【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。


% [2 h: y/ c& t1 Z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。
- @5 v- A5 J/ P) R  g
8 V! c) O/ M$ B6 u6 h2 X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：
' x) A2 p6 L8 l- {
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.
! i& x- i0 @) M2 @) K; n: @1 KDvorak(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：
* s3 i' V4 [8 l( ~. a3 c
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。
/ O/ d6 u  R  @; o/ 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。

! F# T) Z5 @! w" M% O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。
* a# q) Y  z% O$ t9 C* t
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：

0 m: d4 y4 C2 }& |( ]& h----------------------------------------------------  分割线 ----------------------------------------------------------

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。
% c% J. k4 Q3 H5 e( w
7 x# e% \: s  _" W1 u9 U/ P轴全部拆下来之后才能将钢板和PCB分离，不然是被卡住的。原来键盘里面的灰比照片上还多得多。注意到这块DIP40的芯片，就是键盘的主控。

特写，80C49

LED部分，使用了一片D触发器锁存指示灯状态.
5 h0 Y- }* R  ?+ E
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
& p3 n  o) ]" l" O: b
4 E$ j; {6 ~2 e" e9 C6 ?$ z- {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.
# N; |$ W, }! N) ?( D' p
2 y" W# Q- V3 U2 M0 g& H4 R# w3 r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。

0 }+ h+ x' {7 k7 W4 r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。
% f) B, D) y; l
% r* }9 e% ~* p5 {' n- O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。


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

; _) x( D0 R6 [$ ]4 g




' M" [$ Q" f3 q3 [

& A& k/ s0 ]8 i1 X. u
3 m7 k! C4 R( g# D. p
  H; m0 P- k& ^" C+ q8 R, b& g  V$ @

miaozhuang

DIY过程直播完了，下面说硬件的设计。
; D/ p, z- e# G, M80C49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：
6 Z5 g' p2 D0 N, V- K

, w( n3 ]- \" l: I4 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)


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。
7 k4 u" \2 R; H
这是我设计的电路图：
: O/ e" B0 {- K

PCB Layout:
5 Z( X& @; Y; R6 o# B( n

* t& q3 r2 n2 n, |, |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.
. M/ B6 M8 `: u. {! ^$ D6 E

miaozhuang

0 c1 _1 I6 o- ^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。
0 m! n5 x0 N' k2 I
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 i3 P( Z* C$ x4 W1 U
USB的中断ISR，bare metal哦
9 `$ ~- }) a- G: \5 }0 `8 D& M
% W8 ]: b$ |9 C  T9 a. |void USB_IRQHandler(void)
3 z  G0 t8 M. Y9 z* }{
7 h2 |; k; K" f) Y0 j" D    if(USB->ISTR & USB_ISTR_CTR)
; T! I8 s0 o- X# g    {
4 S9 c8 ^2 [& g" s9 Z$ v; E7 L        if((USB->ISTR & 0x0f)==0)   // EP_ID==0
5 c) n0 i$ ~, p& D# J        {
            switch(ep0_state)
            {
7 ~  r% h* M% _5 H                case 0: ep0_state |= 0x80;
                        break;
( q8 c: {- o3 \  e! ~                case 1: if(USB->EP0R & USB_EP_CTR_TX)
                        {
                            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
                            ep0_state=3;
                            return;
$ g* a2 [' a+ w! h( L! |+ O+ ]                        }
, }; W* W. B0 V. _( a( m2 g                        else
1 s6 D- p- F/ Q1 J' H6 {: W                            ep0_state=0;
                        break;
                case 2: if((USB->EP0R & USB_EP_SETUP)==0)   // OUT packet
9 s: N) ~5 ^' c8 X/ |7 ^4 y! D$ q                            ep0_state |= 0x80;
4 O4 {" g6 ?( d  l$ B                        else
                            ep0_state=0;
                        break;
$ s3 p' S& ~! Q! l- ?                case 3: ep0_state=0;
; d# T! S) t, Y' k, ?                        break;
                case 4: ep0_state=0;
                        break;
% p2 R8 z5 {& @& H8 y7 @* T                default:ep0_state=0;
                        break;
            }
            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL; // just clear flag
# L& E* H8 V' Q8 W! R            return;
        }
( @7 w9 n- {+ s# d% ?! f% s7 M        else    // EP_ID can be 1
- r: U: U+ g2 h- t8 O        {
( d) X0 d* E, |            USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1; // just clear flag
            ep1_wait=0;
4 ?1 I) T1 L0 w& t% ]            return;
        }
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_PMAOVR)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_PMAOVR;
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_ERR)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_ERR;  // write 0 to clear
    }
0 X& |  q; s! T/ ~, k  D    if(USB->ISTR & USB_ISTR_WKUP)
    {
  c* f% E$ {9 U, t        USB->CNTR &= ~USB_CNTR_FSUSP;   // no suspend
: C* s% ?5 ^0 d6 U- J9 ^# D1 N        USB->ISTR = ~USB_ISTR_WKUP; // write 0 to clear
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SUSP)
    {
) e: n. z; t7 a/ ?- k5 U% n' t% j        USB->CNTR |= USB_CNTR_FSUSP;    // force suspend
, R* v/ t$ Q+ ]" K        USB->CNTR |= USB_CNTR_LPMODE;   // low power
6 h" ^6 f2 n: P! B/ }        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SUSP; // write 0 to clear
$ X+ E9 O! @3 ~4 D- i* Y2 j+ D    }
: I& R5 H; `  `6 P" M    if(USB->ISTR & USB_ISTR_RESET)
    {
3 u9 y* m0 Z' u6 [; s        USB->BTABLE = 0;    // buffer table at bottom of PMA
        USB_PMA[0]=128; //ADDR0_TX
) k9 a) U/ D- D* a' v+ T8 \        USB_PMA[1]=0;   //COUNT0_TX
2 v, K2 i$ }  X  j5 L# r        USB_PMA[2]=256; //ADDR0_RX
: g! l8 y9 M3 m5 [        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
        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1;    // EP1 type
2 X- A' H. i" L        ep1_wait=0;
        USB->DADDR = USB_DADDR_EF;      // enable function
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_RESET;    // write 0 to clear
    }
: ]. o0 _# z2 V; B/ e- p    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SOF)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SOF;  // write 0 to clear
    }
}

' U9 W: m4 J8 F( s( d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。

  u) n& [: B2 g: }# M3 y0 }; U) h' Q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。

8 n) t9 L* J3 ~2 f8 q    while(1)
7 q# }+ p. L) ^- ]    {
, j/ p5 Y! i( u( }        static char row=0;
) j) O& c& _; t        __WFI();
        if(ep0_state & 0x80)    // request data processing
* ~# ~$ i. P3 P9 L        {
5 i" z, o! q- c7 }$ z8 a            if(ep0_state==0x80) // SETUP phase
1 }0 X1 I0 b4 V* ~/ m/ Z            {
: |! H/ D4 {% Z. ^6 l                if(!setup_packet_service())
                {
                    ep0_state=0;
                    // not supported
5 l: F5 G6 _7 P                }
                // ep0_state should be set to 1 or 2, if processed
            }
            else    // OUT phase
            {
  s; i2 E( E* N" }                // process data
, |* W' T$ Q( L                show_LED(*(uint8_t *)(USB_PMA+128));
! w  c, m) j- G6 {                ep0_state=4;
) F0 U5 G+ E" @) m4 m                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
            }
  u3 a0 U! J  T5 a; N        }
        else
        {
% E. T9 G3 t3 }% q9 f3 C            if(usb_address && ep0_state==0)
            {
+ v1 X1 D/ J- J5 S* S; c                USB->DADDR = USB_DADDR_EF|usb_address;
                usb_address=0;
1 Y, v8 a/ Q6 K* j7 o            }
/ q% [' {& ?- m3 \7 @# {6 v        }
        if(row!=scan_row)   // new scan line
, l9 G( m5 u' `9 H        {
/ x' _4 e. z: K7 }+ `4 y, X0 b( _            if(key_state[row]!=prev_key_state[row])
4 [! a- T% c. j! h            {
                uint8_t test=0x80;
                uint8_t diff=key_state[row]^prev_key_state[row];
  R2 d. v: L9 a0 J* Z- k                for(i=0;i<8;i++)
' ^6 S( D  n" E1 {, _                {
                    if(diff & test)
4 p. {& t( J; ~0 _8 J9 u2 ?; ^9 g                        update_key_matrix(row,i,key_state[row]&test);
                    test>>=1;
4 j5 h5 `" j, t2 W6 s' X, P                }
            }
            row=scan_row;
* o1 l+ x9 |2 w2 Y        }
    }
/ S( {/ w5 T# Y" p3 ]. X: q( Y& Q

EP0的控制传输，把用到的请求处理一下
7 y" o" l0 J' U/ @' dchar setup_packet_service(void)
: U% a1 v* r" _( ?9 Y" J' o2 b{
. a8 u- u, _0 @5 g3 ?7 Q! Q    if(ep0_std_req->bmRequestType & 0x20)   // class-specific
    {
        switch(ep0_std_req->bRequest)
3 p* q2 c1 D/ }( I        {
            case REQ_GET_REPORT: break;
/ O9 W* T( N3 Y& H3 m            case REQ_GET_IDLE:
                USB_PMA[64]=0xfa;   // return 1 byte
0 G$ c5 z+ Z+ v6 W' X& q* T                USB_PMA[1]=1;
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
: ]. ^% r2 ^$ m0 H                ep0_state=1;
                return 1;
                break;
( E- m6 ]# e' f/ T6 I$ H' E            case REQ_SET_REPORT:
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
                ep0_state=2;
. l: E& C; @2 g                return 1;
                break;
% y9 b* T. d- j1 h( `            case REQ_SET_IDLE:
) ~$ M% ]! O) Y, w' C                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                ep0_state=4;
9 @" w' E( i8 U0 z2 J+ o% M                return 1;
                break;
: R1 o' u7 u  i- E8 I7 |        }
        return 0;
2 i$ W, z, O! e- m6 y9 u    }
3 l  f& w# h0 L* _6 @! c5 E    else    // standard
' M! _& N8 ^. s- T& C1 p6 Z: j4 ^    {
3 I* P. \: g/ i* S5 Y        switch(ep0_std_req->bRequest)
        {
! N3 R# s  e$ n; r) w            case REQ_GET_DESCRIPTOR:
                return descriptor_service();
$ t, {: H; T- e; J$ W                break;
            case REQ_SET_ADDRESS:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
: J" C/ K3 L7 k3 c1 R1 O4 C' d                    return 0;
$ i* m. U! i, i0 |% T                usb_address=ep0_std_req->wValue;
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
3 T0 _6 s# d/ ~" G# r4 R                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
% @! |0 b: S* i/ G) a2 O                ep0_state=4;    // No Data phase
8 T7 o, t- b2 @. [                return 1;
            case REQ_SET_CONFIGURATION:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
                    return 0;
! K* A6 S3 I9 Y& k1 n" K- [, R% }                USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX1|1;
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
* T0 Y3 i- ?. z0 [; t& m0 A2 b( Z                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
+ R+ b3 a: o- [; E9 H                ep0_state=4;    // No DATA phase
                return 1;
            default: return 0;
        }
    }
}
' p7 Q* q2 A; h  K  Z
9 `  Y0 O! u5 s8 I' u. E3 J) t
5 Q  @+ }" g0 t

miaozhuang

各种描述符，是USB开发首先要处理的
/ l2 ?; Q/ O/ Vchar descriptor_service(void)
{
    switch((ep0_std_req->wValue)>>8)
5 U; c8 H: a2 K0 }& X8 {3 f    {
1 U. Q# j$ F: W        case DESC_TYPE_DEVICE:
            return ep0_preparedata(&DevDesc, sizeof(DevDesc));
            break;
        case DESC_TYPE_CONFIG:
/ G4 N! A: v: B3 y2 E! r! c' s            if(sizeof(ConfigDescData)>ep0_std_req->wLength)
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, ep0_std_req->wLength);
% z8 ]9 ^7 |. A) c) H# i* ^0 z            else
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, sizeof(ConfigDescData));
            break;
        case DESC_TYPE_STRING:
            switch(ep0_std_req->wValue &0xff)
/ p4 s# u  k" q& @, I5 w7 X2 w            {
$ h7 ?% [5 @% d5 L3 y6 `0 q                case 0 : return ep0_preparedata(&LangIDDesc, sizeof(LangIDDesc));
                case 1 : return ep0_preparedata(&UnicodeVendorDesc, sizeof(UnicodeVendorDesc));
+ q" t2 c+ n% @! y                case 2 : return ep0_preparedata(&UnicodeProdDesc, sizeof(UnicodeProdDesc));
, r, C. U: k8 c$ L* m  N7 X6 z                default: return 0;
7 u% S6 Z. X! D. ]3 [% P) U8 e+ j, Y; R            }
            break;
        case REPORT_DESC_TYPE:
1 W- V: U: s6 e/ ?            return ep0_preparedata(&HidReportDesc, sizeof(HidReportDesc));
        default:
            return 0;
    }
7 p: J9 S2 h: `0 i}
( b! u( {+ c6 G* I; e  h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 M( W; Q  ~7 \/ h$ cvoid TIM6_DAC_IRQHandler(void)
  E9 a9 {! W1 X' \; o0 R{
4 t8 I- U" _3 \3 k9 e    __IO uint8_t *PA_IDR = (uint8_t *)&(GPIOA->IDR);
3 e. I1 U8 X8 d$ E1 ]) N

7 |/ J- c" r9 T' T0 I) O- U; U0 }+ q    TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;
    prev_key_state[scan_row]=key_state[scan_row];
  ~( M* r/ |; G: t4 m5 z9 L+ B1 R3 Q& Z    key_state[scan_row]= *PA_IDR;   // update key states
  X& g9 W! _* T' N+ _; c6 D. M    switch(scan_row)
" C! l1 a# V1 x3 x$ H- M    {
        case 13: // next row PB14
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT;
$ o. ~, |# K7 F5 ~7 Z# y                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER14_0;
                break;
        case  0: // next row PB15
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
        case  1: // next row PB3
2 n/ j8 W, R4 ]- N3 w8 F, Z# I                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER3_0;
0 t% p) w; p+ [4 e6 e                break;
( J9 S  [( y% V0 R  C        case  2: // next row PB4
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER4_0;
                break;
, r& N# A$ @; ]5 G! _1 K        case  3: // next row PB5
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER5_0;
1 U4 s$ P' |: M9 ?5 z; J                break;
. V$ ]( x' ~. }5 d: G" E        case  4: // next row PB6
+ b: W+ c0 b& K7 S$ z$ u8 z                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER6_0;
+ S  l/ p% c' A% b                break;
: u% w8 w/ c! b* C0 }# a$ H  u        case  5: // next row PB7
/ r# {( I& i5 V9 }& k& w6 p                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER7_0;
* k. c$ G& a5 F& u2 H2 p* v                break;
* v& H# |2 b# `; p% |( g/ Z( }( X; X        case  6: // next row PB8
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
3 N# ]0 B6 `3 ]/ K  x+ e6 _/ `                break;
: d3 @7 `; p! Q3 U3 ~        case  7: // next row PB9
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
                break;
        case  8: // next row PA8
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT;
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
1 |3 N6 i( ]1 H* c        case  9: // next row PA9
* l, b  k0 \9 L* L0 G                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
                break;
- c8 h6 I8 h6 g- O- C        case 10: // next row PA10
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER10_0;
" r7 {# S( l+ i3 F                break;
        case 11: // next row PA15
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
                break;
9 v7 P  T6 ~1 c- \$ ?) k7 n        case 12: // next row PC13
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT;
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER13_0;
# u/ ~  R1 ^) j7 V2 g; W                break;
7 \8 I+ B4 f0 O4 G3 t    }
. P% P7 k. V6 e6 }) z5 i. }8 f9 t& c    if(scan_row<13)
# w/ Q: Y9 |" t( P        scan_row++;
    else
        scan_row=0;
5 y( N6 N- B1 u) O}
5 q3 h, [' Q0 ^" `

miaozhuang

: v+ b0 t/ ~6 B
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。
5 A8 `" J9 i/ P) S  |
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：
" U) x0 b4 y. ^
% K/ Q. n! f$ w% P
const char hid_keymap_qwerty[14][8]={
: s0 J) R) m% [$ `    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_R, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
/ q/ J* o- f7 V$ @( R+ W    {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},
% i( c- ?1 V- G- g    {HK_Comma, HK_C, HK_Quote, HK_H, HK_O, HK_Equal, HK_3, HK_F5},
; n" j7 }" J. X% I2 N+ T7 J    {HK_M, HK_X, HK_Colon, HK_G, HK_I, HK_Minus, HK_2, HK_F4},
* G9 R1 m, V4 H! R, e+ a% s    {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},
    {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},
' C6 [7 u# M, e; q" |  P6 t    {HK_Right, HK_Down, HK_Left, HKR_Num, HKR_Plus, HK_NONE, HK_NONE, HK_NONE},
. @, F+ Z1 J% [, w1 x    {HK_PgDn, HK_End, HK_F11, HKR_9, HKR_Minus, HKR_8, HKR_7, HK_NONE},
& u& Y; i; ]1 P( b    {HK_Space, HK_N, HK_Z, HK_L, HK_RBr, HK_E, HK_6, HK_F8},
1 n/ Z# D, {  [' J5 g6 q7 ]    {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& j, B7 n) B& R};


const char hid_keymap_dvorak[14][8]={
    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_P, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
    {HK_F12, HK_BS, HK_Up, HKR_Slash, HKR_Aster, HK_NONE, HKR_Enter, HK_NONE},
    {HK_V, HK_K, HK_BSlash, HK_H, HK_L, HK_Quote, HK_4, HK_F6},
    {HK_W, HK_J, HK_Minus, HK_D, HK_R, HK_RBr, HK_3, HK_F5},
    {HK_M, HK_Q, HK_S, HK_I, HK_C, HK_LBr, HK_2, HK_F4},
/ k; F! ?& q/ X: @4 E& i    {HK_LShift, HK_NONE, HK_Caps, HK_U, HK_G, HK_0, HK_1, HK_F3},
    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_E, HK_F, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
. [) I- u& {0 i    {HK_NONE, HK_RAlt, HK_LCtrl, HK_O, HK_Y, HK_8, HK_Enter, HK_F1},
5 ^6 v0 |7 B+ u$ f) F    {HK_PgUp, HK_Home, HK_Insert, HKR_5, HKR_6, HKR_4, HK_F10, HKR_Dot},
, e, U! U0 l/ B3 R: ~9 h/ A; ^: 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},
3 X$ ?2 `: ], G    {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},
3 w, J' s6 Q7 Y" V; P    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
};


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：

8 T6 c( }3 @3 U- z4 ]2 y1 rvoid update_key_matrix(char row, char col, char onoff)
: |0 m! L7 `( {{
    static uint16_t hid_report[4]={0,0,0,0};
    static char (*hid_keymap)[8]=hid_keymap_dvorak;


' G3 S6 r, N( o; |! Z    unsigned char key=hid_keymap[row][col];
    unsigned char *report =(unsigned char *)hid_report;
    char i;
2 K3 T* L# l, q+ p  Z
7 U. U  X4 i3 V, t
+ d2 X3 `8 i. ^7 e2 X# @0 J    if(key==HK_MODE)
    {
/ W- D/ M8 Y( a; @* n        if(!onoff)
        {
            if(hid_keymap==hid_keymap_dvorak)
: e/ R0 Z1 d* {            {
                hid_keymap=hid_keymap_qwerty;
. t% H/ T1 _! d  A. p) c& b                GPIOB->BSRR = (1<<2);
% V+ z) Q; n. n. I7 |            }
            else
            {
                hid_keymap=hid_keymap_dvorak;
. V# G- e; j" ?$ B! W                GPIOB->BRR = (1<<2);
0 G+ c. T3 y; P' {5 N  L" M            }
        }
        return;
    }
9 n1 N( g9 z* {4 x$ X
7 N* L& B' ^+ d4 z
3 M& G( ?  @7 [. d5 v    if(key>=0x80)   // Alt, Ctrl, Shift
' s% ?& V5 G) @    {
3 K, d+ N. f% C, M8 M1 b$ P        uint8_t bitset = 1<<(key&7);
        if(onoff)   // non-zero is key up
0 K# R- }& O; D. B, p            report[0] &= (~bitset);
6 W( U/ Y* V+ C- ^        else
            report[0] |= bitset;
# H' g; a8 l; x    }
    else
    {
) D: Q" h$ r4 x; L) W1 r0 X        if(onoff)   // non-zero is key up
9 l7 o) V, F# S1 _        {
            for(i=2;i<8;i++)
            {
                if(report==key)
                {
                    report=0;
/ U+ @, @3 V1 n: H* i- l                    break;
' _) ?4 p* d. D1 |                }
/ U+ }: Z$ F+ d6 f% I. u            }
        }
. Y9 ?" W" p8 d, t0 o9 O        else
        {
            for(i=2;i<8;i++)
            {
                if(report==key)
& Q7 v3 D0 p4 I. U( k" F0 |; B                    break;
                if(report==0)
                {
1 ?5 s- ?" q8 M                    report=key;
! n2 a! c0 N6 j  g+ M                    break;
                }
( R% m' f% Z: M) N. z" v6 Y            }
' y9 C9 @7 K6 r! m; R! R        }
& F3 E" C1 b4 j( T0 j+ j    }
/ g+ m4 o1 X9 ^7 C, a4 T- E3 f    for(i=0;i<4;i++)
        USB_PMA[192+i]=hid_report;
& h' Y5 H7 |( L/ t$ p    USB_PMA[5]=8;   //COUNT1_TX
    if(ep1_wait==0)
    {
# Q) F  R' L6 c9 v! ~2 }' H* L. J        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX0|1;
- o3 t% S- _# Z        ep1_wait=1;
    }
}
  V3 K- s0 `+ p3 r

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: 6075)

2016-9-21 21:01 上传

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5 z. B/ v# s- l6 ~8 [8 k9 U

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
. I0 w, R: Q3 a9 F) ?, W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