【灌水无罪】老机械键盘改造USB，QWERTY/Dvorak一键切换

miaozhuang

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。

在看这个帖子的诸位一定都在用计算机键盘吧。键盘上的数字键是1到9从左至右排列，或者是右小键盘区那样三个一排有序排列，反正规律很明显。但是字母键却不是A,B,C...到Z这么按字母序有规律地排下来的。我刚接触电脑(其实还是学习机)的时候，没在意这个问题，觉得是要盲打嘛，反正对两手的手指头来说，按字母序排列并没有什么好处。于是用多了这些排列也就记住了，从来不管它为什么要这样。其实，PC的键盘键位排布上是延用了打字机的键盘，这是设备演变过程中很自然的一个延续。打字机的历史就要早很多了，我没有亲见过打字机长什么样，而且，咱们汉字是铅字打上去的，和英文打字机方式完全不同。
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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。
* x/ R0 R0 o; m1 R+ U) O
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：
! ?) d, ~/ m& h& o7 [# g
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.
1 o4 X, M% [7 a$ gDvorak(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。
9 @. X1 X! g1 q# t1 f
4 C1 O3 N# E( q( r( m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。
- u# z% {5 X9 a4 c  f
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：
4 o& b. \- v8 x8 f3 d  f. \
----------------------------------------------------  分割线 ----------------------------------------------------------
: u+ M6 R- ]) B, V3 `" W7 y/ ?  r
9 I, s) T" Q, q, z6 W/ n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。
: I1 k; Y  v- E
6 x0 F/ ?/ U! 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。
" u; y: L- L5 n9 ]
特写，80C49

1 p4 ^1 N5 B' q+ u, x) Z9 H) ZLED部分，使用了一片D触发器锁存指示灯状态.
( W, n& C$ ~/ H5 f4 L8 j8 w6 W
5 [- U3 W, z2 [0 }4 G暴力破坏，将80C49拆掉
# t7 V8 p( t* h& F7 X1 B
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。
6 ^- P3 Q+ e* _7 I) E9 u+ ~
* I9 v5 i& r6 |( b& s焊好元件后的板子，准备替换80C49

4 v4 h" J$ f7 B7 r- P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。
/ z- F3 N6 V; m" d' _  m' X
' V& B- b! q  h7 \3 G1 V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.
7 z% n3 M6 h; Q+ a" C! r
6 f+ a* q* _" w  x0 g2 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。
1 J) V- ^( d/ G; s) f/ i
我设计的MCU PCB要在键盘PCB和钢板之间。除了SWD的引脚，把UART飞线出来供调试的不时之需。

主键区键帽就位

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。

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。
4 P# F  g* ~; c$ g" J  J" u- A
6 `3 o5 h6 H" C" `
# h4 \  w' H) n. |( s& r, L* z----------------------------------------------------- 分割线 --------------------------------------------------







$ S6 J8 ?6 j& }$ ], g$ _, l2 ~


6 \9 X* _$ v" A; Y
: n7 [3 L8 e, W- X0 H

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：

1 E* Z, M2 E2 f* a
# n. {  }3 o+ a; C+ `' T- 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)
6 V2 m" k) j6 ]  b" }! N- q
9 O0 |* `5 S+ H8 x, Y9 E
6 {. g/ @- e5 m) j4 h# [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。
* P' P/ U& M/ }4 H4 j: t
这是我设计的电路图：
4 l- p! h0 r$ B. y
& E$ t8 ?, p4 y4 U
PCB Layout:

9 s  h. u9 k1 D
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

9 x' b# f  x. }: s
+ |" J1 \9 V  D) r+ h/ I8 }软件上的工作比硬件多得多。因为想改造成USB键盘，不得不把USB HID的实现稍微看懂一下。PS/2模式硬件上也是保留的，暂时我还没去写软件。

总结一下，USB HID键盘需要使用两种HID报告：一是从设备到主机的，按键状态的报告，8字节；二是主机到设备的，指示灯状态的报告，1字节。第一个报告我使用EP1(Endpoint 1, 端点1)来发送，中断传输；第二个报告就使用默认的EP0，控制传输。USB的描述符，可以从现有的USB键盘上修改而来。下面是用USBTreeView这个工具查看到的的我的这个键盘的描述符：


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)
; I$ d  K9 }" y0 U* B* R+ o* ~{
. N: R# m" k* r& n: C2 e    if(USB->ISTR & USB_ISTR_CTR)
    {
* `( @: _  O0 }5 l        if((USB->ISTR & 0x0f)==0)   // EP_ID==0
        {
            switch(ep0_state)
8 k3 k  q' E' f& x            {
                case 0: ep0_state |= 0x80;
                        break;
                case 1: if(USB->EP0R & USB_EP_CTR_TX)
) @6 C. Q/ j: S0 x                        {
* s: f  J* V( `8 r! {5 b9 b                            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
7 s/ I8 E% y) n! @1 ^                            ep0_state=3;
; x- ]) i! b" F: n. D( m; E                            return;
* g1 r1 K) S1 r4 O" j; ]" n                        }
8 o3 Z( a0 @( V+ l  ?/ L- m# [                        else
6 b" s2 ^& n1 `& _& ~  N& {                            ep0_state=0;
                        break;
                case 2: if((USB->EP0R & USB_EP_SETUP)==0)   // OUT packet
                            ep0_state |= 0x80;
                        else
                            ep0_state=0;
. Q) u3 n$ C% M  O8 K                        break;
                case 3: ep0_state=0;
                        break;
6 q8 U0 o  f- G                case 4: ep0_state=0;
                        break;
/ @5 o# ?* Z7 i7 u# M7 N$ h                default:ep0_state=0;
                        break;
            }
            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL; // just clear flag
            return;
        }
        else    // EP_ID can be 1
) C$ y8 u' b) [% T: S& A        {
            USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1; // just clear flag
$ \( @" z: O5 Z. W2 ~9 U+ w0 ~            ep1_wait=0;
            return;
        }
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_PMAOVR)
    {
; x/ G! m$ b, a        USB->ISTR = ~USB_ISTR_PMAOVR;
    }
/ H- X) N2 ?( E( E, l2 l    if(USB->ISTR & USB_ISTR_ERR)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_ERR;  // write 0 to clear
4 c+ `9 ?$ {2 B/ k  n' z    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_WKUP)
    {
        USB->CNTR &= ~USB_CNTR_FSUSP;   // no suspend
3 o4 Q9 X4 L/ ^9 ~& D- x        USB->ISTR = ~USB_ISTR_WKUP; // write 0 to clear
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SUSP)
    {
        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)
3 D4 x% u! ?' y  l    {
        USB->BTABLE = 0;    // buffer table at bottom of PMA
        USB_PMA[0]=128; //ADDR0_TX
        USB_PMA[1]=0;   //COUNT0_TX
        USB_PMA[2]=256; //ADDR0_RX
* }6 M7 Q9 B2 ]+ z) j, a7 X. A; C; ^        USB_PMA[3]=0x8000|(3<<10);  //RX buffer 128 bytes
        USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX1;
& T2 w; Q+ l6 Q+ }+ r7 l% Q        ep0_state=0;
        USB_PMA[4]=384; //ADDR1_TX
        USB_PMA[5]=0;   //COUNT1_TX
& T! m) X" X! h# B  ^        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1;    // EP1 type
; D9 Z. R" v8 \. _+ f        ep1_wait=0;
        USB->DADDR = USB_DADDR_EF;      // enable function
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_RESET;    // write 0 to clear
, Y* p6 Q. s5 U/ v) D    }
. q* e2 @5 t! U* v    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SOF)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SOF;  // write 0 to clear
6 X; R' w2 K" Q/ i$ j. A, E/ i* [    }
, ~" n  r6 C% C: R3 q" d* r& S8 j}

1 S3 y  N6 {" D+ `2 p$ k2 N0 ~% B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。
) q8 H3 ~0 c4 h# I8 j
2 v( E. Y$ I( w+ T    while(1)
    {
- P7 m) V, l4 \" r  R6 `/ D5 Y% k        static char row=0;
        __WFI();
8 A/ K1 G3 C; @- X5 b( H. V        if(ep0_state & 0x80)    // request data processing
        {
* ^- J0 y+ r" b. L& s2 K# s0 C3 Q( p            if(ep0_state==0x80) // SETUP phase
& _4 B+ F' o5 L; [  \            {
                if(!setup_packet_service())
                {
                    ep0_state=0;
/ z+ l; M- [  q# e                    // not supported
                }
                // ep0_state should be set to 1 or 2, if processed
5 U% z+ k1 f3 v+ u5 a            }
  H" V% w* t( R- P7 m            else    // OUT phase
7 u5 |+ `/ Y- I% S/ {) d" o5 G            {
' t6 M) p# [$ g" r5 ?; K                // process data
                show_LED(*(uint8_t *)(USB_PMA+128));
% ~' t4 v3 L8 y) Z# z7 g- o                ep0_state=4;
                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
" S! s: z6 `2 P/ Z8 A            }
        }
" L8 j, I- f, A. M1 J) _        else
        {
" I6 z- i3 D! E3 C+ a            if(usb_address && ep0_state==0)
' S  ^! L" v. [8 f, V; t            {
, F( l6 l& B9 O) ^                USB->DADDR = USB_DADDR_EF|usb_address;
& c- E6 `8 B) i! A) [: e1 g                usb_address=0;
            }
        }
        if(row!=scan_row)   // new scan line
1 b# n3 S' {: b" y        {
$ Y+ Z% e) D5 E1 Y            if(key_state[row]!=prev_key_state[row])
( B  g8 k" H5 B! ]* @            {
$ A" v. E( ^5 q% v# }, w) K& w6 G' M                uint8_t test=0x80;
# Y1 M& T/ @/ @0 z                uint8_t diff=key_state[row]^prev_key_state[row];
                for(i=0;i<8;i++)
                {
, i) v8 J/ B% ]                    if(diff & test)
" K) T1 d7 R! i                        update_key_matrix(row,i,key_state[row]&test);
$ d5 \  p1 ?! ]' l9 `                    test>>=1;
                }
            }
            row=scan_row;
/ L+ m: ~) }4 U; ]; c        }
    }


EP0的控制传输，把用到的请求处理一下
1 c* S; S, j3 L5 c7 D" ychar setup_packet_service(void)
5 T" J8 j* H6 j2 f% y{
    if(ep0_std_req->bmRequestType & 0x20)   // class-specific
    {
; J" m  n! w7 `9 b5 G- I& [6 C        switch(ep0_std_req->bRequest)
$ j6 L% \$ @% K. ]. p! L) u5 i        {
# ?1 s) H+ ?% J! V            case REQ_GET_REPORT: break;
            case REQ_GET_IDLE:
9 t$ {# {7 W9 W5 {                USB_PMA[64]=0xfa;   // return 1 byte
                USB_PMA[1]=1;
. q4 W3 J" h/ U8 L: B. A                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                ep0_state=1;
6 I8 ^6 w8 X2 z* y# e! D/ p                return 1;
2 M1 T! R+ X( J, A/ o. r; H1 O                break;
0 C  Z' F# U3 Z: g% }1 C7 N2 N            case REQ_SET_REPORT:
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
: z( l/ G8 T' U! J  z# e$ g$ u                ep0_state=2;
                return 1;
                break;
            case REQ_SET_IDLE:
  ~" {% R7 j+ k* {8 j& q                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
$ i( J4 M& ~1 }8 H% t9 r+ ?; _6 |                ep0_state=4;
                return 1;
, G  k( [) \( ?+ A) ?                break;
+ u8 p1 C1 K  L" p) o6 \        }
! A  y8 y* ^4 q9 T        return 0;
    }
* u2 z& y/ A# L( R3 f1 Y    else    // standard
    {
        switch(ep0_std_req->bRequest)
5 t# y' b5 R3 n        {
2 W$ f  A* p: f$ }            case REQ_GET_DESCRIPTOR:
                return descriptor_service();
                break;
/ Z0 ?/ h" C! X3 L2 d) b            case REQ_SET_ADDRESS:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
6 v: f/ n$ G) T& i                    return 0;
                usb_address=ep0_std_req->wValue;
8 Z/ _1 a5 _! v/ k' Q, ]$ v  y8 T                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
& b) V8 U0 J  ]- }* H9 e, g0 V                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                ep0_state=4;    // No Data phase
4 ^% ~9 f8 M' T' ^. V4 K                return 1;
            case REQ_SET_CONFIGURATION:
- o$ n$ A# n, x6 d                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
  h( N1 Q8 z# h0 p. L                    return 0;
                USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX1|1;
2 O* \! l9 H- I                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
                ep0_state=4;    // No DATA phase
% M) p& D9 _8 a4 i- L                return 1;
' c+ z) ?& W! V( h7 i! G4 ~1 D            default: return 0;
        }
    }
' J; c. r* q6 g9 u}


4 m* i3 i  o4 F( s
$ h5 I, |* C! ]# f" Y7 P! w

miaozhuang

各种描述符，是USB开发首先要处理的
) t! e" w9 G8 i, Ichar descriptor_service(void)
) [% D$ K) ]1 w& Y  n7 _5 s% l{
    switch((ep0_std_req->wValue)>>8)
    {
& m4 |4 e5 D% f/ Q) y        case DESC_TYPE_DEVICE:
            return ep0_preparedata(&DevDesc, sizeof(DevDesc));
            break;
        case DESC_TYPE_CONFIG:
            if(sizeof(ConfigDescData)>ep0_std_req->wLength)
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, ep0_std_req->wLength);
( W% ^4 h5 M9 N- A( x1 K. P1 L            else
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, sizeof(ConfigDescData));
            break;
5 X# |* `- Z/ L8 `: O% U        case DESC_TYPE_STRING:
1 @. T) Z7 |" B            switch(ep0_std_req->wValue &0xff)
            {
: }: p$ e1 w1 n6 P  {3 ~                case 0 : return ep0_preparedata(&LangIDDesc, sizeof(LangIDDesc));
                case 1 : return ep0_preparedata(&UnicodeVendorDesc, sizeof(UnicodeVendorDesc));
                case 2 : return ep0_preparedata(&UnicodeProdDesc, sizeof(UnicodeProdDesc));
                default: return 0;
  ~* ?; V: A( x! K            }
            break;
        case REPORT_DESC_TYPE:
3 Q, o& q, S% t6 ?  w; x3 H6 ^" w. |            return ep0_preparedata(&HidReportDesc, sizeof(HidReportDesc));
        default:
            return 0;
    }
  z8 p$ m! k  n7 T. z1 v* i}
/ f- l/ [2 m3 v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.
6 L+ V9 N4 H2 K4 q7 y( H' Ivoid TIM6_DAC_IRQHandler(void)
{
    __IO uint8_t *PA_IDR = (uint8_t *)&(GPIOA->IDR);


  L, Z* J& r6 |) k    TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;
    prev_key_state[scan_row]=key_state[scan_row];
    key_state[scan_row]= *PA_IDR;   // update key states
3 R( \0 e) q+ m    switch(scan_row)
9 i9 d3 Z: i$ m) d. Q% h    {
        case 13: // next row PB14
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT;
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER14_0;
& X# O# d! K5 d& f                break;
        case  0: // next row PB15
3 D. [) C( o9 R& g% U4 C( o                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
+ [8 B5 J1 l* b8 y$ x* r4 z0 F                break;
% _6 J' N0 H* W- p        case  1: // next row PB3
% B& u1 E5 j, Q0 j# ?8 x                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER3_0;
" `) n0 J. F* o! z                break;
! @8 m4 }& d" a  m; T        case  2: // next row PB4
* r" e" J3 }- ]: B% Z                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER4_0;
                break;
$ }9 }4 L( }7 F        case  3: // next row PB5
. j+ V, j/ {7 }% z                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER5_0;
0 D; ?: y- j( i% I                break;
        case  4: // next row PB6
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER6_0;
# R& b0 I0 O( D' w7 }0 {                break;
        case  5: // next row PB7
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER7_0;
1 U! G: f5 q, M: Y- J8 c( W                break;
        case  6: // next row PB8
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
# I( L9 v/ n  e                break;
0 B% Q8 x& [- ~6 \' h        case  7: // next row PB9
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
' u% v# a1 ?3 ^& W- Z8 Y                break;
/ S- w$ P( Z- y; O        case  8: // next row PA8
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT;
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
6 H) ^: P) O  P, C2 Y* h                break;
        case  9: // next row PA9
* N. ~  l/ o+ g7 i7 S8 ^5 N                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
                break;
        case 10: // next row PA10
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER10_0;
                break;
        case 11: // next row PA15
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
: u8 _. n( [0 ]& u7 B3 ]* a        case 12: // next row PC13
4 n& |& ~8 F% _2 H7 `" p$ B# _" F                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT;
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER13_0;
  b* `; b  m9 R; |+ P                break;
    }
    if(scan_row<13)
        scan_row++;
0 E; ?$ ~0 b: B6 W& F    else
; U1 r! m0 c, h& k2 V, @  j! ^8 o: o        scan_row=0;
% j) I1 C6 \' m" b: T1 s0 d5 a}

3 l) b/ i7 y3 |# E1 M+ k
# B. w& b0 m, w

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。

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：

& @8 ]: [. j2 |! [; u% b1 _, L$ p
const char hid_keymap_qwerty[14][8]={
6 A# U& L& R  K0 n( s& j! B    {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},
9 \! }( L8 T+ ^1 j( p  }) k    {HK_Period, HK_V, HK_BSlash, HK_J, HK_P, HK_Q, HK_4, HK_F6},
0 J; j/ J0 Q/ K; {! Q+ Y    {HK_Comma, HK_C, HK_Quote, HK_H, HK_O, HK_Equal, HK_3, HK_F5},
9 _0 `& m! S! }! n7 e    {HK_M, HK_X, HK_Colon, HK_G, HK_I, HK_Minus, HK_2, HK_F4},
0 M0 f9 r! r. F* j3 b9 P2 r    {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},
. `# }) T" p) u' U: d    {HK_NONE, HK_RAlt, HK_LCtrl, HK_S, HK_T, HK_8, HK_Enter, HK_F1},
8 Q& K: ]( M% ]( j: `5 F6 M+ ]    {HK_PgUp, HK_Home, HK_Insert, HKR_5, HKR_6, HKR_4, HK_F10, HKR_Dot},
- M5 W% i& @" q2 f8 B    {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_N, HK_Z, HK_L, HK_RBr, HK_E, HK_6, HK_F8},
4 {2 v- h) W2 |/ T    {HK_Slash, HK_B, HK_Delete, HK_K, HK_LBr, HK_W, HK_5, HK_F7},
    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
# \6 f/ Y( ?4 z  W};


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},
    {HK_W, HK_J, HK_Minus, HK_D, HK_R, HK_RBr, HK_3, HK_F5},
- v3 n" q" R! d    {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},
2 {( F9 p6 {5 |2 K6 @    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_E, HK_F, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
. h* w6 V0 ]. D& y% w, x4 l    {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},
    {HK_PgDn, HK_End, HK_F11, HKR_9, HKR_Minus, HKR_8, HKR_7, HK_NONE},
' n9 c6 b+ s6 @4 \' l. e    {HK_Space, HK_B, HK_Colon, HK_N, HK_Equal, HK_Period, HK_6, HK_F8},
- h4 d6 {. \( D/ z" F3 |    {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}
};
5 X8 c8 B0 p! V6 |
  }( b* c7 g8 |6 O8 _6 ?
6 a9 H' c# f$ H( b$ K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。
, V5 S3 c4 G1 V# W3 s
$ @4 q, |. h9 ]6 @- VHID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：

+ }( n; f  v2 a/ Dvoid update_key_matrix(char row, char col, char onoff)
{
    static uint16_t hid_report[4]={0,0,0,0};
& S( W! P" D; ?4 f: z    static char (*hid_keymap)[8]=hid_keymap_dvorak;
5 E4 ~6 u' G, T7 O2 T3 B; H
# h, R$ D& j# R
    unsigned char key=hid_keymap[row][col];
    unsigned char *report =(unsigned char *)hid_report;
    char i;

' u% p: H: z6 Y( X
: f* ]# u+ Z/ B/ k; B% ~. ]    if(key==HK_MODE)
    {
) S4 O& V2 p  ]: E        if(!onoff)
. p% ]8 ~4 @  o2 O5 n. F        {
, n4 b7 B9 X# d( d$ C            if(hid_keymap==hid_keymap_dvorak)
7 ~2 ?$ N$ ^+ t* ~            {
                hid_keymap=hid_keymap_qwerty;
                GPIOB->BSRR = (1<<2);
2 y+ w! l% Z' f( v) \5 g5 A            }
            else
% R& i- p8 ]0 S            {
                hid_keymap=hid_keymap_dvorak;
                GPIOB->BRR = (1<<2);
) a$ S- h" [3 h7 @            }
& H8 C" K2 b: l. M" a1 n( Y        }
        return;
2 b0 |6 t. k+ G) x4 H( L  ~    }
# y2 |, ~  H7 E+ E

    if(key>=0x80)   // Alt, Ctrl, Shift
- n( {% C: t% |    {
% g* @* |8 C" m' N+ h        uint8_t bitset = 1<<(key&7);
        if(onoff)   // non-zero is key up
  p; z, S7 R2 y* P3 n! Q1 y: C; H8 e, A            report[0] &= (~bitset);
! Y# }, n" Z% N: B6 G) X$ g        else
            report[0] |= bitset;
& W( m; d0 ?* c2 Q    }
    else
1 n6 t8 b  j. q1 ^$ a4 H8 T    {
        if(onoff)   // non-zero is key up
        {
- Z' C* @5 w: e& J3 F6 @            for(i=2;i<8;i++)
' S9 }' X( A2 R  Q            {
7 Q9 w% B, }3 L& _, b, H  ]                if(report==key)
                {
                    report=0;
2 ^4 i" N+ r3 a& A' i0 K( ]6 g9 a                    break;
                }
, k. U- y8 D* _' K: k/ l            }
$ L( e( k, z' d9 H+ O1 Y$ Y: S        }
        else
, Y* x8 |- m' p* o        {
, Y2 B5 `- s( h" M% F; S3 ?$ {            for(i=2;i<8;i++)
            {
                if(report==key)
8 Z& h0 D7 f: e                    break;
# A. O/ u, J& E( S$ f& o                if(report==0)
                {
                    report=key;
                    break;
) ~$ v/ `5 Z2 U; h( B                }
+ b2 ~- _0 C# _            }
        }
    }
0 r2 F% a/ w7 e& T+ A4 C+ Z& p    for(i=0;i<4;i++)
: H# E3 ?& J4 I2 A- k; ~( d9 q/ e        USB_PMA[192+i]=hid_report;
5 K" c. U+ U+ B% x3 ^! }    USB_PMA[5]=8;   //COUNT1_TX
    if(ep1_wait==0)
    {
        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX0|1;
) J' z, V% B4 _        ep1_wait=1;
$ y8 F- y& ]6 M& B    }
! {, j' k3 {' r) ?) k4 @" i}

1 U3 ^. t& C- \; E! m' o' w" u7 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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5 E4 J6 B6 ]7 g' A$ [+ C; f
7 J9 `6 I% F4 ^8 n( r& Y! d" K

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
不过楼主也很厉害！

miaozhuang

网络孤客 发表于 2016-9-22 13:48
/ t5 l8 t$ R- d8 I: v0 E, l刚开始我以为要把打字机改造成电脑键盘
3 y2 Z7 m& ?6 T: J# u+ s不过楼主也很厉害！

哈哈  是有点像奥

Mr.Prince

很厉害
4 l3 x, I+ o" c0 R

thermoer

这个看着真硬核