【灌水无罪】老机械键盘改造USB，QWERTY/Dvorak一键切换

miaozhuang

, C( k; t6 b$ k5 `# X+ {2 D
8 Q+ E0 c. `+ n9 w" ehttp://bbs.eeworld.com.cn/forum. ... digest%26digest%3D1
$ S9 z: p3 q% k7 j$ m' @4 f: K/ N) D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。
. z4 f$ Q& g+ Q$ x
6 l! S5 e# m  W! e! a9 a, i
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。
6 d& `/ o% U2 P$ O. i- 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：

6 d+ N! ?) x% P7 p6 `  r# C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.
9 L% e: q6 N/ `" m8 M* O3 t5 f1 |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：
! p6 m/ }7 x. l5 W$ X: ^1 J4 H
, g" z( Z% z8 S- LDvorak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。
( }' Y& }. ^' U1 o, M
6 L9 l1 V+ C- e+ ^" Q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。

* Q0 V* ~; L9 u& G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。
- B( a+ R9 Y$ S& a
( U: s: z7 a7 |6 S7 v: 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：

----------------------------------------------------  分割线 ----------------------------------------------------------
2 S9 v* h, j0 ]0 w1 D; K
8 L* V, m2 V" x3 F; C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。
2 O& S2 ~& [' ~. G
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。

特写，80C49

LED部分，使用了一片D触发器锁存指示灯状态.

0 g& ]; J& ~9 y9 y! J暴力破坏，将80C49拆掉

拆掉原来的键盘主控，我用什么顶替呢？没有引脚全兼容的单片机了，而且我要制作USB键盘，所以……STM32F072，做块一样大小的PCB. 因为主要是使用原有的键盘扫描矩阵，有些引脚是不需要连的。

焊好元件后的板子，准备替换80C49

6 I& m  i5 u4 \" D+ w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。
1 T: R, g; j+ I- l3 J
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.
/ J8 i+ _. }0 K
开始安装钢板，主键区焊上全新的Cherry MX茶轴(2.5 RMB一颗)。F区暂且空着，因为使用频率不高，换新轴就显得浪费了，等下再把部分旧轴清洗一下装回去。
- T: i4 ~, V6 y0 ~! p- ~1 B# u
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。
# _# ~% Q/ S: N# Q
- Q2 F' h& Q7 ?6 u+ p& N0 \; F主键区键帽就位

% y7 _# @/ e1 h0 m: v  F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 k9 J0 V* k* K0 K0 h" z
1 b3 V" z1 V( N) P# J# \& I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。
$ y6 G0 @5 E9 ?3 E
. ?2 t9 s9 i5 R
& ]. M$ B( j" L* }----------------------------------------------------- 分割线 --------------------------------------------------


4 c' h, R. ~5 L
2 n$ S. V" U* U3 C6 K6 D+ q! d* ~

) [- K2 x# V9 x- {. D6 p# s
0 W4 M/ l5 H5 s) G* b. r9 F
* U4 }/ c  n# Q- ^# W

: b4 G# }1 X- a; ~# v3 V

2 t3 N- E) k: }6 B' [) l7 S4 f% i

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：
4 ~# z( a( T# q+ Z* Y$ G

" y" k* |- ~1 C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)
% G, X, ]6 t, n* [6 `+ N) A7 i
& d5 ?! V; |: }: Q& {+ V
" T. M& [% F6 }& a: F8 k! c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。
& m. z1 _7 b) Q1 r
  G! N4 q. C; i: t这是我设计的电路图：


PCB Layout:

1 O& L8 ^; [! [: y* K2 a$ I; @5 h
+ B9 c4 w4 ]8 `" Y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.
! m6 A' |4 g/ U$ m
8 h' G4 Y9 u+ l* B' U
: e6 @+ H& i5 }  g/ q( D

miaozhuang

% Q& A3 J( \& c7 o" u9 ]) b5 ^: `9 L
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。
2 Y, ^& _4 X$ R6 [/ 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：


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）

4 [) {; v# t0 {USB的中断ISR，bare metal哦

, A) {& V* r2 G" Gvoid USB_IRQHandler(void)
{
. W, R- z( L1 @2 u  f; X: W9 ]3 s    if(USB->ISTR & USB_ISTR_CTR)
' p: g2 c/ U, e( t" t) w' `    {
        if((USB->ISTR & 0x0f)==0)   // EP_ID==0
        {
9 d: k( ~3 y2 B) v0 D# u            switch(ep0_state)
" u/ t( y6 O- g* U            {
: o1 w; f7 x/ M* z                case 0: ep0_state |= 0x80;
                        break;
( Z$ S$ X2 z: O: I$ H                case 1: if(USB->EP0R & USB_EP_CTR_TX)
                        {
                            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
$ {  B0 g" g; n0 @( ?9 ~, S                            ep0_state=3;
- \2 s9 F* w2 I! g                            return;
                        }
4 i" s/ n! l. X2 x+ s$ F' V2 K                        else
                            ep0_state=0;
4 Q& g) w6 W) o. l! x; p- ~                        break;
! k# f  D; v6 E" \                case 2: if((USB->EP0R & USB_EP_SETUP)==0)   // OUT packet
2 b( ]5 J# L' m- H4 V/ Y" v                            ep0_state |= 0x80;
- a( D# [& p4 d1 u+ G6 x                        else
                            ep0_state=0;
1 ^# a4 e3 O, i/ _; R8 f                        break;
                case 3: ep0_state=0;
                        break;
                case 4: ep0_state=0;
% o; _: o: n8 V( Y# L9 U" u                        break;
& h; Z) [' |" }& r0 Q                default:ep0_state=0;
                        break;
" V- d# B$ Q3 e; O0 {+ z            }
; T% J( k" s2 h0 {8 V            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL; // just clear flag
, C7 d. I5 I; X            return;
/ A6 m% |/ [# M! L: L        }
        else    // EP_ID can be 1
        {
9 m1 p! ^5 a- C6 K6 g# l            USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1; // just clear flag
8 z  p% g; o9 {" L$ g0 l/ o5 T+ Y            ep1_wait=0;
            return;
        }
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_PMAOVR)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_PMAOVR;
    }
  m; m# T9 w: N7 ~# S    if(USB->ISTR & USB_ISTR_ERR)
7 a, w, R. f/ s) V# ]/ V- `) p    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_ERR;  // write 0 to clear
: w/ ~( T, ~' n( Y" ~    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_WKUP)
9 }$ t- I, j/ e) A- N) _, Q$ Z    {
. e6 z) D5 `6 X: p) k2 e  _        USB->CNTR &= ~USB_CNTR_FSUSP;   // no suspend
7 _- y1 _9 \1 `: j6 r' F$ E        USB->ISTR = ~USB_ISTR_WKUP; // write 0 to clear
& A1 z- b0 A+ X9 H2 A6 G    }
8 N9 E0 y$ \3 B3 D7 j6 K    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SUSP)
    {
/ u, V) l6 a' v6 I2 J5 u: C        USB->CNTR |= USB_CNTR_FSUSP;    // force suspend
        USB->CNTR |= USB_CNTR_LPMODE;   // low power
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SUSP; // write 0 to clear
, B1 e2 a6 z) I. w- ^    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_RESET)
* O- A) Z' @  ^# D+ @. `' k1 K2 ~    {
. b% ?. f% D) Z% S' l2 s4 I$ z' W        USB->BTABLE = 0;    // buffer table at bottom of PMA
        USB_PMA[0]=128; //ADDR0_TX
* B6 [7 f3 J! P& o4 a        USB_PMA[1]=0;   //COUNT0_TX
" x* F5 _0 k, [        USB_PMA[2]=256; //ADDR0_RX
( V3 n' V; ]; f; T% ~        USB_PMA[3]=0x8000|(3<<10);  //RX buffer 128 bytes
: Z: c3 {+ e0 J+ n        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
: G+ }1 \  A$ q        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1;    // EP1 type
9 z/ n/ Y; y, x) t( L9 o, d        ep1_wait=0;
) A! k/ O/ L8 B, J2 J* T: J        USB->DADDR = USB_DADDR_EF;      // enable function
8 [7 f: f+ K  D  j2 a        USB->ISTR = ~USB_ISTR_RESET;    // write 0 to clear
. P7 B8 P* E; i* ?    }
* d( r1 t: n  l' {8 r% ?# x    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SOF)
, m7 E  Q* A( j' f' K* ]    {
4 n- B' g! {2 z9 U, ^0 z        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SOF;  // write 0 to clear
    }
}

6 G: H. D0 F% m8 t" A( S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。

4 S: u  G! l) \, ~8 K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)
    {
        static char row=0;
6 @2 O4 o- o* b, X% ]        __WFI();
! S! G' Z# y: q" A) Z9 p1 Y, w0 ^        if(ep0_state & 0x80)    // request data processing
        {
            if(ep0_state==0x80) // SETUP phase
& W9 o. [( f' D, e" e8 F; K            {
# Z5 [2 v# b% D" P                if(!setup_packet_service())
3 e3 v; O5 _  Z9 N; y) X1 z                {
                    ep0_state=0;
8 D; D( j0 j/ n9 @: u$ g                    // not supported
                }
                // ep0_state should be set to 1 or 2, if processed
; y3 a4 i& \! C, b            }
8 X( J, H4 ^* [6 d7 @' e2 A8 H" R+ h            else    // OUT phase
            {
                // process data
                show_LED(*(uint8_t *)(USB_PMA+128));
" s: [# f* d- Y- b% U                ep0_state=4;
                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
. @, s6 Z" M1 t) }* \; T            }
5 ]+ g$ u& k: z  b% E3 h3 r        }
" K3 \7 u) p" a. f4 _! B1 T        else
        {
            if(usb_address && ep0_state==0)
3 K0 h+ _, \$ U            {
* a! n2 {7 z" _/ A% Z                USB->DADDR = USB_DADDR_EF|usb_address;
                usb_address=0;
            }
        }
% g# T) M: z+ v, E$ C, Y7 r  e5 }        if(row!=scan_row)   // new scan line
        {
            if(key_state[row]!=prev_key_state[row])
            {
" y2 u( H9 i6 t8 A  u                uint8_t test=0x80;
7 P. @+ S; l8 n& t1 K) [3 G                uint8_t diff=key_state[row]^prev_key_state[row];
                for(i=0;i<8;i++)
& W# V. s, U& N1 \8 n                {
# _) z) q! l9 q3 K6 g( ^4 f# M                    if(diff & test)
& I' r' G; `$ l/ K2 A; B* Y1 V                        update_key_matrix(row,i,key_state[row]&test);
9 F& U' }; @5 f. ?1 g                    test>>=1;
) ?/ i, q8 n: C6 n                }
5 [3 K1 j6 i4 D% V            }
            row=scan_row;
        }
! V( [/ N& s' Z    }
3 @1 N7 t* c6 S9 T: l8 }
; ^- q& J  @' X# R
EP0的控制传输，把用到的请求处理一下
char setup_packet_service(void)
7 P% ~: x! A" F" h1 w/ M$ W{
# b. _; Z7 g, r/ R% e) |    if(ep0_std_req->bmRequestType & 0x20)   // class-specific
" }6 A3 i. @/ F# B    {
/ c1 S/ v' W9 Q  Y( A) |        switch(ep0_std_req->bRequest)
$ m7 i7 [3 K( l- q        {
8 U: R4 R" E5 r# Q+ \, X            case REQ_GET_REPORT: break;
+ b) t% d: A4 N) t            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;
8 N8 p; R1 c' }' b                break;
            case REQ_SET_REPORT:
  \- ?# }2 q- C7 V: R" i                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
                ep0_state=2;
) g: N% _" F7 V8 Q9 T6 w                return 1;
                break;
' `" i' J! Z0 |" g$ q7 h) {            case REQ_SET_IDLE:
                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
2 N4 L9 m% c% `" p% L5 A                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
" u; h! p$ E: Y                ep0_state=4;
8 Y0 g/ b) q4 U( y- |                return 1;
                break;
( W; w4 u& M% [  M0 _3 o( S' `        }
! |9 x! P1 N6 o& E: Z        return 0;
2 H, z8 j4 I3 @- B( x0 w% d. ?8 z    }
' h4 Z+ K# f8 p    else    // standard
2 ^* ?& Z( v) C5 o' }    {
, {1 N. z- s! E7 w) F        switch(ep0_std_req->bRequest)
* C; {! G. F: x: T        {
            case REQ_GET_DESCRIPTOR:
                return descriptor_service();
                break;
$ W! G2 k# K9 x  Y4 M1 A) `' d            case REQ_SET_ADDRESS:
                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
3 [5 Q" P- q7 M+ h: l                return 1;
8 j4 d8 p& v3 ^/ w            case REQ_SET_CONFIGURATION:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
                    return 0;
                USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX1|1;
" l4 B2 O) Q5 d, Z/ `                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
% S1 C. j1 J$ \; }9 P- M2 W( E                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
# [' Z+ T& f  e/ k, z  A                ep0_state=4;    // No DATA phase
                return 1;
* Y- B9 T+ y$ B. m" i( {2 H# K            default: return 0;
0 Q( E* ]3 L4 e; z        }
0 J. t+ A6 B0 ?8 |% }4 p    }
9 j% ?7 [3 ~9 g! u- K! V! X}
2 ]; z8 ~9 z$ b+ D8 A, i
! v1 v$ z( b7 h) g2 K
. x# K8 P' c) Q
3 i" `% L: k% g

miaozhuang

各种描述符，是USB开发首先要处理的
1 g* e' ]1 I5 Y3 [/ R# Bchar descriptor_service(void)
( ?  ~8 v5 c4 h% {; R{
    switch((ep0_std_req->wValue)>>8)
    {
* L% r- A4 C4 p4 j$ g        case DESC_TYPE_DEVICE:
( D  t/ K( K5 G' p$ b2 w+ ?            return ep0_preparedata(&DevDesc, sizeof(DevDesc));
2 d1 S5 i6 ?! E1 y  L& ?            break;
        case DESC_TYPE_CONFIG:
            if(sizeof(ConfigDescData)>ep0_std_req->wLength)
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, ep0_std_req->wLength);
$ r4 I. p7 B5 `- w& i; n) D  Y            else
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, sizeof(ConfigDescData));
            break;
) l  q- j8 |# u: |+ |3 R        case DESC_TYPE_STRING:
# t9 y2 ^. |( h: _8 P6 c6 A            switch(ep0_std_req->wValue &0xff)
            {
! M, n, \* ?- ]) T, F1 |5 p                case 0 : return ep0_preparedata(&LangIDDesc, sizeof(LangIDDesc));
  n; q* ?  ~4 G2 M                case 1 : return ep0_preparedata(&UnicodeVendorDesc, sizeof(UnicodeVendorDesc));
                case 2 : return ep0_preparedata(&UnicodeProdDesc, sizeof(UnicodeProdDesc));
+ n1 i  A  V8 X8 i( n                default: return 0;
            }
            break;
        case REPORT_DESC_TYPE:
8 X0 S2 J/ Q* |            return ep0_preparedata(&HidReportDesc, sizeof(HidReportDesc));
/ m( L" z4 m- t. @) A( c% O        default:
3 S# [" D% \& s9 I            return 0;
    }
! `* l5 Z, T, B/ B% Q}
下面说下我对键盘的处理。因为有14+8条线，其中8条一组我称为列，用PA0~7读取；另外14条我称为行，在一个时刻只有1条为低电平(输出)，其它13条为高阻。在列扫描线上加上上拉，因此没有键按下的时候，PA0~7都是高电平的。若某键被按下，当在所在的行被扫描时，对应的列就会变成低。我用了Timer6中断，每0.5ms切换一次扫描线，这样扫描一遍矩阵键盘用7ms.
: Y9 i+ u7 B, j( T& _  F$ J9 `void TIM6_DAC_IRQHandler(void)
) V' ^. y! S. X. F0 V1 q{
    __IO uint8_t *PA_IDR = (uint8_t *)&(GPIOA->IDR);


; P7 D& {7 |, |& G/ ^. h    TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;
9 U+ X0 W7 @0 x9 t$ r& H& h    prev_key_state[scan_row]=key_state[scan_row];
    key_state[scan_row]= *PA_IDR;   // update key states
, F& g: t& O; i- Q    switch(scan_row)
( C1 q5 Z% \* B% x' v6 S0 `+ e    {
9 J9 i0 Y' D/ z) S; l8 E0 C7 V        case 13: // next row PB14
- d% l1 ^4 n% y) x6 I                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT;
$ p2 {0 n4 a" P                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER14_0;
6 r+ ]9 v/ M- x" ~                break;
        case  0: // next row PB15
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
        case  1: // next row PB3
4 S9 J  s/ o  y/ B3 i' `4 ^                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER3_0;
                break;
( x; G* Q; [7 }( T& H        case  2: // next row PB4
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER4_0;
7 Z! A9 R5 \! D                break;
        case  3: // next row PB5
2 \1 g) k( c- C- X4 i, T$ z% {                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER5_0;
                break;
  x! W5 b+ X* F7 c        case  4: // next row PB6
8 W: y, x4 p& A5 Z1 j9 W1 j                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER6_0;
& N& c+ v- Y% D5 ~5 ?$ e                break;
        case  5: // next row PB7
7 S& P: j% L. Z) h; p' p. a- S                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER7_0;
7 I8 h' Q' o# [$ K" x% U+ f: }                break;
1 `7 X) E; G! Y        case  6: // next row PB8
9 R, s" p) U$ e7 i/ ~" f                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
# \0 V& ?" d( }* @8 ?1 h% [                break;
        case  7: // next row PB9
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
                break;
        case  8: // next row PA8
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT;
+ E2 X6 R. i  d6 }9 F/ y                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
' k% Z# c2 a/ [8 n$ e" v6 L                break;
        case  9: // next row PA9
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
                break;
/ J: A0 m) Z, i/ F2 m" ~' f8 c        case 10: // next row PA10
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER10_0;
( S, X' I* n. V% z5 p* J1 Q                break;
        case 11: // next row PA15
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
* M& ~& X/ z( d                break;
        case 12: // next row PC13
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT;
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER13_0;
                break;
    }
) s) ~* @! ?$ C    if(scan_row<13)
& Y/ J, x0 x' {) l2 Q. C        scan_row++;
    else
        scan_row=0;
}
1 @3 Q" @- R2 o- b+ N; z

2 `3 {6 b8 J6 @& S8 T# d0 @9 [) S

miaozhuang

" c6 M7 l; k. U2 C, X, N- g# L( Q
/ t+ r- g4 A6 S1 J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：


0 @! S1 I: O2 F2 _! s. gconst char hid_keymap_qwerty[14][8]={
* E: |) m# I$ V: S: E    {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},
/ t1 G3 d4 s- r, L7 j& H! ]2 ?    {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},
! E9 R8 ?& i  z) O* X    {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},
# @' O6 V' o( N    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_D, HK_Y, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
! v+ Y8 X6 H4 i  M* x    {HK_NONE, HK_RAlt, HK_LCtrl, HK_S, HK_T, HK_8, HK_Enter, HK_F1},
: g; h4 ]7 x3 [6 Q    {HK_PgUp, HK_Home, HK_Insert, HKR_5, HKR_6, HKR_4, HK_F10, HKR_Dot},
+ d: b7 X2 O) ^6 |    {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},
    {HK_Slash, HK_B, HK_Delete, HK_K, HK_LBr, HK_W, HK_5, HK_F7},
& ^1 w: X& L5 n. z1 b6 a2 \! b    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
. s9 Y  k( r( v8 \% q};
$ d4 i! X' P3 h1 Y9 I
7 f: n  t  Z6 |  e. {4 i
const char hid_keymap_dvorak[14][8]={
" M; D8 l4 s- Y8 }0 R( v3 z, `    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_P, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
8 c" j$ d/ Q3 c    {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},
    {HK_M, HK_Q, HK_S, HK_I, HK_C, HK_LBr, HK_2, HK_F4},
  m0 g8 ~& g: ~, o: @; p    {HK_LShift, HK_NONE, HK_Caps, HK_U, HK_G, HK_0, HK_1, HK_F3},
! d3 p% B( o- N* n    {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},
) N! T% }; r' P" U6 m$ m3 h5 x    {HK_PgUp, HK_Home, HK_Insert, HKR_5, HKR_6, HKR_4, HK_F10, HKR_Dot},
; S. x5 I: d5 B6 s" t5 Y) h    {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},
) v6 w' x( g; F$ l( Q" r1 I    {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},
2 z$ y  g9 l" P  m7 w% ~8 y    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
# B- J* z& C% N! R};

$ M/ r# Z5 V2 t
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。

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：
' d" Q+ ?: \2 o! X
void update_key_matrix(char row, char col, char onoff)
7 o( @4 m2 k8 t% A{
0 j, T( e7 E! O' \( n. m    static uint16_t hid_report[4]={0,0,0,0};
    static char (*hid_keymap)[8]=hid_keymap_dvorak;
; y4 P7 C- M+ K+ J, Y; M  e5 m
3 W1 B( u% W! P5 J
    unsigned char key=hid_keymap[row][col];
    unsigned char *report =(unsigned char *)hid_report;
. o& b$ G! x9 R2 X2 L    char i;

8 {* j* |1 t+ D
5 `7 j- k' a% m3 _8 \7 D    if(key==HK_MODE)
    {
$ R% S9 ^0 Y) d4 p3 z$ k        if(!onoff)
# _$ L& _( N& c8 D& y$ u; m        {
            if(hid_keymap==hid_keymap_dvorak)
            {
                hid_keymap=hid_keymap_qwerty;
                GPIOB->BSRR = (1<<2);
            }
            else
5 b8 @; X: h3 i9 k0 q# V            {
                hid_keymap=hid_keymap_dvorak;
                GPIOB->BRR = (1<<2);
            }
8 v6 R; F7 W% D6 {        }
        return;
# T. @% Y  K3 C' P  a: r    }
5 }. D1 E8 u2 q3 I0 f8 f

    if(key>=0x80)   // Alt, Ctrl, Shift
    {
: h' B% s5 X- Z" }$ D        uint8_t bitset = 1<<(key&7);
- X4 j/ t" M  S! v        if(onoff)   // non-zero is key up
! J+ X9 V' L3 i# B, n/ V            report[0] &= (~bitset);
: x/ R9 M/ H: k" g9 [: W0 u        else
            report[0] |= bitset;
    }
3 E- ]4 C* W% b  D; u, V    else
7 K& d8 \& P9 E    {
        if(onoff)   // non-zero is key up
        {
            for(i=2;i<8;i++)
            {
% W" ~8 a4 I! b( m* U                if(report==key)
                {
6 l; J$ a4 p9 ]/ L9 h                    report=0;
( y, w% V* v% i0 \. c                    break;
                }
            }
0 v( z, V: p3 X4 b8 H7 h1 F6 U        }
) e& A; T, j3 K. \/ ~        else
        {
            for(i=2;i<8;i++)
* i' b4 L  O/ _            {
1 k6 }. k' E6 _7 Z                if(report==key)
' ~1 a, l- b' b- ?: ^1 R9 h                    break;
                if(report==0)
                {
; r: `4 c5 v+ v7 _- _; [                    report=key;
; N' D, p1 Z3 P* @5 b                    break;
                }
            }
8 G( q4 c2 C7 t2 r9 s        }
    }
    for(i=0;i<4;i++)
  ?$ [/ q1 n9 D; a& y  X* t- N        USB_PMA[192+i]=hid_report;
    USB_PMA[5]=8;   //COUNT1_TX
    if(ep1_wait==0)
    {
        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX0|1;
# d' r( Z0 E. V$ X! @4 j1 g        ep1_wait=1;
) Z: \$ u0 Q: s( F% _6 W- @# u* L+ E8 \    }
9 x$ I; _3 g" U- i8 D4 J  c7 u}
' @; c% A8 R" ]; v' s1 K  s$ N$ b

. e" p/ e% z( h. d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。
: F4 t; w4 P( E- W" h2 V  S keyboard.zip (8.7 KB, 下载次数: 6581)

2016-9-21 21:01 上传

点击文件名下载附件

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。
, [' [1 R8 {( K; D, K

网络孤客

刚开始我以为要把打字机改造成电脑键盘
# s0 e- ?7 n+ U, o* Q& ~不过楼主也很厉害！

miaozhuang

网络孤客 发表于 2016-9-22 13:48
% C) U/ I6 o+ Q0 q刚开始我以为要把打字机改造成电脑键盘
7 p, \7 u, u5 t, r/ m% o5 Z, B2 J不过楼主也很厉害！

哈哈  是有点像奥

Mr.Prince

很厉害
% l3 l# W! y- Y% d' Z6 X9 U

thermoer

这个看着真硬核