【灌水无罪】老机械键盘改造USB，QWERTY/Dvorak一键切换

miaozhuang

0 ^/ e1 ?' f! Y  I
- ~5 ]( P9 [  ^6 ^9 z! fhttp://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。
6 v9 ^) `2 f( x# N: m6 Z
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 U5 H& p$ k% S# n4 ~. L
1 y# n1 e+ |8 P, V7 u. 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。

- M/ _) A; C8 j! k! ^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：
4 S5 n: ^1 j' L2 {6 Q' B
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.
) p# @. f8 I/ X% a0 u$ c& m8 }6 ]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：
( S: {; v' C6 p# I2 p
: s$ B1 V  L3 s- ?9 w: n; g, 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。
$ S$ Q, }/ F# n6 ~& d
" ^5 k7 ~3 }& K0 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。

5 Y- E" G1 h0 G0 `, e) l* B1 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。
9 X! f! C- G) _
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：

. w' g- D$ q/ c( c% |8 P3 s2 @----------------------------------------------------  分割线 ----------------------------------------------------------
% P4 i& q  N0 h* L
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。
; }8 D/ o: W) g- Z( @3 i
& Y; W# F( \" r; L2 l( o* b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。
9 Z0 j# n9 C* `
, p$ U) c3 b( T- Y- A: N0 M5 f特写，80C49

LED部分，使用了一片D触发器锁存指示灯状态.

- ~0 \* s6 j$ o3 Z% `! p6 f' _暴力破坏，将80C49拆掉

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。

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.

5 _( d9 s" k% D7 D* 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。
* ], t" X) c' ?, n2 S+ ^- R7 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。
" \" M) Z- ]' \$ S4 I2 K' [4 T; X
主键区键帽就位
" Q6 a4 b/ z; b2 `: ^. _
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。
1 x9 \  G2 `% W# M  U
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。
9 o+ W- B+ |9 L# u9 o3 t0 G* B

----------------------------------------------------- 分割线 --------------------------------------------------
% o  P, m0 H' ?) [




  `* b# U" p9 Y
: b" V6 `  x1 N; Q( X8 L  |8 S

, U6 i! H4 Z9 x/ D, o" l6 t
, n# y" Z5 P3 G' V( Q
" _( W; M* B# M3 {( t

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：
0 K, h+ u' e7 p& l5 V/ U

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 J* u5 D7 F, S/ m! X/ A
1 s* h/ a) m. E2 p
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。

2 z% c* ?. t: y0 Q3 }* r这是我设计的电路图：
' o: }3 ?, D! g9 R6 {( D

7 U0 e, X4 L; h, S3 VPCB Layout:

1 K9 ~6 O7 ^# y! C: K
# P0 g" n- R8 j" h# w, v3 g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.

* \* _/ N3 Y5 a$ X# U& L# b8 d

miaozhuang

4 {/ b3 P* t  b9 g' f$ f* b; @; |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。
; t. O& T1 n& Z; ~: Z& O' s
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：
7 G! M5 x; K" x, e- n) d

& L! V0 ~9 B* t! }' J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
2 a! B4 A7 u* D; _5 _8 b
, d# i# b9 r: K8 Gvoid USB_IRQHandler(void)
0 a/ I' J: z2 C; X{
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_CTR)
, [( b4 h' r9 j; D0 \3 S    {
4 r4 b, j6 R6 N        if((USB->ISTR & 0x0f)==0)   // EP_ID==0
$ N7 [8 _- T9 |1 F" C/ j# p) j        {
            switch(ep0_state)
1 z7 t' ~0 g8 P            {
5 U, P2 H# d5 l% G) k5 q                case 0: ep0_state |= 0x80;
                        break;
$ h; H5 F- W1 h                case 1: if(USB->EP0R & USB_EP_CTR_TX)
                        {
5 M" V7 _/ ^9 [7 `) R3 r/ Y                            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
; f' T  n& A$ z6 b                            ep0_state=3;
                            return;
                        }
                        else
% f* [4 r6 C8 V" p8 Z$ |' G# k& H                            ep0_state=0;
1 Q) |2 w, h9 P+ G- C0 ?1 c                        break;
" v% j: P; s) v% j0 Q1 N" [                case 2: if((USB->EP0R & USB_EP_SETUP)==0)   // OUT packet
                            ep0_state |= 0x80;
                        else
. x: M% }" t/ G2 p5 u                            ep0_state=0;
2 i8 B& K; U3 l% M  Z                        break;
                case 3: ep0_state=0;
) P$ z, {& u5 d                        break;
                case 4: ep0_state=0;
$ A& K- s; t# {                        break;
1 a9 {, H; ]+ U4 Q( K& y& K' {+ D3 \                default:ep0_state=0;
/ T1 L5 z  j1 _8 E# \6 W' Z                        break;
            }
            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL; // just clear flag
' I8 I7 w( p' e$ S, ?            return;
9 V$ C& W, h# L' d        }
7 m' A2 |$ T& m! e        else    // EP_ID can be 1
        {
6 a9 F- d9 |3 l/ @2 S; _            USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1; // just clear flag
3 N4 ^0 O( a/ \# |            ep1_wait=0;
            return;
        }
* I$ S( i$ i: d* `0 h  `3 g    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_PMAOVR)
    {
* c6 c9 e1 E6 G: W: g* N6 i        USB->ISTR = ~USB_ISTR_PMAOVR;
8 S6 H& ?. `  k' @! n7 g    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_ERR)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_ERR;  // write 0 to clear
0 N' d: S+ O2 \$ u    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_WKUP)
    {
2 g5 ^+ |/ x8 L: a. ]9 R6 l        USB->CNTR &= ~USB_CNTR_FSUSP;   // no suspend
! L* I! _2 s3 N( B, X. H        USB->ISTR = ~USB_ISTR_WKUP; // write 0 to clear
, S& y% W: D1 j  {& \3 F    }
! s: N3 Q* j# [: I# F/ ~    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SUSP)
    {
# @8 k' ^8 ]7 W& P( }, \# Z1 o; r# O        USB->CNTR |= USB_CNTR_FSUSP;    // force suspend
        USB->CNTR |= USB_CNTR_LPMODE;   // low power
. h3 r' ~' X! Z( H: y5 C! ~1 E        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SUSP; // write 0 to clear
& a6 U5 w! n& I, N" i0 V, z    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_RESET)
    {
  S- V! e, C- X* Z- E) H5 ?        USB->BTABLE = 0;    // buffer table at bottom of PMA
9 d" ~2 o! B1 S% n        USB_PMA[0]=128; //ADDR0_TX
: `8 Z1 R5 K1 ]! I/ {9 D/ n        USB_PMA[1]=0;   //COUNT0_TX
        USB_PMA[2]=256; //ADDR0_RX
+ z/ n6 m7 u. C* p. O        USB_PMA[3]=0x8000|(3<<10);  //RX buffer 128 bytes
6 T  Q! r$ h. {. \7 ^" I+ a( `3 L        USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX1;
' c" O# G! u& f, F) F0 P        ep0_state=0;
: \- U2 _# y  f% x        USB_PMA[4]=384; //ADDR1_TX
2 e0 t) \! q% Y$ y( o* u5 G        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
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_RESET;    // write 0 to clear
    }
7 g& X3 y$ _0 }    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SOF)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SOF;  // write 0 to clear
+ F6 ~6 T9 g6 F, q8 o5 x    }
}
' `+ e2 Z* @8 Q
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。

( k' Y1 y0 P- ]4 b5 M    while(1)
9 B# A# J' {; w6 C' f    {
' M  H7 m1 P% P! f& \9 q        static char row=0;
$ l! P# L. ]0 N# \. u% Y        __WFI();
7 ?/ x+ H! L0 g4 n6 x' N        if(ep0_state & 0x80)    // request data processing
        {
            if(ep0_state==0x80) // SETUP phase
' U8 O# Y* T% ~; K( D            {
! ^8 j' X8 [; q8 o4 b; z: ^                if(!setup_packet_service())
                {
, J4 z+ N! E% O. F                    ep0_state=0;
                    // not supported
* U3 a1 s7 m! `: u+ |, P: q- @                }
4 D* @1 R% j8 Q# o: Q& E                // ep0_state should be set to 1 or 2, if processed
            }
            else    // OUT phase
4 ^. u- c4 q$ S: g2 \            {
/ X" O4 ^4 ^0 F                // process data
                show_LED(*(uint8_t *)(USB_PMA+128));
                ep0_state=4;
4 S1 J7 Y- G4 _+ B0 Y* v, l. W# ?                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
$ ?& z+ V# ?$ ?* a6 O                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
# X3 P) v( C9 E% ^# }            }
        }
        else
        {
            if(usb_address && ep0_state==0)
            {
( u, }: l' i; z9 V* x' j5 j                USB->DADDR = USB_DADDR_EF|usb_address;
' }# c. y9 o  [, ]                usb_address=0;
+ U( e& G# i* ~9 q            }
        }
        if(row!=scan_row)   // new scan line
9 t" t3 w# K8 I" y/ g- F" ^        {
            if(key_state[row]!=prev_key_state[row])
            {
                uint8_t test=0x80;
                uint8_t diff=key_state[row]^prev_key_state[row];
* |9 n& ^- U% T% |5 W0 W& b                for(i=0;i<8;i++)
% R) T6 N- n# u# s% Q                {
                    if(diff & test)
                        update_key_matrix(row,i,key_state[row]&test);
                    test>>=1;
, S+ I. D: u, F                }
4 g2 X4 L# O, a            }
7 x# L, k1 n( H$ ^- I            row=scan_row;
; p* t9 A9 ~9 l. G4 Q& U( x7 |        }
    }

6 U8 J) Z: Z3 x& Z/ m
EP0的控制传输，把用到的请求处理一下
char setup_packet_service(void)
{
! J$ i! [" @+ D& d2 I0 r; e    if(ep0_std_req->bmRequestType & 0x20)   // class-specific
1 G) H" K& G6 N: \' K4 n    {
        switch(ep0_std_req->bRequest)
        {
7 s9 n" t2 l8 G7 g            case REQ_GET_REPORT: break;
# g9 r8 ^: k8 U' k( I            case REQ_GET_IDLE:
5 j' K" x" C' U' X* D7 k; v0 ]                USB_PMA[64]=0xfa;   // return 1 byte
                USB_PMA[1]=1;
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                ep0_state=1;
( R4 F8 y& T) o6 [1 Q$ k& |                return 1;
7 K* j# Q0 P  [6 L. C. a" G                break;
            case REQ_SET_REPORT:
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
1 O; U; y' \# ^- ?* ?" L                ep0_state=2;
7 v2 S6 q9 ?9 ]& ^& j* E0 V& D                return 1;
                break;
            case REQ_SET_IDLE:
                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
( ]0 n  {( T" c                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                ep0_state=4;
+ ?# Q$ ]  Z# o& Y5 q. A                return 1;
                break;
        }
        return 0;
( u( C* O9 e# G# X    }
    else    // standard
    {
( Y. h, v2 x7 j! q* \5 v1 D' D        switch(ep0_std_req->bRequest)
        {
9 O6 F: ?2 p$ v) e            case REQ_GET_DESCRIPTOR:
& ^& Z3 N$ J' }7 Q+ a                return descriptor_service();
                break;
            case REQ_SET_ADDRESS:
0 ?* A+ e5 {& T                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
                    return 0;
                usb_address=ep0_std_req->wValue;
- F3 W# a8 j* j% l! v                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
0 k8 D# e0 T) i' `7 @+ m, Q                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                ep0_state=4;    // No Data phase
+ ~6 R9 X( c$ p7 l7 V1 K; |8 N                return 1;
            case REQ_SET_CONFIGURATION:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
% `& K/ c  m  U1 k: \) j* Y                    return 0;
                USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX1|1;
" o& B- d7 V( c% b1 @) {4 }                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
. O) J4 J6 b' R4 E/ u* }                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
                ep0_state=4;    // No DATA phase
                return 1;
2 C) E$ E9 ^% j( Z' }# X& n" M( W0 |            default: return 0;
        }
    }
}


* [' ~, x2 y5 h2 t( Q3 |
# f+ |3 ?2 L# a  T# Q! E

miaozhuang

各种描述符，是USB开发首先要处理的
char descriptor_service(void)
{
: C7 _- K5 l/ y) L    switch((ep0_std_req->wValue)>>8)
" x  t0 @9 W& K2 a    {
        case DESC_TYPE_DEVICE:
            return ep0_preparedata(&DevDesc, sizeof(DevDesc));
            break;
        case DESC_TYPE_CONFIG:
            if(sizeof(ConfigDescData)>ep0_std_req->wLength)
! E$ q7 V* v$ \" ^' u1 w2 b& G                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, ep0_std_req->wLength);
+ W5 K- D4 X& b2 g) i# j  u9 J! U! r9 e            else
' ^2 [+ C$ L$ G% ?                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, sizeof(ConfigDescData));
( {& o: j' b! G            break;
5 j+ H1 V% F" x9 Z) m% D        case DESC_TYPE_STRING:
            switch(ep0_std_req->wValue &0xff)
            {
                case 0 : return ep0_preparedata(&LangIDDesc, sizeof(LangIDDesc));
" L6 Y2 A3 t/ J5 |& ]4 M9 T% A" U                case 1 : return ep0_preparedata(&UnicodeVendorDesc, sizeof(UnicodeVendorDesc));
                case 2 : return ep0_preparedata(&UnicodeProdDesc, sizeof(UnicodeProdDesc));
                default: return 0;
6 {& U# ~, i6 P2 a) T            }
/ W/ b- ]) w5 ]( C            break;
        case REPORT_DESC_TYPE:
            return ep0_preparedata(&HidReportDesc, sizeof(HidReportDesc));
        default:
            return 0;
3 F+ C# i0 T3 s5 R8 @    }
}
% c9 D: C3 C9 c' P9 F% j4 q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.
/ Q" }5 W5 \0 H9 evoid TIM6_DAC_IRQHandler(void)
/ ]. O! ?( |$ O) S{
6 k8 C- ]; w& {( d. l/ l    __IO uint8_t *PA_IDR = (uint8_t *)&(GPIOA->IDR);


2 J4 u6 d5 {! U% J    TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;
    prev_key_state[scan_row]=key_state[scan_row];
    key_state[scan_row]= *PA_IDR;   // update key states
    switch(scan_row)
* _% j- L- k# Z2 i% ~/ ?    {
/ w2 g: M% p4 {6 J/ l: j        case 13: // next row PB14
; B  @, M' F+ ^9 U) M, h$ Q6 g                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT;
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER14_0;
9 S# B1 Q- \9 K! I                break;
        case  0: // next row PB15
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
% k$ ]' @$ b% ?, ^                break;
/ p& B# S! P% z8 I; j        case  1: // next row PB3
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER3_0;
                break;
        case  2: // next row PB4
& E4 e1 w9 h; f: B                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER4_0;
7 Q4 c; q% r# p% \9 S                break;
        case  3: // next row PB5
) H  ?3 v4 C" `- Q5 }3 C                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER5_0;
                break;
        case  4: // next row PB6
3 Z  V1 ^. n0 d' q) R0 i                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER6_0;
                break;
. Y* W/ H! ^$ t) W        case  5: // next row PB7
7 P9 u1 D8 c+ U- @                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER7_0;
                break;
! g9 o; W5 n! G+ m        case  6: // next row PB8
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
0 v1 z  x: v- u6 {. S& i        case  7: // next row PB9
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
5 g  P( X! f0 i5 Z% G                break;
" R; e  ]1 u6 P; w- |$ ^        case  8: // next row PA8
  G/ J- M% f4 N$ e- s+ F                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT;
. B2 [% k+ A# h% m/ ]9 B/ I  l. l                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
( s1 S: j8 k( p$ R        case  9: // next row PA9
) s8 ?% D  g8 U0 G                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
                break;
        case 10: // next row PA10
0 x5 N! p, _" M' L; I, t: K                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER10_0;
0 k& V7 T/ X$ c5 e3 L4 T                break;
" U4 \% {$ f! ~+ T7 R        case 11: // next row PA15
: w, |, z8 F9 s, [) b, O                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
, W) w! H0 y2 Q+ D9 n  ?; R) S                break;
        case 12: // next row PC13
# L5 G3 X$ B/ T  I                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT;
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER13_0;
                break;
- ?) c* a) m8 ~3 N. a  Y    }
    if(scan_row<13)
& A8 G/ `% W* c5 M        scan_row++;
! f' _2 L7 i% g2 V    else
        scan_row=0;
, E% Y1 w" f' M/ X. {& V- |}

% V2 ^6 Y3 t* |' X, B- }# @  P. o) J
8 Q2 b/ M* R5 V0 a% s3 N" z, r& C9 m8 t) g

miaozhuang

3 Q/ R/ @! J! 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。

& h9 ~  a5 M' ^7 m4 W8 o- R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：
* |' q5 r5 _/ W! H% N

const char hid_keymap_qwerty[14][8]={
$ m; S" V7 R, n. V, H5 g. v/ b    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_R, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
- S" P) v8 t, H    {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},
5 F& ^, E! b* u9 k! t; T    {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},
9 t$ J* V4 U, M* |' X    {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},
* E0 |( c9 t  n    {HK_PgUp, HK_Home, HK_Insert, HKR_5, HKR_6, HKR_4, HK_F10, HKR_Dot},
, S8 ~/ X+ o& ^9 _- v! m4 V    {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},
/ r4 `5 r8 N/ Q    {HK_Space, HK_N, HK_Z, HK_L, HK_RBr, HK_E, HK_6, HK_F8},
7 v) a2 b" Y0 C* |" V    {HK_Slash, HK_B, HK_Delete, HK_K, HK_LBr, HK_W, HK_5, HK_F7},
: @+ j7 N; |, L$ z* B1 @    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
};

& i+ B. _. \3 Q2 t' q! m& ^7 z
const char hid_keymap_dvorak[14][8]={
    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_P, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
" x9 T- V5 g4 ~, K& T/ c4 B    {HK_F12, HK_BS, HK_Up, HKR_Slash, HKR_Aster, HK_NONE, HKR_Enter, HK_NONE},
5 H% t! U9 y! N/ W/ g2 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},
! E! \1 S4 w$ M, K    {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},
: }" K2 v" F- e( E5 I" h    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_E, HK_F, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
, a1 n& q% X$ |2 M5 D    {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},
    {HK_Right, HK_Down, HK_Left, HKR_Num, HKR_Plus, HK_NONE, HK_NONE, HK_NONE},
5 E& P( z8 a+ h8 ]2 u7 a. b. o8 x$ I    {HK_PgDn, HK_End, HK_F11, HKR_9, HKR_Minus, HKR_8, HKR_7, HK_NONE},
) H* K# n3 A3 i* D2 l5 R    {HK_Space, HK_B, HK_Colon, HK_N, HK_Equal, HK_Period, HK_6, HK_F8},
    {HK_Z, HK_X, HK_Delete, HK_T, HK_Slash, HK_Comma, HK_5, HK_F7},
/ m' M. N$ \* F' }0 ]% r; H    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
# j; l' _0 y5 C( [, V};


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。

" y1 C$ P% u; _5 YHID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)
' }# _6 ]: V( x: \! C# ]/ r" |, `{
3 S! Z- C. S9 R  r& e" q    static uint16_t hid_report[4]={0,0,0,0};
    static char (*hid_keymap)[8]=hid_keymap_dvorak;
3 h3 e# E8 w& y: L9 b
  D7 D) H0 S, P5 ^& J& Q4 u- t
    unsigned char key=hid_keymap[row][col];
" ^) h2 A& Z! n( H6 f1 t4 s3 @! N$ d* p    unsigned char *report =(unsigned char *)hid_report;
' @4 {7 ?. w  o& |( J7 |    char i;
3 ^" S9 ?( p9 l2 g& h
$ p( }- m" Z0 y& j. A
    if(key==HK_MODE)
: S# w$ `: m5 P3 I$ t    {
0 K- `5 i0 V4 x) Q8 w        if(!onoff)
        {
7 x2 e* o" v( P5 g' w            if(hid_keymap==hid_keymap_dvorak)
; |% K( B" W# y4 p            {
- w1 Q4 t5 M' I( H. e1 O5 i, \8 d: l                hid_keymap=hid_keymap_qwerty;
                GPIOB->BSRR = (1<<2);
            }
- ?7 [" {2 {1 p' {. P. q( I            else
; K( g4 @9 G2 E$ T+ K% e            {
                hid_keymap=hid_keymap_dvorak;
                GPIOB->BRR = (1<<2);
! y- e7 j9 Q) Y            }
        }
        return;
" S* w0 Q& ^8 f$ @2 u    }


- Z: v5 _1 y& G+ @3 h    if(key>=0x80)   // Alt, Ctrl, Shift
    {
, u+ c( L  ]+ y, |  L        uint8_t bitset = 1<<(key&7);
2 I- F+ R# l! K4 a" g        if(onoff)   // non-zero is key up
            report[0] &= (~bitset);
) U2 O6 Y5 J' O# G        else
/ \: x2 r7 Z5 D0 L6 [$ M7 p            report[0] |= bitset;
& P  Z! P' b9 [, I    }
7 q' I; x7 T7 U8 Q  t2 b    else
    {
        if(onoff)   // non-zero is key up
        {
- f/ Q8 E; d) _% |0 T. N            for(i=2;i<8;i++)
            {
                if(report==key)
( f" w% i& w/ N7 j# k; s. a7 q% n                {
                    report=0;
6 ]7 K* O/ j* S- I2 Z  \                    break;
                }
3 ]3 M: w& i5 t& k: |) Z1 h( f; v            }
        }
        else
        {
. h  w* K' [( b; R9 C* F            for(i=2;i<8;i++)
            {
$ S# m6 P- z7 l" G                if(report==key)
8 g$ L) ]) [/ e/ o' A                    break;
                if(report==0)
- {8 H2 t) w9 S" ~                {
* W( t8 {$ K- ~7 {                    report=key;
                    break;
) K# o& Z- R; a5 q$ c& }                }
            }
        }
    }
4 i: w# [1 J- R  T4 T# m    for(i=0;i<4;i++)
        USB_PMA[192+i]=hid_report;
# i9 S" a2 B6 S" t    USB_PMA[5]=8;   //COUNT1_TX
' T+ J8 s0 o8 E( r    if(ep1_wait==0)
    {
' _, i' _7 h( A; t* G! M' x/ [        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX0|1;
        ep1_wait=1;
    }
7 Y/ [9 D! A/ \$ J}
1 Z, o& e4 ~" |+ T0 S" ~
1 F( U/ H2 a: {7 A6 y* O4 ^
0 Q$ Z7 F2 |& [0 x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。
( W1 p7 P/ K( P. b  U1 H keyboard.zip (8.7 KB, 下载次数: 6188)

2016-9-21 21:01 上传

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" H  {1 M6 e4 x. p9 `2 C: P7 ^


6 `. t& X" J+ A8 v$ U

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
( C, q8 o  P) L+ f6 G. D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
! @0 l, Z' S# g7 p$ s0 s- S不过楼主也很厉害！

哈哈  是有点像奥

Mr.Prince

很厉害
* J2 _2 L" N( t2 ^

thermoer

这个看着真硬核