【灌水无罪】老机械键盘改造USB，QWERTY/Dvorak一键切换

miaozhuang

, J& z, Q9 k2 e* v, d1 `
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。
! v* X7 [3 f' ~9 s
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。
0 q) e- Z/ n% w6 O% [' W& l* t. a

" A) w; `. o9 \7 N' N1 Q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：

. l2 `# E# k! t- p2 K* J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。

( J9 @5 Q  [; D# U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。

/ v$ w+ J  `2 R( G1 D2 b1 }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：
* L& M+ v2 W* ]& k% e- R6 h  k9 }/ t; d
: ^6 |& Y  h2 c  f----------------------------------------------------  分割线 ----------------------------------------------------------

8 u# U" D8 @& o. c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。

/ O8 A7 z+ N9 P9 q& |8 C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。
/ F2 j! l" L0 s; L
特写，80C49
6 p8 v2 h6 E3 z1 X( L% J0 c) L
, x0 e6 s' b7 O7 T4 jLED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
9 e1 k4 \1 t# s- c
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

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。

! w8 G0 O+ `4 u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.
1 p) ^* d+ `! V) ^
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。
+ W4 z2 x$ m) l% O4 f: Q+ H/ M
( T8 U* u6 a' P9 L2 e5 c! o# r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。
: f/ G' b: y* B! T$ l* d4 a
1 j/ M' a. q$ Y' @: U9 z+ L* a主键区键帽就位
8 e* n; n- m9 \% H% h! ^4 \
" B7 ?4 y" C5 E- e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。
# ?5 r4 }5 y- K* J5 y
1 d7 C  o2 y/ e6 A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# ]2 z* f( [0 J9 L7 V

----------------------------------------------------- 分割线 --------------------------------------------------
* W% \- b+ Y- J

- r: o6 w4 w& r$ W! S! E3 J
. {; {7 e1 F/ }# H, Z4 g; F

$ b2 J2 m/ v3 n+ e/ Y
" W( W9 y8 ^, O9 h

, F8 ^, k9 j0 i

6 t) M5 n$ g$ O$ {
/ u1 M- ~) c4 I  z) }5 g

miaozhuang

DIY过程直播完了，下面说硬件的设计。
: F- G/ s! }2 h80C49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：
- b* w) }0 v# p4 K& W! l( Z3 F

; F! d1 K4 ?) P) q/ X; Z0 A/ R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)
1 }) V  w+ U+ p. ^- B5 }
$ V) {- n* e# T% ?5 r% Y
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：
# D$ o3 T* W* a& }6 Q

PCB Layout:
5 _& \3 x+ a! A) K9 x# \

" {6 T: d1 v! j# S不从80C49引脚上走的信号包括: SWD接口，USB D+/D-，USART TX/RX，额外两个可用I/O.

0 q  U4 G# m/ i4 D' h# z/ l

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。

+ [0 r/ T) F' ^/ U% C9 |& ^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）

USB的中断ISR，bare metal哦

void USB_IRQHandler(void)
% G7 G3 B( ^! I' g( b6 l, F) E- C  k{
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_CTR)
8 k5 Q4 t3 H5 e% j; B2 z    {
  k- R' t% r% m# U8 p/ M        if((USB->ISTR & 0x0f)==0)   // EP_ID==0
  r6 U: @5 H) Z, l4 h+ p        {
            switch(ep0_state)
            {
2 Y3 A* \5 ~7 s                case 0: ep0_state |= 0x80;
8 y/ U1 |5 ?! h2 d+ u% t3 X                        break;
                case 1: if(USB->EP0R & USB_EP_CTR_TX)
# n8 ?- P3 S2 Q# a  ]& v" }; L% Y                        {
                            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
                            ep0_state=3;
                            return;
                        }
3 o" X0 K- ?' m5 d' ]' y0 o                        else
                            ep0_state=0;
6 r) \& S/ h) ]9 F. ~                        break;
                case 2: if((USB->EP0R & USB_EP_SETUP)==0)   // OUT packet
0 y+ a4 S! r* S, @                            ep0_state |= 0x80;
                        else
                            ep0_state=0;
; F( P6 T( \  }& D" z: R' k  }                        break;
7 ]& ]4 K9 [, L- `! u' \4 }% y                case 3: ep0_state=0;
* ]% |! {9 S% D+ G3 l                        break;
7 v3 a- p/ m; W, H1 w% g& p: s9 E                case 4: ep0_state=0;
3 Z& F5 `  z5 i( k# h                        break;
                default:ep0_state=0;
. K3 A- H* q( Q8 ~9 M3 n4 P                        break;
3 J  O. a$ Z1 ?; t            }
5 x' h  x5 ]1 n8 p            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL; // just clear flag
6 |- F9 K+ y4 Q& w: w9 z! }            return;
1 w0 n- V! e: u: t6 ~/ q( L        }
        else    // EP_ID can be 1
: M! ]( h" D# c; d6 I1 e        {
            USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1; // just clear flag
, B) x8 v+ m4 C) X            ep1_wait=0;
            return;
        }
6 l0 u7 O! P. L& ~    }
" ?  s, `% g* E4 V- t9 Q. O    if(USB->ISTR & USB_ISTR_PMAOVR)
% q4 n, f9 s( L* d0 }, H  t- E    {
% d4 Q4 r2 ~+ G6 R: m- T        USB->ISTR = ~USB_ISTR_PMAOVR;
2 f3 F- L! R7 Z" V9 Y) j8 ]0 E    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_ERR)
+ }. L4 S- s& X) z1 @    {
9 K0 K4 y1 x# N        USB->ISTR = ~USB_ISTR_ERR;  // write 0 to clear
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_WKUP)
    {
5 q" o7 L3 }. u+ O9 w; d2 k        USB->CNTR &= ~USB_CNTR_FSUSP;   // no suspend
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_WKUP; // write 0 to clear
    }
. M3 s- o6 l2 X; i0 B( f7 ]- f    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SUSP)
8 O9 ?# D- g8 ^  F8 A* S* O) _    {
5 g: v* y: }5 c9 F- j6 C/ V        USB->CNTR |= USB_CNTR_FSUSP;    // force suspend
        USB->CNTR |= USB_CNTR_LPMODE;   // low power
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SUSP; // write 0 to clear
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_RESET)
    {
9 V4 F! H: x3 ]4 q9 d        USB->BTABLE = 0;    // buffer table at bottom of PMA
: H# F! X. T: v& o- n0 [( |        USB_PMA[0]=128; //ADDR0_TX
: W$ @4 i! N; S. v; S" e        USB_PMA[1]=0;   //COUNT0_TX
5 C! ]( y$ w; P% |        USB_PMA[2]=256; //ADDR0_RX
" j1 L" j" w% j& V% m        USB_PMA[3]=0x8000|(3<<10);  //RX buffer 128 bytes
1 N, G4 D, c7 o, k        USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX1;
        ep0_state=0;
; W) Y2 b6 N: @) q/ m        USB_PMA[4]=384; //ADDR1_TX
        USB_PMA[5]=0;   //COUNT1_TX
3 E! l6 e9 X0 H! T8 |' z4 P        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1;    // EP1 type
        ep1_wait=0;
- E9 P1 I% A6 }/ F1 _: M        USB->DADDR = USB_DADDR_EF;      // enable function
" P, o1 H5 N% a9 m        USB->ISTR = ~USB_ISTR_RESET;    // write 0 to clear
. B* c  c4 X0 ^    }
  M& \' K2 s2 E) M3 X7 ]& {    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SOF)
' p- V! [+ ]6 d% I, O    {
5 S2 ^+ n2 _, x7 l/ A+ }        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SOF;  // write 0 to clear
; X9 t: c: B& _( w$ c6 c    }
}
7 w* G: K$ h3 d# [4 P( Z
$ J( V! t1 Z  ~; x) x1 z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。

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;
$ ^% s! X) p; Z0 R; B2 S# C  v( x        __WFI();
        if(ep0_state & 0x80)    // request data processing
        {
            if(ep0_state==0x80) // SETUP phase
            {
0 O! _1 U& B( S' e7 ?                if(!setup_packet_service())
                {
7 O& ^4 S. q) \9 z+ L6 N; H5 Z                    ep0_state=0;
                    // not supported
1 Z1 m; G* U$ |                }
                // ep0_state should be set to 1 or 2, if processed
* p2 V/ L" M5 S% w            }
            else    // OUT phase
, T* ~8 F% O- C$ f3 D            {
6 J2 [: [( w& E) N                // process data
                show_LED(*(uint8_t *)(USB_PMA+128));
3 `! k, `8 s9 f, N+ Z                ep0_state=4;
9 B8 E3 [. u; m- `                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
% V6 Q; o; H# H, P( B' I            }
. E2 w3 X1 D* Q+ }, v9 j        }
        else
  }! l9 l! B3 s: q+ B        {
: \4 {3 s1 q6 v3 [            if(usb_address && ep0_state==0)
            {
: E( n  W* S  H* l$ {! ]7 H                USB->DADDR = USB_DADDR_EF|usb_address;
/ T/ s  m2 h8 b8 w. p+ B" O: Q                usb_address=0;
2 |% d% l7 P: _2 C            }
        }
' J0 t1 A2 D4 R0 v) l        if(row!=scan_row)   // new scan line
' y- Y5 ~: @3 |7 |2 d' \        {
5 g) f7 X3 ]. x, W            if(key_state[row]!=prev_key_state[row])
: ?' {+ w) W2 d8 L# R$ V4 C+ u            {
- \  Q- G% u4 u' G+ a9 B                uint8_t test=0x80;
! s* a8 V( a3 n5 o3 M9 U                uint8_t diff=key_state[row]^prev_key_state[row];
                for(i=0;i<8;i++)
. b; }  }- y) ^# ^. }                {
( I  T( D# C+ `                    if(diff & test)
0 I/ c9 ~6 r7 E" g3 @                        update_key_matrix(row,i,key_state[row]&test);
5 H  ?: N* T/ T1 b  G5 B                    test>>=1;
  K, h3 g: {& {5 G7 U/ f& ]                }
- f: Q: z' J  E) Y  s; ~            }
            row=scan_row;
- j2 o3 r& B7 `9 `  s% {        }
" ]% Y( j" P; c9 j( d; ~8 e    }

/ p3 v2 m0 R1 J  B% a# @
EP0的控制传输，把用到的请求处理一下
char setup_packet_service(void)
' L( A$ M( L8 M! w6 W4 N1 s: ?{
$ z* F* G& n) c3 T7 w+ G8 r    if(ep0_std_req->bmRequestType & 0x20)   // class-specific
    {
        switch(ep0_std_req->bRequest)
" d! _% @- l8 F$ B% \; m2 F        {
! b1 m+ w" d! R            case REQ_GET_REPORT: break;
3 a' M+ c) d  O- A/ W( h            case REQ_GET_IDLE:
* d- Y! D. g" S( l  L                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;
& R$ c4 T( Y( b! W. p            case REQ_SET_REPORT:
; B% S7 ^0 y5 e9 d3 u# }3 h                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
                ep0_state=2;
$ F' z& _' U* s5 g6 V                return 1;
8 @& U  I; x1 ]$ J( q3 G+ R$ P                break;
* ^. c& c9 p9 C( m5 i9 N            case REQ_SET_IDLE:
  z* h' e# y" A" f: Z                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
# V  ~, h' |6 r( B6 \                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
2 K+ d# r" ]; z8 `! Z8 d                ep0_state=4;
                return 1;
                break;
        }
: \3 m0 ]( I8 c- L7 d        return 0;
    }
    else    // standard
    {
; l" D+ s, w4 p# D9 r5 {9 |* L7 K( p        switch(ep0_std_req->bRequest)
; B; W+ J* l) _( \# @        {
) l: f+ \* q3 W* n* V6 o3 P            case REQ_GET_DESCRIPTOR:
, \9 S) H: b( d9 e! \                return descriptor_service();
                break;
2 U+ f1 F; x. `: l            case REQ_SET_ADDRESS:
. A5 ?5 K( r& P                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
                    return 0;
                usb_address=ep0_std_req->wValue;
2 _7 j: r4 T- s0 Q                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
, U9 X! J6 `2 W$ z1 e% _( n                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                ep0_state=4;    // No Data phase
! W. I! m4 n! s1 o* i/ ^5 X! i. z                return 1;
) e2 B+ V8 \) v8 Q% W$ D  G            case REQ_SET_CONFIGURATION:
' t7 m  q! q9 p4 R2 a% B; v                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
                    return 0;
& S) V! M  w) {9 T+ j5 M                USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX1|1;
0 x6 k, {( f1 ^3 ]& ~$ ^$ A5 N                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
/ ~9 X9 Q, v! \& }1 K6 ?                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
                ep0_state=4;    // No DATA phase
                return 1;
) j7 g4 G! }& L  w( Y+ P            default: return 0;
        }
    }
}


9 v1 a) w3 c$ G6 i

miaozhuang

各种描述符，是USB开发首先要处理的
char descriptor_service(void)
{
    switch((ep0_std_req->wValue)>>8)
$ O* b% W3 a' C7 r+ ~1 o5 }% b& ?    {
. b6 S6 c4 k9 K# y        case DESC_TYPE_DEVICE:
6 F/ w' s* `: H1 [1 ?            return ep0_preparedata(&DevDesc, sizeof(DevDesc));
            break;
        case DESC_TYPE_CONFIG:
- W9 C( W2 J- {0 O            if(sizeof(ConfigDescData)>ep0_std_req->wLength)
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, ep0_std_req->wLength);
            else
& o% f) M' p. E2 A( p6 W                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, sizeof(ConfigDescData));
8 H3 L8 [0 a9 c/ f, [$ O( D            break;
. u7 a' e, t* O' c& H8 g6 H        case DESC_TYPE_STRING:
7 [3 x2 n! r5 [# w            switch(ep0_std_req->wValue &0xff)
            {
9 i; A' d/ ^2 \  j6 f                case 0 : return ep0_preparedata(&LangIDDesc, sizeof(LangIDDesc));
  H4 @) e; P5 S; `                case 1 : return ep0_preparedata(&UnicodeVendorDesc, sizeof(UnicodeVendorDesc));
7 w( G. [3 U/ Z                case 2 : return ep0_preparedata(&UnicodeProdDesc, sizeof(UnicodeProdDesc));
                default: return 0;
            }
            break;
        case REPORT_DESC_TYPE:
            return ep0_preparedata(&HidReportDesc, sizeof(HidReportDesc));
4 J+ ~( T: y$ F+ b5 z        default:
/ a7 o; D+ ?. m6 P& u* X+ j" Q            return 0;
2 p% \* q) m$ R" ]/ j/ u9 u    }
}
' \8 M1 N" L! H2 h; Y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)
. V2 Z' `; t) q2 v5 Y& J{
    __IO uint8_t *PA_IDR = (uint8_t *)&(GPIOA->IDR);
5 W8 a, _2 N. j* X1 e
8 k9 l6 h/ p, ?, @4 H
    TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;
9 {/ b1 c9 ^5 x; o% e$ \    prev_key_state[scan_row]=key_state[scan_row];
3 Z# b9 ?3 y  _0 ?3 U* i! O    key_state[scan_row]= *PA_IDR;   // update key states
& B" Z$ R  h5 N* `7 f# x    switch(scan_row)
% B. @( T$ O3 }' W    {
8 [- c8 j. u6 S* ?        case 13: // next row PB14
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT;
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER14_0;
                break;
        case  0: // next row PB15
$ d# Y. c0 c  u; p                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
  e- X  a0 d; \2 U+ s& a                break;
/ L( _# `( g$ i2 ~- q, C        case  1: // next row PB3
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER3_0;
                break;
        case  2: // next row PB4
4 {" H( Y! _* G' F                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER4_0;
. s+ f8 P/ Z% m9 Y( u                break;
        case  3: // next row PB5
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER5_0;
( t4 a& S; O# |                break;
1 o6 I, c, V2 t" u. a        case  4: // next row PB6
5 f: \" ]8 ]' q3 U' e1 L0 g                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 n  ~9 {  I$ `6 H4 e                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
' u9 [6 R. u" x( G( q7 |& v1 c                break;
* V0 m  P. d+ _, D: P# F+ c. n        case  7: // next row PB9
0 C, _0 N8 _2 f: w2 F) W                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
6 |5 j* H( z1 T/ M' C* Y$ o# L                break;
2 Y6 c4 Y* u4 ^; |1 N        case  8: // next row PA8
) _; v1 K0 r$ g4 ]                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT;
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
/ H1 Z' [3 B. K0 e        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 [4 F; F3 L# T# z                break;
        case 11: // next row PA15
4 B$ T( E4 Y* u1 z, I, v                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
: v6 M& t( f7 y& B2 d        case 12: // next row PC13
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT;
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER13_0;
                break;
$ t! q6 v* @0 `% Y# T    }
. ^0 r. F: Q5 U, v3 E    if(scan_row<13)
  n9 `" ^2 P) V4 d6 G        scan_row++;
3 b6 J3 R0 C1 B, s% K9 O. S! e    else
& Z0 [5 h3 A) t. G0 i) j2 A        scan_row=0;
}

2 h: @& V7 D+ L2 g2 A

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。
: O, ]( L1 k$ L
- f1 {9 a) r5 k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：
$ @- O6 j4 A( ?) P0 T; b( T

const char hid_keymap_qwerty[14][8]={
    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_R, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
5 l8 Q! b$ C$ N4 _    {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},
: x9 q' E5 c% L: [% a* l    {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},
& O, q. d7 O. l    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_D, HK_Y, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
# Z5 a; K0 x' h! E    {HK_NONE, HK_RAlt, HK_LCtrl, HK_S, HK_T, HK_8, HK_Enter, HK_F1},
2 Z9 N$ |3 g3 v8 R$ n  _1 {( ~    {HK_PgUp, HK_Home, HK_Insert, HKR_5, HKR_6, HKR_4, HK_F10, HKR_Dot},
, G. ?$ ~  J  }1 R. b/ {+ w    {HK_Right, HK_Down, HK_Left, HKR_Num, HKR_Plus, HK_NONE, HK_NONE, HK_NONE},
2 i* `0 R1 C* \2 C8 V+ `* w    {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},
8 B, ]& b3 h6 U- V    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
: Y' Q3 R  H# X0 e  i};

  ?6 m3 O( r$ ^+ Z, C, X+ x
const char hid_keymap_dvorak[14][8]={
    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_P, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
    {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},
, y0 P& \6 s1 e+ v  `+ z, e    {HK_W, HK_J, HK_Minus, HK_D, HK_R, HK_RBr, HK_3, HK_F5},
% H. |; }+ H( l) r$ C* f    {HK_M, HK_Q, HK_S, HK_I, HK_C, HK_LBr, HK_2, HK_F4},
$ l" S8 t4 Q( R7 r    {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},
    {HK_NONE, HK_RAlt, HK_LCtrl, HK_O, HK_Y, HK_8, HK_Enter, HK_F1},
, r8 |. |7 M0 K/ i/ E2 V    {HK_PgUp, HK_Home, HK_Insert, HKR_5, HKR_6, HKR_4, HK_F10, HKR_Dot},
1 W' }  G8 J( `1 g# ~4 ^    {HK_Right, HK_Down, HK_Left, HKR_Num, HKR_Plus, HK_NONE, HK_NONE, HK_NONE},
- x* i; u  u  K! n- X    {HK_PgDn, HK_End, HK_F11, HKR_9, HKR_Minus, HKR_8, HKR_7, HK_NONE},
( k3 ?2 B2 e( w; F$ h$ s( p    {HK_Space, HK_B, HK_Colon, HK_N, HK_Equal, HK_Period, HK_6, HK_F8},
1 l# [8 i+ |6 M* Q/ M$ A4 j& r    {HK_Z, HK_X, HK_Delete, HK_T, HK_Slash, HK_Comma, HK_5, HK_F7},
) i. A9 L% k- W% ~    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
};

' f& n# u9 E6 g* [+ i, N4 m# f& Z* D
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。

3 Z4 G0 y) Q- b1 X) t6 lHID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：

void update_key_matrix(char row, char col, char onoff)
{
8 J* _8 Z& E) w, P    static uint16_t hid_report[4]={0,0,0,0};
    static char (*hid_keymap)[8]=hid_keymap_dvorak;


" z! L) w3 A* ]* }4 f6 x2 [    unsigned char key=hid_keymap[row][col];
$ c# L% `1 N3 d: f9 G    unsigned char *report =(unsigned char *)hid_report;
    char i;


    if(key==HK_MODE)
" W' N6 P; w* Q) y    {
3 Z) g$ ?! {. D: ?- I        if(!onoff)
        {
0 F7 I. a5 S2 b  x, n/ q( l            if(hid_keymap==hid_keymap_dvorak)
            {
# A- T# b# x3 @- M/ Q- w8 R* h                hid_keymap=hid_keymap_qwerty;
' B% L" D4 s1 G                GPIOB->BSRR = (1<<2);
            }
            else
            {
* b* p" S) U7 C) `! t; S- a                hid_keymap=hid_keymap_dvorak;
                GPIOB->BRR = (1<<2);
$ L6 T& @# `! h. H            }
/ T  y' r# k' K7 P4 M0 F) D( G% s        }
        return;
0 q# O% s, I& |4 c; T, Q" J$ {    }


; e/ M, u" |) s3 x    if(key>=0x80)   // Alt, Ctrl, Shift
    {
; \" P9 ?/ a) }* P, r) _1 q( ?        uint8_t bitset = 1<<(key&7);
' f" k0 E6 D7 E+ s; F; ^        if(onoff)   // non-zero is key up
6 @) P6 `) S# ]$ m( n% U/ x& H- x1 K            report[0] &= (~bitset);
        else
7 L6 j' |6 {- X! `0 a; N! E            report[0] |= bitset;
7 {* n- L) m/ S0 n  h6 J$ l    }
    else
6 C& z& v' _% g& g: j2 [    {
        if(onoff)   // non-zero is key up
+ J0 o; k, L4 X4 y  G  p        {
! o) a+ \* F' _1 S# D. T            for(i=2;i<8;i++)
            {
6 T' X0 k1 s" m$ `2 r                if(report==key)
                {
1 u+ j- x$ ?% l+ Z; P/ ?                    report=0;
  @4 H8 p* w: }* g: p, m3 Q9 {" D7 |  C                    break;
+ H+ i, c  ^6 T- R, c                }
1 M% G& `7 @6 l/ v( m            }
! h% Q; g" K* ^% G2 U0 }        }
        else
        {
; W% \$ `) K/ {) b) D& g            for(i=2;i<8;i++)
            {
                if(report==key)
% i3 {2 s* a8 {/ q. f                    break;
                if(report==0)
                {
                    report=key;
3 Y$ w7 v2 ]+ K; W+ F$ _- _+ Q- `                    break;
                }
" H( D9 V3 i# J$ L/ D            }
        }
    }
  c+ s4 d% Z# n" `% K: y    for(i=0;i<4;i++)
- `  O' ?: o6 \        USB_PMA[192+i]=hid_report;
    USB_PMA[5]=8;   //COUNT1_TX
    if(ep1_wait==0)
    {
& E, {$ S4 W7 q0 T8 g        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX0|1;
/ Y1 a- I! \7 R+ ~        ep1_wait=1;
  i9 m/ T$ M5 U2 w  J    }
1 W# d2 r* E7 ]: d  e}
- I' f* \: b* e

7 |- P& b7 I( u" f* G" @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。
keyboard.zip (8.7 KB, 下载次数: 6302)

2016-9-21 21:01 上传

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- z: Z  X, K3 n; M


; G3 ^  }  H  Q' q+ ?

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。

网络孤客

刚开始我以为要把打字机改造成电脑键盘
7 W: s& u- C/ K6 X3 x4 ^+ E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
' ]' [: H& u( X4 w; h不过楼主也很厉害！

, C$ `- ^7 w. t& ]; L哈哈  是有点像奥

Mr.Prince

很厉害
$ Y) J* S5 Z5 V- P9 h" O5 U

thermoer

这个看着真硬核