘
: m+ f8 }' h* J  H不过楼主也很厉害！

miaozhuang

网络孤客 发表于 2016-9-22 13:48
0 H; F- G  f# ~# [: e1 r/ t/ y刚开始我以为要把打字机改造成电脑键盘
+ D8 R. ^% G& z5 a: y不过楼主也很厉害！

4 l5 P7 s$ p* r$ q/ ^哈哈  是有点像奥

Mr.Prince

很厉害
& ?- A# P' k! ^1 V: ?. s

thermoer

这个看着真硬核