【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。
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* \+ J1 F* S) c8 n! A3 [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。
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1 \; ^/ q% R; p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：

0 U- ]# T2 A* W1 p7 U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：
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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。
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8 z; d, U* z, p* ^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。

9 u# Z8 E  J- D4 S: t( t) A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 |* p: H: v( q4 W/ L# g2 f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：
8 ~! L" W0 |" w2 b6 u
----------------------------------------------------  分割线 ----------------------------------------------------------
6 I# |2 F8 O8 J: r# u# x
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。

9 @# o# w; E; Q0 k3 {1 x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。

' q* N$ O$ U6 @特写，80C49
6 K' f+ L$ ^! c+ `/ k6 R
$ z( L& ~! p. K1 X5 kLED部分，使用了一片D触发器锁存指示灯状态.
' ~( A* O' i# ]" g$ X
$ v3 ~( m( e6 r1 P+ V. ~- B2 O( l6 x暴力破坏，将80C49拆掉
. e7 m, ~$ Q/ E) B' n
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

5 s' d- t0 K4 g0 L6 l& F* Y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。
5 V+ {( c$ f# T$ n0 c, [* N1 A, t
& Q# J. F& v9 {+ L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.

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。

) {( g9 {; y) t- {$ B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。

  {4 V. I9 b+ I- J5 R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。
% G# o% G: Y* ]' Z7 ?; [2 Q

1 l2 n/ F! {1 C----------------------------------------------------- 分割线 --------------------------------------------------

3 ]6 [- m7 N8 p' B: K
# f, V! L6 {7 n3 c8 O5 q2 r
# ~* Y/ y- e+ k: B
- ?& J/ a) S( i
. g1 B0 s1 @7 y8 t4 S- O0 P  B; [
/ ^- |9 j0 K, W' w) h9 ]6 k2 ~

  W7 ?1 Q! i# p

# k. K5 f9 T. h9 k; o: m/ _
: r& V  H% }1 F

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：


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)


  @- h3 h& S: }: ]- ~" q4 ]5 i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。

6 D, }! N* ?4 Y这是我设计的电路图：
, P* |7 k/ K/ j$ G
. H; `8 i" x; w  @- ?
8 q, y1 B% ^/ }PCB Layout:
9 U+ z1 L: E0 a) |

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.
+ U) x6 I' h0 k6 P7 u2 ^7 k

miaozhuang

6 T2 [4 Y$ d( j1 V2 w" j9 n
; ]8 b7 K) Z* F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）
% o7 j7 s1 Q  Z( w1 M& D
) @. @! v. Q! G3 }$ I* f, V' n$ y% \USB的中断ISR，bare metal哦

void USB_IRQHandler(void)
{
2 }3 |5 T6 h; y) \8 F    if(USB->ISTR & USB_ISTR_CTR)
! R  ]! G- o& K8 H4 J: |    {
, {- A9 @  h! p! n# H3 I* X, \; e* _        if((USB->ISTR & 0x0f)==0)   // EP_ID==0
  D  y4 L- V4 h# }) t1 t1 |        {
# W) S1 U' k& v+ B' f/ \            switch(ep0_state)
" p) \2 b! ~! w5 A( [( ^            {
7 O5 Z3 u- S) R                case 0: ep0_state |= 0x80;
                        break;
1 Q3 ~4 u$ m( J7 }                case 1: if(USB->EP0R & USB_EP_CTR_TX)
/ x: c" ~7 n6 S4 N                        {
                            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
                            ep0_state=3;
8 U4 ?6 G8 ~4 Z% K( N                            return;
                        }
; D# a4 m4 y2 f0 \8 B; H                        else
2 y+ I2 y, b% v  q/ [  Q0 z                            ep0_state=0;
                        break;
' U6 _' W: }, I. h# L; j7 @6 U                case 2: if((USB->EP0R & USB_EP_SETUP)==0)   // OUT packet
; i( {! {' s4 a% r( {/ {                            ep0_state |= 0x80;
9 p8 A( ]; [9 Q9 e( C0 p# K$ Y6 j3 j                        else
                            ep0_state=0;
8 u( \. a3 G8 Z( b. O; [: V( V  q                        break;
                case 3: ep0_state=0;
                        break;
                case 4: ep0_state=0;
                        break;
! Q! ~5 R; o5 ^1 W  P                default:ep0_state=0;
                        break;
3 k2 O6 E% o; z$ M            }
6 k  [+ t8 b# n9 I            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL; // just clear flag
1 G0 Q7 z( l. w0 K. A1 m            return;
        }
" w0 c  c/ e, Y        else    // EP_ID can be 1
        {
( V9 Z/ m, i1 Q8 N: ]* _! \8 i7 w- X' k9 x            USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1; // just clear flag
            ep1_wait=0;
            return;
        }
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_PMAOVR)
    {
: ]- g" {5 H' {# @" e! b. A        USB->ISTR = ~USB_ISTR_PMAOVR;
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_ERR)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_ERR;  // write 0 to clear
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_WKUP)
    {
        USB->CNTR &= ~USB_CNTR_FSUSP;   // no suspend
4 |8 W7 p* p- B2 W7 T+ D6 i% ^' Z        USB->ISTR = ~USB_ISTR_WKUP; // write 0 to clear
9 S# R+ |" ?& o8 _" E    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SUSP)
6 M1 _, t  |  X    {
        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)
    {
        USB->BTABLE = 0;    // buffer table at bottom of PMA
+ \5 ]7 {$ y% `+ I$ g        USB_PMA[0]=128; //ADDR0_TX
        USB_PMA[1]=0;   //COUNT0_TX
        USB_PMA[2]=256; //ADDR0_RX
        USB_PMA[3]=0x8000|(3<<10);  //RX buffer 128 bytes
        USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX1;
        ep0_state=0;
        USB_PMA[4]=384; //ADDR1_TX
        USB_PMA[5]=0;   //COUNT1_TX
( p$ f) d) \; G0 r        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1;    // EP1 type
        ep1_wait=0;
& {, A0 t. i$ [$ M2 l& o4 }; X7 i        USB->DADDR = USB_DADDR_EF;      // enable function
; |! i3 _* O0 p3 [/ ~2 N# m2 z        USB->ISTR = ~USB_ISTR_RESET;    // write 0 to clear
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SOF)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SOF;  // write 0 to clear
    }
}
7 [& {9 O. b% y7 L3 i! U7 ~
9 D' _& }! a" C8 b1 y/ d$ \% E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。
& Y. @/ q3 w+ v" C1 |5 o8 E
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。

) l/ [" z1 r  T9 f# e& `    while(1)
    {
        static char row=0;
3 Z3 y6 v$ g; |        __WFI();
        if(ep0_state & 0x80)    // request data processing
        {
            if(ep0_state==0x80) // SETUP phase
            {
6 N! F; Q0 j4 K7 N) x                if(!setup_packet_service())
9 ]. h6 m  @; V8 n  N' m                {
                    ep0_state=0;
                    // not supported
. ?) l2 g7 p  C2 G                }
! _+ I7 T+ k& c6 ~) r- D! a                // ep0_state should be set to 1 or 2, if processed
            }
            else    // OUT phase
            {
                // process data
                show_LED(*(uint8_t *)(USB_PMA+128));
2 w: h, A: ?. I                ep0_state=4;
                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
% p8 F$ {: q+ U/ f+ ]1 F" V                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
! r7 K6 }$ G, p& x  z8 @3 t            }
3 e. M# U+ J) P6 ~* a  k) m" M        }
        else
$ k6 h  I+ k; R  l3 V        {
. @% V! h7 Q4 @4 H            if(usb_address && ep0_state==0)
4 g0 f8 h! J/ q# @. N2 _  X3 F            {
; ^, _! W3 k* N" H2 q9 Z                USB->DADDR = USB_DADDR_EF|usb_address;
                usb_address=0;
            }
        }
        if(row!=scan_row)   // new scan line
        {
            if(key_state[row]!=prev_key_state[row])
            {
* U( o. ~* N- x                uint8_t test=0x80;
$ b8 p) I* @5 `4 K9 y' t0 p                uint8_t diff=key_state[row]^prev_key_state[row];
                for(i=0;i<8;i++)
6 Y& V  d0 d# G                {
                    if(diff & test)
4 \; P8 V, v( l+ n+ {5 U                        update_key_matrix(row,i,key_state[row]&test);
                    test>>=1;
                }
            }
            row=scan_row;
        }
8 U/ i; s2 e8 k9 A# Z4 F    }
& Q% P2 E1 G! J4 `" F7 C
! k4 k+ I# y! w
EP0的控制传输，把用到的请求处理一下
; Z8 u( }5 j7 ichar setup_packet_service(void)
{
    if(ep0_std_req->bmRequestType & 0x20)   // class-specific
, Q& l; [3 Y0 `    {
# A& H1 G2 h, w- E' V  @        switch(ep0_std_req->bRequest)
' Y3 V7 e8 r3 B. D5 o$ L: T        {
            case REQ_GET_REPORT: break;
            case REQ_GET_IDLE:
                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;
% s5 W- R( D" d' X0 z- X                break;
) n( Y1 @. c3 f9 g  |' N! `" c( Z            case REQ_SET_REPORT:
, j. J6 V6 t  ?! n( |                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
' S% J  [! p* B$ x# o                ep0_state=2;
$ x' j# n' H6 d4 c9 L                return 1;
* H" y& m0 S. i                break;
            case REQ_SET_IDLE:
                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
% c9 E) c1 e4 r% a) ~- G% O' p                ep0_state=4;
$ u! y% c; \( O0 w# f* n. N' R5 `( r& s                return 1;
                break;
        }
        return 0;
    }
% T- Q. f+ I! c/ @: R, K4 e! {    else    // standard
    {
' @$ @/ o3 n) f9 O        switch(ep0_std_req->bRequest)
- ~% M1 N& L0 g' U+ R3 K  x        {
            case REQ_GET_DESCRIPTOR:
* I3 y/ J- \) K0 U                return descriptor_service();
                break;
            case REQ_SET_ADDRESS:
8 D$ o* \  ^( j5 x. h                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
$ W/ ^& a  L, }5 ^+ x; ^                    return 0;
                usb_address=ep0_std_req->wValue;
9 x8 E+ i  ?( ?. k! H& U: A( v                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                ep0_state=4;    // No Data phase
                return 1;
" ?6 A) I. p' c4 c" A$ c            case REQ_SET_CONFIGURATION:
0 A/ l; @+ V  y' r# q4 {) t                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
+ e  f. u+ a% p2 y                    return 0;
                USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX1|1;
8 a+ D4 U, d, p: Z3 F. Z                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
                ep0_state=4;    // No DATA phase
                return 1;
7 V' R; ?' g0 V8 k% z/ h% a            default: return 0;
        }
    }
}


3 B! }: t3 {- W2 a
9 E; Z& u: i- y3 \$ {

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)
- p4 n/ @) z; N! v2 J    {
* W$ u: B1 D% m! H6 s% O        case DESC_TYPE_DEVICE:
            return ep0_preparedata(&DevDesc, sizeof(DevDesc));
            break;
        case DESC_TYPE_CONFIG:
- s! S. `8 y8 }' d* ]. [            if(sizeof(ConfigDescData)>ep0_std_req->wLength)
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, ep0_std_req->wLength);
            else
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, sizeof(ConfigDescData));
            break;
7 V# {- Z6 m" r& Q        case DESC_TYPE_STRING:
            switch(ep0_std_req->wValue &0xff)
4 j/ u) O0 @: ?' I, K8 n, H$ l            {
: K$ i; ~  f$ e' v# h. W2 C                case 0 : return ep0_preparedata(&LangIDDesc, sizeof(LangIDDesc));
2 a3 V1 ?& L8 K% Y) N! K4 p9 J                case 1 : return ep0_preparedata(&UnicodeVendorDesc, sizeof(UnicodeVendorDesc));
! P) J- l/ S: ~# }                case 2 : return ep0_preparedata(&UnicodeProdDesc, sizeof(UnicodeProdDesc));
8 D7 n' l# Y! S( R, F0 u  a                default: return 0;
            }
# Q& ]8 N! ]& N            break;
. T+ K& J3 T9 M' F6 E! Z8 q        case REPORT_DESC_TYPE:
            return ep0_preparedata(&HidReportDesc, sizeof(HidReportDesc));
        default:
$ B% C7 U$ m: Z" d, f            return 0;
) y" m* ~2 N, |0 f) |% \    }
$ X* U# Z# H6 O$ a+ Q% 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.
: q% s7 m3 W  ^4 g0 U; Lvoid TIM6_DAC_IRQHandler(void)
{
" k8 n: S* M1 ]& {, H3 Z( y    __IO uint8_t *PA_IDR = (uint8_t *)&(GPIOA->IDR);


; w, q- I3 M9 k" m. ^' x    TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;
6 |1 k* |5 {& j, q3 n, ~9 C% W    prev_key_state[scan_row]=key_state[scan_row];
$ r+ i8 [4 Y5 u. c    key_state[scan_row]= *PA_IDR;   // update key states
4 z! l1 Q  Z- T; d" c  e    switch(scan_row)
    {
        case 13: // next row PB14
$ L. x. H$ B) y1 O                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT;
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER14_0;
! M1 b' P, v$ q: }5 S8 e                break;
        case  0: // next row PB15
9 S8 S+ j- ?) U/ ]3 D- A                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
; N* A, u! X/ s        case  1: // next row PB3
( g8 A  u. y6 y6 W( ?+ m$ l                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER3_0;
! |% B+ S7 i9 ~- x$ F. f2 P, q                break;
/ A7 r. Z6 L  m! d$ Q        case  2: // next row PB4
: @8 s: K% v! k7 n                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER4_0;
0 n# n) O8 d0 H% P1 d! N                break;
* ]! ?8 ~( p1 a/ q; B* w6 a        case  3: // next row PB5
/ Z9 {! {+ h3 o# ?  Z* n                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER5_0;
                break;
        case  4: // next row PB6
$ W8 R! P5 f0 M5 J9 h+ }* P5 A' E                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER6_0;
                break;
        case  5: // next row PB7
- R* E' r! U" r3 a                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER7_0;
8 j- n. j5 m  b% O  T4 X                break;
1 p& B% \! n) Z4 G4 L% c        case  6: // next row PB8
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
0 O1 _6 [* H1 Z: L        case  7: // next row PB9
" ^! W1 N. h- B* o9 c5 A                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
5 Y; i0 b( T% Z; J; r; T                break;
' f' w0 R0 e1 N0 |! G        case  8: // next row PA8
" G1 i$ X0 V2 s5 V* R                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT;
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
5 @) r' {: B, I. ]! }2 `        case  9: // next row PA9
8 r; H! s- v- ^, b                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
0 h0 T0 N" w$ ~5 e" U* U* v" b& t                break;
1 U' p, l4 Q8 U2 A. f3 U        case 10: // next row PA10
5 o! C/ U" X+ ^4 Y+ k, k( M                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER10_0;
                break;
        case 11: // next row PA15
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
% [9 H5 [/ t( s! h        case 12: // next row PC13
8 _- n. B; H% j1 x1 Z* c  B6 M                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT;
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER13_0;
                break;
4 [$ ?7 |  a( K# A    }
1 v% |' q2 n, {) v$ {- ]7 y- r    if(scan_row<13)
1 @9 ^/ L/ J0 l" x( ]        scan_row++;
    else
, ^  |+ \7 A, R! ^; B/ U: j1 j$ H        scan_row=0;
}

miaozhuang

( F6 f" k- F7 |6 ]
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。

2 W! F4 g- K- R, c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：


const char hid_keymap_qwerty[14][8]={
" B0 B: G+ \# Z; T2 X! ~    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_R, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
, A. s# o  ^1 v1 v" |/ w* @( W- 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},
    {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},
2 s6 i$ ?" g' A; w: a    {HK_LShift, HK_NONE, HK_Caps, HK_F, HK_U, HK_0, HK_1, HK_F3},
' t' p$ ]7 p, G) Z    {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},
+ p6 T2 C, r3 s+ P  A    {HK_PgUp, HK_Home, HK_Insert, HKR_5, HKR_6, HKR_4, HK_F10, HKR_Dot},
8 w8 ]) z" K  E6 q$ d. Z. K* ^    {HK_Right, HK_Down, HK_Left, HKR_Num, HKR_Plus, HK_NONE, HK_NONE, HK_NONE},
$ Z, s  `# S) C% I6 P" P    {HK_PgDn, HK_End, HK_F11, HKR_9, HKR_Minus, HKR_8, HKR_7, HK_NONE},
* r3 h, W, b+ }7 r0 `& t    {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},
    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
};
" x3 }0 t3 e: j2 q' R
  m0 J3 I; |& a/ Y7 q
const char hid_keymap_dvorak[14][8]={
    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_P, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
, x7 R) a0 w1 D5 {! o- q, u    {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},
& B5 f" o4 c7 E1 c# k0 a    {HK_W, HK_J, HK_Minus, HK_D, HK_R, HK_RBr, HK_3, HK_F5},
- A$ t' h7 @. s0 G7 Y5 F    {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},
1 L% a! |, V, G$ s    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_E, HK_F, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
& t7 \! Y0 j: Q6 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},
% s6 A7 o9 |7 z) w    {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},
    {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 l% n- ^4 u; b1 M' h, d1 I: E
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。
7 W  V3 ?8 Z% P
5 S: C8 U0 V" X5 q* k2 sHID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：
. z$ [1 ]5 X" i0 A3 D1 K4 k$ W: a
void update_key_matrix(char row, char col, char onoff)
4 S6 |! _& i3 K. {{
. d! Q) i" V' @' \* I7 i    static uint16_t hid_report[4]={0,0,0,0};
    static char (*hid_keymap)[8]=hid_keymap_dvorak;

1 w% G: O& h+ Q: U) e0 [6 L, V7 l7 ]
    unsigned char key=hid_keymap[row][col];
9 B7 P9 v! X& k0 w6 J7 @# b3 T    unsigned char *report =(unsigned char *)hid_report;
    char i;


    if(key==HK_MODE)
    {
        if(!onoff)
        {
            if(hid_keymap==hid_keymap_dvorak)
) Z% y" ]0 |0 y; _. I5 j# y            {
                hid_keymap=hid_keymap_qwerty;
                GPIOB->BSRR = (1<<2);
9 A4 y. P! ?& s6 L( Y3 D3 U            }
            else
            {
* R; ^1 q4 e' h& o                hid_keymap=hid_keymap_dvorak;
                GPIOB->BRR = (1<<2);
  |8 _5 [/ r" Y0 L            }
        }
0 U8 s" t) `1 s        return;
    }
7 |$ j# l( d0 R  f1 @6 u9 Y
! G8 L& @  J" S% k$ l" O0 }
& J$ t4 f2 \. x% `7 C& C    if(key>=0x80)   // Alt, Ctrl, Shift
" l4 u. y% d# Q& \" i    {
        uint8_t bitset = 1<<(key&7);
2 E( J5 \4 R2 W0 ]3 H5 a: O        if(onoff)   // non-zero is key up
            report[0] &= (~bitset);
        else
            report[0] |= bitset;
    }
    else
    {
        if(onoff)   // non-zero is key up
* z' [4 N3 ~5 i5 I! @% S        {
; L; m: h- u+ @2 w6 j9 Q            for(i=2;i<8;i++)
            {
                if(report==key)
4 O/ i4 M; n- @                {
                    report=0;
                    break;
                }
            }
% A0 a+ `5 C* M0 u  f, d7 Y        }
; N4 P: `" _+ o. M- t) M6 ~. r        else
        {
, ?* o4 Z) B# S6 R& ?$ z            for(i=2;i<8;i++)
; c( a0 v" t2 P* i& G7 s            {
% K6 c& x4 F& g2 A2 s: P% g                if(report==key)
+ j( p/ g. w& V                    break;
                if(report==0)
: ]* Y' q% t" J7 J- V                {
                    report=key;
) w. g  S& y, ]& S6 u                    break;
                }
/ x! Y( D/ \% }4 a  J: ]            }
        }
    }
3 `. N& t5 N* o! W    for(i=0;i<4;i++)
, ]2 ~4 ]6 X2 g* C" }$ q- w7 f  i" F8 B- u        USB_PMA[192+i]=hid_report;
    USB_PMA[5]=8;   //COUNT1_TX
    if(ep1_wait==0)
' o( s$ [& C( @9 d4 {  O$ ^- m9 A, L    {
  [! e; h  P6 e2 w        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX0|1;
        ep1_wait=1;
    }
}
/ U9 J& w" z( `
- z. B* _" t+ n3 `
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。
5 z9 w2 ]! m$ I" b) @# U- [' I keyboard.zip (8.7 KB, 下载次数: 6694)

2016-9-21 21:01 上传

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- P' Z0 F1 j9 _+ U8 F  m! 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。

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
刚开始我以为要把打字机改造成电脑键盘
不过楼主也很厉害！

哈哈  是有点像奥

Mr.Prince

很厉害

thermoer

这个看着真硬核