【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。
3 I) H0 C, p: t1 F) n  `" S& 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。

: J9 S9 n0 y4 x$ @" C) N8 }9 D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：
% \' H9 N" C/ v5 |6 K! g9 C
$ Q* x6 w  U% [' K. x/ W0 R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：

7 ?6 s- Z3 I3 k, N* yDvorak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。
5 R2 D" s: N4 _, u! e& _/ U" y
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。

" @2 \) B0 ?7 d) h% c% B( E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。
* `: V: n7 }$ \2 W! y6 A5 K
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：

5 O9 H7 B) N5 k3 M----------------------------------------------------  分割线 ----------------------------------------------------------
1 b: r* L7 O, ^3 }
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。

5 T0 C0 h, {3 r' E" O5 u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。

5 q* B, r( w: ]$ P8 b* ]8 g) }特写，80C49
& w, V, I9 N# E
0 D0 u1 v" ^. g8 m$ cLED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

' N% `; b8 \6 T' s8 K; |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。

8 F5 d. p" H7 U) y0 ^# T焊好元件后的板子，准备替换80C49
  A6 q3 _7 _" }; k
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.
8 b4 W7 c8 j4 p9 Q4 a8 x
8 A& v" l! }( \+ P- L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。

; M8 r) L% E" ?8 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。

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。
. T, Y- f8 |- X5 e& s+ T

----------------------------------------------------- 分割线 --------------------------------------------------


6 r) h; G! Y  O, N& q9 M
# k: s3 ?  `3 V; U( i& x7 I- p
+ K* @* N$ |9 V. h$ e$ x
+ o0 t2 @( {9 @- t
8 _* v/ F% S( X. k& y
' b. d& P# v: m8 D7 W+ c6 j9 ?4 c


* ^) \( R' E0 F( z
& t$ d7 d1 D' s+ L3 O  u

miaozhuang

DIY过程直播完了，下面说硬件的设计。
/ c* ~/ v7 t. ]' g! `* l7 o; g80C49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)


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。
8 O/ ], V% E" e. w/ i: Z  a' C" Q
这是我设计的电路图：
! F5 Q& H7 K9 P& ?$ l4 E, U5 Q

+ i% V0 y( o: ]! SPCB Layout:

- h- g: ?/ P0 H! Q
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

& Z9 d1 t& W* [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。

  [( y9 d9 o% |& d; G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：
" u' o5 o3 a% K% R7 R$ G; f! P

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
1 a6 F/ o$ X+ v9 L0 B1 Q
4 N) {1 J; |+ c) {3 ]! b4 Wvoid USB_IRQHandler(void)
{
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_CTR)
% k$ r* H' o( i* j5 d4 c  O6 i    {
5 |, M3 A2 h* c  o+ j3 d+ }( Y        if((USB->ISTR & 0x0f)==0)   // EP_ID==0
        {
, s" h% Q% A' n* n& c: C4 a            switch(ep0_state)
3 F8 B% M5 h& N, ^& y" p+ F            {
                case 0: ep0_state |= 0x80;
% A2 D3 N6 r8 J8 n. W  ]                        break;
                case 1: if(USB->EP0R & USB_EP_CTR_TX)
                        {
                            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
2 j' @! V8 F! ~$ \- t                            ep0_state=3;
                            return;
6 q5 [( R6 |$ R: M. Z5 o                        }
/ A( ^5 ~  k% }" \, u                        else
( z7 p* r9 ], g5 _+ I: j                            ep0_state=0;
& v& |  l( ]5 }2 [                        break;
                case 2: if((USB->EP0R & USB_EP_SETUP)==0)   // OUT packet
                            ep0_state |= 0x80;
' A! w9 U" I: B( a# p. v                        else
0 c9 g+ Q+ p, e. A                            ep0_state=0;
# |& N* s( p# y) z- r) h1 q: `                        break;
                case 3: ep0_state=0;
5 P% Y$ P$ |6 N7 o9 s                        break;
                case 4: ep0_state=0;
                        break;
- Y" z' u& B) u4 i3 B                default:ep0_state=0;
7 F! D7 N8 ^/ u8 ^* D* j. x                        break;
! S# H' O$ |5 t: S- u: F  n9 k! x            }
            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL; // just clear flag
1 t$ d3 D/ i$ }+ \            return;
4 f5 e9 O* _2 }# x) v        }
8 K- c$ M1 I1 R( Z        else    // EP_ID can be 1
        {
            USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1; // just clear flag
            ep1_wait=0;
            return;
        }
' Z4 a- W2 X& y: K; \; U    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_PMAOVR)
% q+ D9 R- l/ E0 B- N    {
7 V  k( r7 c5 ^0 u        USB->ISTR = ~USB_ISTR_PMAOVR;
8 j. ]$ g  M9 n1 X1 ^- r    }
, L$ K( q) K! ]' @# E* f/ S- T& m; F/ {    if(USB->ISTR & USB_ISTR_ERR)
9 w% A' h' L7 s, `- w/ K    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_ERR;  // write 0 to clear
    }
7 k( J& C7 C% g) j7 m2 A, t    if(USB->ISTR & USB_ISTR_WKUP)
! s0 ?( G7 C  G* ?* L    {
0 f; ]$ ~- n# v3 H' K* X1 \) J        USB->CNTR &= ~USB_CNTR_FSUSP;   // no suspend
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_WKUP; // write 0 to clear
    }
) y$ K" H. n  f# D    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SUSP)
    {
        USB->CNTR |= USB_CNTR_FSUSP;    // force suspend
0 w5 H8 s# |* n2 ^( |6 P) L        USB->CNTR |= USB_CNTR_LPMODE;   // low power
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SUSP; // write 0 to clear
; E4 k" A$ s) j, n2 |5 k    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_RESET)
1 \. q$ ?# u/ C0 q1 o, m    {
- `* K6 A! p  g        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
        USB_PMA[3]=0x8000|(3<<10);  //RX buffer 128 bytes
) Y$ S4 P/ q6 u9 |6 ]8 A5 d        USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX1;
        ep0_state=0;
2 v) X$ u9 [. l4 b8 e+ G        USB_PMA[4]=384; //ADDR1_TX
1 W: s- b! S7 w6 h        USB_PMA[5]=0;   //COUNT1_TX
        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1;    // EP1 type
! k  v3 v" ]+ y) `+ T* o' N' h        ep1_wait=0;
        USB->DADDR = USB_DADDR_EF;      // enable function
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_RESET;    // write 0 to clear
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SOF)
' v- t" f$ ?9 N+ U4 D- [4 V    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SOF;  // write 0 to clear
    }
' |& y+ ?( Q1 `+ U" T9 r' O, P/ 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。
% D- ]. @5 N& {0 S* C4 q1 ?" s. S; o
% C" N6 D$ i" N2 r主程序中用一个无限循环，每次中断过后处理一下USB请求，以及来自键盘扫描的检测。

    while(1)
    {
# @2 m8 ^$ M8 w6 s' j4 m$ H$ t        static char row=0;
        __WFI();
- a6 b1 H$ e- B1 Z, R1 {) X; b        if(ep0_state & 0x80)    // request data processing
( l+ H& s' u) q& M+ l6 f1 A& L        {
5 `) M" h& E+ E  W3 h            if(ep0_state==0x80) // SETUP phase
% |* c0 H2 r* V/ n$ N& F            {
( A$ w* J# \8 P( g                if(!setup_packet_service())
                {
) o" F+ l* b  ?* ?                    ep0_state=0;
+ m* V- Q. u4 ~+ E$ M4 n7 G- M9 t9 ?                    // not supported
) ^4 E5 M+ s; `2 R7 r                }
                // ep0_state should be set to 1 or 2, if processed
4 ?  V' g  I5 v            }
' w1 b: P+ x$ [            else    // OUT phase
# Y. v. E# e, s  E            {
                // process data
                show_LED(*(uint8_t *)(USB_PMA+128));
; [/ o" T% ?5 E3 N( i                ep0_state=4;
                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
$ q3 l9 E8 s3 l  O: c                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
            }
        }
        else
* f5 O0 y( R* w& W/ E' H        {
            if(usb_address && ep0_state==0)
0 @6 S$ R: O- r            {
                USB->DADDR = USB_DADDR_EF|usb_address;
4 ^$ X$ a% `8 d( k9 v: K0 k# U                usb_address=0;
            }
        }
        if(row!=scan_row)   // new scan line
" p( _" y6 y, s  @8 P# Q4 ?        {
            if(key_state[row]!=prev_key_state[row])
* D" e5 [. @1 c5 n7 S8 d0 u. D            {
                uint8_t test=0x80;
                uint8_t diff=key_state[row]^prev_key_state[row];
+ I$ W& K, z  b7 @                for(i=0;i<8;i++)
                {
                    if(diff & test)
                        update_key_matrix(row,i,key_state[row]&test);
, e# E" F5 W2 [; i% K  R                    test>>=1;
6 A9 i. V. _7 D# H7 n                }
9 m$ a, V) U+ Y8 B) m  M- x4 D            }
            row=scan_row;
+ O, X9 o1 o  F        }
: G, i. r/ O2 Z    }

  [% v# H8 t2 S# B, S4 {
! Q, F4 ^* s0 AEP0的控制传输，把用到的请求处理一下
char setup_packet_service(void)
{
- a- J& `0 `! c) M( q    if(ep0_std_req->bmRequestType & 0x20)   // class-specific
! z/ g' f3 X3 D$ H" K6 Y0 I    {
6 T6 J" `: A+ X4 H        switch(ep0_std_req->bRequest)
        {
            case REQ_GET_REPORT: break;
            case REQ_GET_IDLE:
                USB_PMA[64]=0xfa;   // return 1 byte
4 m- b: e+ m- H# O5 {- G! h                USB_PMA[1]=1;
4 Z/ j6 p8 y6 H' y                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
0 {' q# [' n6 k( c5 l% M( B                ep0_state=1;
. M- @( H- [- t                return 1;
                break;
            case REQ_SET_REPORT:
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
                ep0_state=2;
4 b3 W1 c0 @4 W! N                return 1;
                break;
: E5 q# W" c9 f            case REQ_SET_IDLE:
                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
% u1 }0 n+ c9 c" q. }2 ^/ s                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                ep0_state=4;
                return 1;
6 U# D2 ]; W! i: x5 W                break;
        }
        return 0;
    }
    else    // standard
3 |, Y$ \, S6 H8 ~/ x, N    {
        switch(ep0_std_req->bRequest)
% j, V# I" N0 X        {
            case REQ_GET_DESCRIPTOR:
                return descriptor_service();
1 m% f) k  \8 |0 m                break;
- S! z) }' M+ J            case REQ_SET_ADDRESS:
7 c. r+ \8 j5 V! y3 _) f9 h                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
                    return 0;
                usb_address=ep0_std_req->wValue;
                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;
            case REQ_SET_CONFIGURATION:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
                    return 0;
                USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX1|1;
- j6 ^6 U& S! l4 e* A4 \/ C3 C6 i                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
: d2 A) y# o" }! ]* l1 m4 U7 y0 c                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
- c  b* h: ]! n8 \& f                ep0_state=4;    // No DATA phase
                return 1;
! n0 ?6 U6 f( a            default: return 0;
$ N7 n& P- f# t, `6 u        }
    }
  \8 e" s* F( q  c# p. r* L}

( U% C7 j! q. @: K4 J) i) Q

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)
    {
        case DESC_TYPE_DEVICE:
2 {# d. r' F1 m3 s: ~            return ep0_preparedata(&DevDesc, sizeof(DevDesc));
+ a. q3 p5 o( _            break;
        case DESC_TYPE_CONFIG:
3 q. u- E; P2 x0 I6 a- W+ Y# q            if(sizeof(ConfigDescData)>ep0_std_req->wLength)
! X* Z% H/ N) l! X) l, ]7 D3 b                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, ep0_std_req->wLength);
. ^$ E2 o. [+ v# w8 M4 R: j            else
% F6 a) w  p) s/ C2 p2 L8 N                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, sizeof(ConfigDescData));
            break;
        case DESC_TYPE_STRING:
            switch(ep0_std_req->wValue &0xff)
            {
! }' Q" Y; m& i# L9 Z# S                case 0 : return ep0_preparedata(&LangIDDesc, sizeof(LangIDDesc));
                case 1 : return ep0_preparedata(&UnicodeVendorDesc, sizeof(UnicodeVendorDesc));
                case 2 : return ep0_preparedata(&UnicodeProdDesc, sizeof(UnicodeProdDesc));
7 g8 d& s; i: Q" V. G% ]                default: return 0;
            }
9 |! X. L9 [: y3 m7 [2 E$ m; @+ a            break;
        case REPORT_DESC_TYPE:
  l% n2 p' p5 l            return ep0_preparedata(&HidReportDesc, sizeof(HidReportDesc));
        default:
9 A. E& [& J# f; O            return 0;
    }
3 p+ Z  R2 S* l8 E0 o}
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.
7 c0 I) V3 B  uvoid TIM6_DAC_IRQHandler(void)
{
    __IO uint8_t *PA_IDR = (uint8_t *)&(GPIOA->IDR);
: f* E8 c: B: [8 q

    TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;
' x3 e9 a; g+ g" S    prev_key_state[scan_row]=key_state[scan_row];
7 S" {8 b2 r$ x' G+ S* d6 \    key_state[scan_row]= *PA_IDR;   // update key states
    switch(scan_row)
    {
        case 13: // next row PB14
1 g! V8 m. ]6 ?0 W                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT;
, q: g0 h: t! C7 g1 x: J                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER14_0;
! s: C5 |+ _% ?7 \/ u4 z                break;
        case  0: // next row PB15
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
        case  1: // next row PB3
! z7 P8 |9 P9 `                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER3_0;
6 I! ^" f( E- _: p3 [* L0 ^! G' V                break;
        case  2: // next row PB4
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER4_0;
                break;
: Z3 ^3 M' {* I* B( s% \% k" B        case  3: // next row PB5
! {! A4 s8 W' p& F2 y' n, b                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER5_0;
                break;
/ h6 y8 N+ v5 y7 P/ L2 B" X        case  4: // next row PB6
! b, A; ]) D/ o, E9 s                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER6_0;
                break;
7 @" b7 F; F- e        case  5: // next row PB7
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER7_0;
                break;
        case  6: // next row PB8
. f, C2 L. D' G) W4 _- N) S                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
) K& G+ S. A6 ?9 w        case  7: // next row PB9
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
/ K: |1 K$ d8 k- r                break;
: \) V' k: n0 B* D' {( C9 {: {) _3 A        case  8: // next row PA8
9 c8 e# }) W; p- W& {                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT;
! Z; l9 q: v) G) h7 @! A8 a                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
, n: M9 o( k0 E. E        case  9: // next row PA9
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
2 d* n& C+ g& A: T5 ~                break;
        case 10: // next row PA10
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER10_0;
                break;
) w) K% `0 L8 I6 h        case 11: // next row PA15
9 N; i  W; \. Q$ e; D                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
        case 12: // next row PC13
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT;
8 H) l: |9 @7 ?                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER13_0;
( o$ |+ l9 D6 L+ a                break;
$ D; u( ]0 c, O$ F    }
    if(scan_row<13)
        scan_row++;
    else
        scan_row=0;
; N" ]6 H. n+ t. [4 S1 H}

6 t- O( U- F6 \, G0 L

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。
* A% K, f. R) C7 k. f: {8 S! e5 m
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：
3 p. F/ n' E3 P
, M( v( o8 p) }# p- z+ D; z, b9 j% v
: p. O! V; d* N  f) W1 K! Yconst char hid_keymap_qwerty[14][8]={
    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_R, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
6 t6 p7 ?. O8 X# [6 }9 [    {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},
+ F6 C3 _# ^0 [7 H2 ~- |    {HK_M, HK_X, HK_Colon, HK_G, HK_I, HK_Minus, HK_2, HK_F4},
3 r0 }# k+ X2 |# t$ w3 ?    {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},
' y% X: `4 q1 i    {HK_NONE, HK_RAlt, HK_LCtrl, HK_S, HK_T, 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},
0 K+ I( ?6 l' z    {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}
+ n) Q7 _9 _& d+ f  K. L3 _' _0 I};


/ Z8 H! g5 R- x8 @% y$ |0 f7 y+ H: nconst char hid_keymap_dvorak[14][8]={
/ ~% S4 W" O, O; t9 r    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_P, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
) h, u4 _: E; P7 g2 F2 C/ {0 a    {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},
/ F+ c5 f$ W" x3 T' T% w- w    {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},
; {8 t8 H7 I- V, `2 A    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_E, HK_F, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
    {HK_NONE, HK_RAlt, HK_LCtrl, HK_O, HK_Y, HK_8, HK_Enter, HK_F1},
' U1 J( j' X9 Q  V5 f5 F! N    {HK_PgUp, HK_Home, HK_Insert, HKR_5, HKR_6, HKR_4, HK_F10, HKR_Dot},
" N: }2 z7 ?* U6 U% j9 E    {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},
7 |/ ]( \2 g/ w5 b    {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}
};
; T9 U2 [2 N- D" T/ |
! ~0 H' v+ \) p1 D9 x, ?+ s0 O
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。
% l0 j+ v, g" K) g8 o, b# l
HID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：

0 t' V8 u! y! x- w& g! p3 Uvoid update_key_matrix(char row, char col, char onoff)
& @) h# k% |( V7 G4 r{
    static uint16_t hid_report[4]={0,0,0,0};
    static char (*hid_keymap)[8]=hid_keymap_dvorak;

5 G# i( M" R) l% G4 }
    unsigned char key=hid_keymap[row][col];
* s5 p4 h- }' ~( D2 Y$ w% F    unsigned char *report =(unsigned char *)hid_report;
- I& B1 g% m; r  v7 u    char i;
: f- I' }: o8 k& G% n: O

5 L9 \. h6 O8 Y. F    if(key==HK_MODE)
2 R9 j: R. I* C    {
3 S' Z. g4 w# R0 ^        if(!onoff)
  B* c' B5 t# w# W7 t. b+ M        {
9 u5 W. J7 Z5 q( }* h            if(hid_keymap==hid_keymap_dvorak)
, Y. Q% a; ]5 Z. W4 o/ v            {
                hid_keymap=hid_keymap_qwerty;
                GPIOB->BSRR = (1<<2);
            }
. n1 I: F" f( q9 u9 ]: p1 W3 i            else
! f/ \$ u+ U' g" U! Y& a            {
                hid_keymap=hid_keymap_dvorak;
" O! k( S( v" ~( ?5 B. z) Q                GPIOB->BRR = (1<<2);
            }
        }
        return;
    }


4 |& R+ u$ u: ^    if(key>=0x80)   // Alt, Ctrl, Shift
% Z( Z. ~5 j4 f. d, x7 l' j9 c    {
        uint8_t bitset = 1<<(key&7);
        if(onoff)   // non-zero is key up
            report[0] &= (~bitset);
9 j" o8 g' U  V5 K3 P* G3 r        else
            report[0] |= bitset;
3 w7 {) t( Q$ u% w. E! M    }
7 s( W& y' W8 Y/ u5 i- Q1 v, U    else
    {
4 G5 l$ ~- `! P# i        if(onoff)   // non-zero is key up
        {
            for(i=2;i<8;i++)
$ _) q" ~- K. z0 k, m' Y, \3 C            {
                if(report==key)
3 b, W: \2 F- `                {
                    report=0;
0 h! J9 v! J4 t6 T5 A6 z1 w                    break;
* D8 \% f% ]7 W$ ~0 K                }
! T. C$ l; q# v( ], e1 m/ V            }
        }
/ y; R( i1 V- ^! u- z2 {        else
        {
* e. K# J, d! h            for(i=2;i<8;i++)
            {
3 a& k- w! H1 S* Q6 o( ^                if(report==key)
5 q# _( [7 ]  i2 F$ p( e/ T. e                    break;
' p4 P1 B" c: n; i4 @" t1 O                if(report==0)
8 m+ h; K; S  l  g) `                {
, ~; a7 _* f" f5 j                    report=key;
$ E; r5 }3 i8 c) K                    break;
# m6 V7 J5 {$ w. x9 h                }
            }
        }
    }
+ Q" T* E" [' R( H4 A    for(i=0;i<4;i++)
        USB_PMA[192+i]=hid_report;
    USB_PMA[5]=8;   //COUNT1_TX
- q  C! N' C3 @1 J! ^    if(ep1_wait==0)
: R* ?+ }. O" x; ]) O. Z, P/ X+ G    {
4 J9 C; y. R5 j! ^. I$ e        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX0|1;
7 n. a! K" y% u/ E- ]6 u& z0 ~        ep1_wait=1;
    }
* t' Z! |0 I/ [5 O# q$ K}
+ z0 a; I3 g6 V8 p% Y+ @6 U
; r1 B, w8 U5 m7 |  E% Y
完整的程序在附件中。我这个程序没有使用任何USB的库函数，完全是从底层操作，这样对USB的工作细节可以了解得比较清楚，当然，也费了很多工夫啦。
keyboard.zip (8.7 KB, 下载次数: 6382)

2016-9-21 21:01 上传

点击文件名下载附件

1 d0 c& O: ~6 Q$ c' {
. {3 u2 L- K# g. E+ W5 f
2 N6 n3 T; G+ L& d: N8 }  }$ c& U
4 d- t$ I) k8 C0 G

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
% ^9 @$ f8 Q2 r8 p" {+ R1 Q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
& X5 a4 g0 J. b/ a5 o不过楼主也很厉害！

3 T. P% b2 M' V, S; a$ X哈哈  是有点像奥

Mr.Prince

很厉害
( C& ^, P; y5 r9 L: K0 f6 n% ]

thermoer

这个看着真硬核