【灌水无罪】老机械键盘改造USB，QWERTY/Dvorak一键切换

miaozhuang

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0 w  D! P2 }) Q2 {( ^) {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。

3 J, y" H8 e) b, N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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* I" p8 T* t3 T' C3 i
2 q) s# P6 n- B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：

8 n+ o  g; k/ f) Q% @2 W- z( E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.
4 ^  J6 o. z  k' `& Z# w9 UDvorak(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：

+ Y% ]" n4 I2 {4 n; RDvorak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。

+ i- O' P# X& X+ q9 a2 x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。

! Z" R* y. R) t/ Q7 {: 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。
. A2 R% p6 Y' b" C9 B
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：
2 i1 I7 @4 W7 @2 F3 {) M! ~5 [
; {& R7 q. @0 X# W! b----------------------------------------------------  分割线 ----------------------------------------------------------

: e! A& p! s2 T+ G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。

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。

/ ?$ d# B+ z+ g$ p, p; N特写，80C49

LED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

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。
5 C. O, c! Z% L8 i$ ~
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。
, E" i4 L) A7 R8 Q
# @( i0 G8 U1 L$ J1 S% i0 ~, R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.

9 ]* ]! H0 X1 Y+ y! Y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。

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。
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主键区键帽就位

+ R0 y- V" H5 K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 B/ \# l9 S# O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。
" c+ s* k: B  r; p# m1 I( g, D
, c* z& C& M7 f9 E
3 H* s% [4 R0 ~$ y( ], f----------------------------------------------------- 分割线 --------------------------------------------------
2 m3 Z- E1 G8 M" u; @, Z( N
0 G7 S7 M& m( L- b' S" q

6 W, k  ~3 `, O% G0 f
: d# t) \) j% o/ S0 r

1 D% k' @! p! x
0 A! b2 X* H5 v8 x


6 X" |0 s5 T( H

miaozhuang

DIY过程直播完了，下面说硬件的设计。
) M- Y: b& y5 T/ J% x80C49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：


; m; r6 U; I* F- Q& K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)
% f* M) R; ~, Y1 g
. b* U# B. Z' U( N% A% k
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 R% j& l: @% Z; ?! ^
5 o( v! s5 g" Z* m( D& I这是我设计的电路图：

* R/ M4 [7 c1 A# a( K; D, u
. X* `3 \9 T# t' i( h4 iPCB Layout:
/ q8 \( Q3 l5 n, N4 a- ^2 c  A
0 s# u" r& Y: a5 R) g/ _0 X
/ v6 V( i/ p+ L' c$ Z# }" m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.


7 j9 [- f% ]# R0 f4 Y' h* ^

miaozhuang

( e& d0 Q4 J0 X) K: A
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。
# s; D# T1 D% G0 n; 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：

1 f( U$ \& P) o
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
0 e9 H! U. j* a5 I) R( y% \: |
) H0 Y0 g% D1 x; z4 S8 B8 Nvoid USB_IRQHandler(void)
% X( ^0 x2 a# O. ?7 D) O{
  X8 l) g# S- b7 N5 N    if(USB->ISTR & USB_ISTR_CTR)
6 V5 r# b8 a3 F3 u    {
        if((USB->ISTR & 0x0f)==0)   // EP_ID==0
        {
            switch(ep0_state)
# [' }& |4 W/ _- L            {
                case 0: ep0_state |= 0x80;
8 q! q  g- t7 `1 Q/ m                        break;
& l' l% {  r" I4 ^                case 1: if(USB->EP0R & USB_EP_CTR_TX)
8 G8 n; M) j, n0 S7 `  @                        {
/ n1 A1 a& _% E5 t9 \                            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
) f: A8 L$ w$ P                            ep0_state=3;
9 j, {* Y' w5 V                            return;
1 o' Z1 W1 q& T5 }                        }
                        else
                            ep0_state=0;
                        break;
                case 2: if((USB->EP0R & USB_EP_SETUP)==0)   // OUT packet
7 R* v4 M0 }5 X) B                            ep0_state |= 0x80;
                        else
                            ep0_state=0;
                        break;
                case 3: ep0_state=0;
3 D& D. F  X9 C$ @# n! _) m2 L% O                        break;
" k: \# u9 \& @3 {0 U9 O8 y" |                case 4: ep0_state=0;
                        break;
                default:ep0_state=0;
2 s" v0 g) f  W7 Y0 X9 y: d                        break;
: B3 M; q: L: G: B( D            }
            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL; // just clear flag
            return;
0 \1 J: u" E; @& F- }$ b        }
9 {3 H( V3 ?8 X        else    // EP_ID can be 1
; k# [, ], ^2 O  F        {
( n- T# F4 A! v$ [# p            USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1; // just clear flag
            ep1_wait=0;
            return;
1 ?: R# e( G) q& c: v) _        }
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_PMAOVR)
    {
. h) b9 p6 T. g# W! n5 `        USB->ISTR = ~USB_ISTR_PMAOVR;
    }
) K5 M) \6 R' @. e    if(USB->ISTR & USB_ISTR_ERR)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_ERR;  // write 0 to clear
    }
* s" k# C1 \) w4 U+ u) ?    if(USB->ISTR & USB_ISTR_WKUP)
, V' p/ T$ m; `5 Z$ }    {
! C5 `) j5 {) Q' x+ `        USB->CNTR &= ~USB_CNTR_FSUSP;   // no suspend
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_WKUP; // write 0 to clear
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SUSP)
3 F4 a: j6 S' \5 U$ i/ K    {
        USB->CNTR |= USB_CNTR_FSUSP;    // force suspend
        USB->CNTR |= USB_CNTR_LPMODE;   // low power
% e9 x0 L  m1 `/ v/ S+ N        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SUSP; // write 0 to clear
4 s" D$ x! E7 h3 w: [' H    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_RESET)
    {
- \& {3 m; U& _0 [5 s. R        USB->BTABLE = 0;    // buffer table at bottom of PMA
        USB_PMA[0]=128; //ADDR0_TX
8 o* B. @0 b3 a8 L4 f, R$ d0 a% w        USB_PMA[1]=0;   //COUNT0_TX
        USB_PMA[2]=256; //ADDR0_RX
$ B" e: H, h+ x, P& t6 c        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
2 ^2 Y* d4 W, r        USB_PMA[5]=0;   //COUNT1_TX
3 A3 K+ d" {8 m7 R        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1;    // EP1 type
! _  \* ^: G* h8 C        ep1_wait=0;
" C. Z5 n8 M# E0 t6 \        USB->DADDR = USB_DADDR_EF;      // enable function
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_RESET;    // write 0 to clear
    }
  f9 A( S! A6 f4 t+ O# T    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SOF)
* ?- c( ?# k& d! A5 g' a    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SOF;  // write 0 to clear
4 b! {# X" a- h5 j8 o. S    }
; t/ x: R8 Q% C# P: ^; K}
9 B5 ?9 Z5 d0 S" s+ ~! n3 X
  R6 V) F5 a# T7 m+ t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。
2 i2 p1 Q2 `% Q/ O8 A
- S9 N5 Q, Y% z0 Y5 Q    while(1)
    {
$ ~5 I9 a3 i% V( z        static char row=0;
% _+ V; [$ I6 m        __WFI();
% T0 w- n$ f$ _' C- v* j/ u; s        if(ep0_state & 0x80)    // request data processing
- u, w$ B) T# l: x; ~2 G7 \: T9 E" g        {
            if(ep0_state==0x80) // SETUP phase
            {
  i( ?6 K8 W- S: o3 I" f1 h( {9 [                if(!setup_packet_service())
                {
                    ep0_state=0;
- d$ p3 \! A8 _& g                    // not supported
                }
0 M5 y" a+ Z4 Z# t! l/ h* \                // ep0_state should be set to 1 or 2, if processed
            }
7 \8 H3 `8 u1 |' x6 \/ q            else    // OUT phase
            {
' ]& J5 O7 H# w: F$ W/ j; [                // process data
- _4 n- |* A) n- N! z                show_LED(*(uint8_t *)(USB_PMA+128));
                ep0_state=4;
% L5 d5 Q- o& v0 V( ^9 W                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
1 \( g4 z+ }' b7 q/ n5 W                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
            }
        }
        else
& E$ {. v& n( A& v        {
. d, V3 E) z8 [            if(usb_address && ep0_state==0)
            {
                USB->DADDR = USB_DADDR_EF|usb_address;
                usb_address=0;
/ C" r  A/ L8 Z2 g! q            }
4 @; C# q+ _7 _1 s        }
. P+ ]! O2 u6 e# W% N1 o' [        if(row!=scan_row)   // new scan line
        {
            if(key_state[row]!=prev_key_state[row])
3 S' }: G! n# P/ L" c- O! s            {
7 N- f5 l1 z8 v$ R  ^: A                uint8_t test=0x80;
                uint8_t diff=key_state[row]^prev_key_state[row];
+ k/ A1 j' Y. _7 S                for(i=0;i<8;i++)
                {
, O5 m, A) ~* ]/ ]' F                    if(diff & test)
                        update_key_matrix(row,i,key_state[row]&test);
( I* ]8 O6 b4 a. H                    test>>=1;
0 a2 l5 ]5 K4 L                }
            }
4 ?9 \0 S* M. V) V* t! G# {            row=scan_row;
( t% r; N4 P  w7 X        }
    }
# s  z* c- y( p# @* n1 |
3 B: i* z( K' _4 o- U2 t" J
" k5 g3 O% y5 k% gEP0的控制传输，把用到的请求处理一下
& K$ }! ~6 y9 ]  _' Fchar setup_packet_service(void)
/ o- j- c3 G& r% B{
    if(ep0_std_req->bmRequestType & 0x20)   // class-specific
+ h& ~! j2 i7 P    {
        switch(ep0_std_req->bRequest)
" B( m# \: o+ V9 @* ?* ^' D        {
# J, _/ O2 a9 u- c- `$ O4 d9 q9 E1 \7 B            case REQ_GET_REPORT: break;
            case REQ_GET_IDLE:
5 Q' Y! J; `% }* W. F) w+ \                USB_PMA[64]=0xfa;   // return 1 byte
# C$ X6 G* X$ s; X                USB_PMA[1]=1;
3 H  Y% x6 e/ G3 k0 G                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                ep0_state=1;
$ C6 M! `& ^, F                return 1;
                break;
- ~. ~2 E( r3 j: k+ [            case REQ_SET_REPORT:
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
# Y+ D; ^! K1 D. W                ep0_state=2;
                return 1;
# a- }3 B1 _1 t9 o# {) Y                break;
            case REQ_SET_IDLE:
" L0 L" @2 e1 F# k; ?2 b5 e( s8 y) f8 k                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                ep0_state=4;
8 Y  D0 h5 L5 o# _" D8 ~" [                return 1;
                break;
# j; [7 K, W) g) u! u        }
        return 0;
5 v: n, _7 \: {' j    }
    else    // standard
( e1 O* U& U2 K    {
        switch(ep0_std_req->bRequest)
: H$ ~( B  Y* ?0 m9 G$ |+ G8 \4 n        {
            case REQ_GET_DESCRIPTOR:
0 G" d/ ?4 i# l$ x  s6 m                return descriptor_service();
4 [0 H. z# H- x, l1 C- P' d                break;
            case REQ_SET_ADDRESS:
; g6 ~7 q* S2 }! i7 M4 w                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
+ T1 X: Z* {9 h4 b  P4 B/ \                    return 0;
' E+ y6 p- M0 o. q3 q- o                usb_address=ep0_std_req->wValue;
4 l8 U* T: O5 l                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
3 [& w7 \" f3 k+ B) m                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                ep0_state=4;    // No Data phase
                return 1;
            case REQ_SET_CONFIGURATION:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
3 P# W" ?+ R% N' [  t' E0 y/ ~                    return 0;
                USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX1|1;
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
* G, z3 t3 i& y& z" V5 I3 }                ep0_state=4;    // No DATA phase
                return 1;
            default: return 0;
        }
    }
+ V/ N; O/ E( i! p& }}


8 B( w; D8 x% [
& ?2 ?- y% N' o* s0 J" s

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)
' b  G" O6 T) U; o5 z    {
2 W3 y. M0 s/ e2 e        case DESC_TYPE_DEVICE:
+ n3 h! ^; b+ s            return ep0_preparedata(&DevDesc, sizeof(DevDesc));
& b) m1 Q8 [7 c' {. X            break;
# ?9 A! G6 b1 O% z        case DESC_TYPE_CONFIG:
6 g- |- {6 @4 V  W% ]) {            if(sizeof(ConfigDescData)>ep0_std_req->wLength)
$ q0 D2 Z$ H% s) q! B9 ^. [                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, ep0_std_req->wLength);
            else
2 ?) g% H3 {4 [5 g/ U, l. F$ }- q                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, sizeof(ConfigDescData));
            break;
0 s6 D  `6 P( x9 f' ^7 N        case DESC_TYPE_STRING:
' p7 k# p8 A4 I2 U0 D  M            switch(ep0_std_req->wValue &0xff)
  x" i  P4 Z3 ?; C. a            {
                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;
            }
* S; y( J& i, l            break;
        case REPORT_DESC_TYPE:
            return ep0_preparedata(&HidReportDesc, sizeof(HidReportDesc));
        default:
: m( F- _# `3 O; W+ I  l            return 0;
6 m8 g6 n( i4 E/ s1 @2 g7 l' H) {    }
$ ]: `6 [" k$ V) j6 x) f}
; }5 C" `9 ]& a& R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.
9 ?- H; H! u4 {# a. {/ Bvoid TIM6_DAC_IRQHandler(void)
{
    __IO uint8_t *PA_IDR = (uint8_t *)&(GPIOA->IDR);
8 C* C/ m( T) J4 ^; H% C, r

    TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;
    prev_key_state[scan_row]=key_state[scan_row];
    key_state[scan_row]= *PA_IDR;   // update key states
  R% F" v1 T9 u) h& ]    switch(scan_row)
    {
: b$ a$ [& O$ |/ p# d$ t; m4 A        case 13: // next row PB14
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT;
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER14_0;
                break;
+ C; J! I" n  ?) c        case  0: // next row PB15
0 A4 r: p  x/ U, I                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
& B" L6 G- ~) F, z                break;
        case  1: // next row PB3
1 @$ E& e3 T" e* x" r" s                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER3_0;
                break;
        case  2: // next row PB4
( Y0 A! V3 u4 w! m& i" G$ a                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER4_0;
                break;
0 M9 t9 `- v& @4 Z6 G; f5 X        case  3: // next row PB5
5 T$ j( D$ N- u. |& g: \( ?8 Y                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER5_0;
4 F! |8 ?0 h9 U8 C  ~                break;
" J( q' p' q( @. [. x! x! Z* @1 K        case  4: // next row PB6
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER6_0;
& ]) v3 ?9 J6 ^1 P- E: q. q" g* q                break;
        case  5: // next row PB7
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER7_0;
                break;
        case  6: // next row PB8
) c; _: |7 X. [! Z1 N9 |3 P2 L' q                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
3 R* o& |- H; R' H: _: A6 Z! Y        case  7: // next row PB9
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
% E, ^3 e: c' P' X                break;
. J6 H* ?# I( f1 o; S: o- B  p7 b7 Z. L* v! d        case  8: // next row PA8
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT;
6 O  }' a6 P# U: |+ m                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
, e0 I2 j8 W% c! e        case  9: // next row PA9
. Y. I9 t# }5 J: Q, v9 {+ `8 Q                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
  x5 _5 C" l! X: M! ~6 H& x                break;
        case 10: // next row PA10
7 s% u7 X) E1 I- E! \3 V) B6 _8 [5 F                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER10_0;
! K( ?1 D0 |+ o* r4 t- j                break;
        case 11: // next row PA15
6 A9 B, _( n0 V  S$ K& M8 ~1 F2 V                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
        case 12: // next row PC13
1 X- C1 \- I+ X; M2 R- S  i                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT;
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER13_0;
+ ~& f* z8 i2 j! ?/ [  y                break;
    }
    if(scan_row<13)
9 r$ D4 k' j7 G% _- W7 h        scan_row++;
    else
        scan_row=0;
}

! M& a& u4 E- `, |4 {

miaozhuang

4 Q8 ^3 O( _* t5 E
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。
( d9 E* `4 B8 I6 h
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：
' n9 E" J) Y4 Z+ h6 i
9 x% ^0 a' \( _3 u
const char hid_keymap_qwerty[14][8]={
    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_R, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
7 b8 u# }. x' K7 D+ J8 H    {HK_F12, HK_BS, HK_Up, HKR_Slash, HKR_Aster, HK_NONE, HKR_Enter, HK_NONE},
  f0 W7 S8 [6 E3 W- `% W    {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},
    {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},
' z5 [3 n2 J( m. K    {HK_NONE, HK_RAlt, HK_LCtrl, HK_S, HK_T, HK_8, HK_Enter, HK_F1},
  k4 ]( G7 O8 f9 }    {HK_PgUp, HK_Home, HK_Insert, HKR_5, HKR_6, HKR_4, HK_F10, HKR_Dot},
0 F3 d& c8 E! O) ]( g& z    {HK_Right, HK_Down, HK_Left, HKR_Num, HKR_Plus, HK_NONE, HK_NONE, HK_NONE},
$ t9 J7 ?- n/ V; D( E    {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},
- k  D2 B; g- n  g3 q% n/ r1 t4 R' J    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
9 f4 V. M/ s) v+ L. M$ r; X2 W  d};

9 A( |8 e1 t( @9 B* ~
' s" Z3 a% _2 _2 y: F* I$ uconst 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},
4 t+ }7 u; ~  f% R/ b    {HK_W, HK_J, HK_Minus, HK_D, HK_R, HK_RBr, HK_3, HK_F5},
4 N" @  q% ^. ^( O, O( O9 W# m    {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},
# M9 M% w  s1 `! N* t    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_E, HK_F, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
; d( E3 V  L. T2 C1 p- v8 `    {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},
% `1 k! G" P! _2 O% w+ i    {HK_Right, HK_Down, HK_Left, HKR_Num, HKR_Plus, HK_NONE, HK_NONE, HK_NONE},
    {HK_PgDn, HK_End, HK_F11, HKR_9, HKR_Minus, HKR_8, HKR_7, HK_NONE},
    {HK_Space, HK_B, HK_Colon, HK_N, HK_Equal, HK_Period, HK_6, HK_F8},
0 m) u( x: U8 g' m! ]' {    {HK_Z, HK_X, HK_Delete, HK_T, HK_Slash, HK_Comma, HK_5, HK_F7},
+ \9 F- b9 H6 y8 Q: c    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
};

5 U4 g* a+ t; i) U7 D. {( I- [
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。
9 i9 d) i, t. l0 N
' x, v! w$ w; ?5 a% C0 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：
: I; `- s, k/ g
; t2 g' e/ s2 @, gvoid update_key_matrix(char row, char col, char onoff)
. z. r- w, s) W# c* f. Y! j! u{
* x! A  j! h' V5 @' b4 X, G    static uint16_t hid_report[4]={0,0,0,0};
    static char (*hid_keymap)[8]=hid_keymap_dvorak;


* [6 `( \. h+ F% U- Z# N    unsigned char key=hid_keymap[row][col];
7 S1 L& k) q$ g% N* I! @2 d    unsigned char *report =(unsigned char *)hid_report;
6 u' f. j+ I9 s. y- W& w* m$ X& I    char i;
6 p/ g1 |* b2 @4 {& g
& D  h5 G! M5 d& }- W- M8 i
; L! O8 b/ U) m1 g/ \4 A/ p* J  u    if(key==HK_MODE)
6 g7 A! `: {& c    {
  C4 O/ I! D4 ]. v        if(!onoff)
( k  x9 V% `4 F, [        {
% L+ v; t& P; B/ j2 Q- H            if(hid_keymap==hid_keymap_dvorak)
5 |, n0 `) B+ e  G! _# h            {
                hid_keymap=hid_keymap_qwerty;
* y* K& x0 I1 L7 h0 g                GPIOB->BSRR = (1<<2);
            }
            else
6 Q: O( L; y& j: O: @* h& G) K            {
7 v" P: G! S; d' S- X* g                hid_keymap=hid_keymap_dvorak;
$ e$ l' b2 H5 `4 Y                GPIOB->BRR = (1<<2);
            }
, x+ d8 Q$ T" R3 g/ y. y* a        }
% b" I" Q. J! E0 X. ?$ [2 t7 U        return;
  A- U9 c( }8 g9 i    }


& C0 J; e6 A: s2 o: |9 `% v( W8 y    if(key>=0x80)   // Alt, Ctrl, Shift
    {
        uint8_t bitset = 1<<(key&7);
( V- g; V9 S& y' w& y9 C8 B* j1 k8 I        if(onoff)   // non-zero is key up
: t3 y0 U$ ]8 ^  F! ]5 k, p, x8 `            report[0] &= (~bitset);
' r7 D2 S. `* i3 B        else
2 [$ o' c. b/ O% s/ {            report[0] |= bitset;
& E! i# d4 N- z" k    }
) P6 Q7 y0 Y; P    else
2 [; s/ d/ \. K# n% ~9 H2 Z    {
        if(onoff)   // non-zero is key up
        {
& C/ ^$ R6 Q; I0 s7 f2 v            for(i=2;i<8;i++)
            {
                if(report==key)
% @- _; ?! I6 X. D- C& h" Y                {
4 D  E5 a% G2 h1 z/ {                    report=0;
; q( \  ^# }, E                    break;
                }
4 j& l' }" V  e4 v/ @) d" _! |            }
        }
        else
- \4 u9 r' l6 k  z; Q        {
            for(i=2;i<8;i++)
: l) l, c7 O- k% a8 A. M' ~            {
                if(report==key)
                    break;
                if(report==0)
                {
" {$ D/ h) W& T- E                    report=key;
                    break;
7 `7 C" X4 I* O  |! L3 ?  {                }
            }
        }
9 s! R7 [, I) _! J" ?# ?    }
$ f2 g" B0 D" b: C1 O% i( U    for(i=0;i<4;i++)
( X3 p5 o% o/ G2 b- a5 r        USB_PMA[192+i]=hid_report;
3 ~2 V& Q0 [" ]! F- S    USB_PMA[5]=8;   //COUNT1_TX
    if(ep1_wait==0)
  y$ e" |" T) s- G3 Q1 E& _- i    {
6 K% k- v5 e9 A        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX0|1;
3 d/ U) H( {1 t4 w% ?        ep1_wait=1;
    }
/ Q( d# t% S. f: y7 H}


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。
( W( N3 c8 P/ f5 o- [ keyboard.zip (8.7 KB, 下载次数: 6065)

2016-9-21 21:01 上传

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! u1 q  H+ t6 X  H
8 L+ H* N7 H+ t
' U6 y! R% g" a3 q2 {
0 o/ g& w+ [4 p0 V
7 w  [+ h  w7 X6 G5 c$ I

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。
* m5 q& X0 B. Q8 U2 }7 f6 N

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