【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
8 @" Q1 q; o$ {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。

5 _* U: {& p3 B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。

0 h0 ^, e0 C7 ?. k' 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。

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：

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：

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。

4 Q: x7 l3 J; B. `; s9 ^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。
$ C  F% p3 @9 e7 P
2 |1 _% t9 b8 a0 \& c! J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。

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 ----------------------------------------------------------

! k+ r8 c/ r4 b$ I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。

" O% z6 ]; {, d( ]' {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。
1 m  ]' {! e2 v% @4 @  ~* }
特写，80C49

  `2 T2 T& ]# f+ U3 \+ hLED部分，使用了一片D触发器锁存指示灯状态.

( t1 ]' X% L& S暴力破坏，将80C49拆掉
% C+ ]: [9 Y2 {3 _3 R
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。

  X  M- ]& U% a" p3 ~  f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。
- p1 c+ n) z1 d8 i" F8 ^& A2 C
, a( S9 i2 r7 s8 S; M4 j4 G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.

& K9 A+ f1 Q1 e# M2 I: V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。
7 ], V& s! c8 o! P! ?  M! L; n
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。

# @3 `" T' k0 b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。

& k/ x; N6 \3 f( f+ S5 B. O! H+ L; w
6 M% Z0 j( m5 Z/ s9 E# t: c----------------------------------------------------- 分割线 --------------------------------------------------


( F. A1 G7 W% v% R
6 j0 H8 b+ }8 @  }
2 I+ @; C$ R+ t! `( N
) R2 i. Z) ^8 o# M; O- _: w





4 U$ t) ~4 q7 \- l/ D

miaozhuang

DIY过程直播完了，下面说硬件的设计。
8 I8 {( {% Q: [& o6 T9 E80C49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：

. ]& k6 L' h' C6 @/ l
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)

8 }1 E  \$ O# q& J- u1 n8 q+ s1 y. E
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。
3 k' Z& \- W  Z+ f. b2 R% W
, }9 \$ R8 x1 ^  t这是我设计的电路图：
- Q7 Y, S7 X  M1 F- m# b9 C

" l3 f" m5 u# b' T, [! p! u/ HPCB Layout:


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.

" H( \" H2 I/ e( H/ D/ a" m, E, K

miaozhuang

; h# u% l6 ]  r" J0 N( ?. u; S
, \) }9 x1 h1 N7 V3 G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" Q( K/ ^! }& \6 A4 p2 ]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：
: B5 T4 Z: |' V8 x% S( S4 ]

: @/ Y* ~+ S& w- Z" z2 F( h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）
, y# U2 z- u, c) ~
USB的中断ISR，bare metal哦
% _/ Y8 N/ E2 e+ s! w0 u
void USB_IRQHandler(void)
{
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_CTR)
4 ]7 O5 w6 M  U" o" t! g    {
$ G( K# u, p) ^1 @3 b, {" I        if((USB->ISTR & 0x0f)==0)   // EP_ID==0
        {
" c2 r4 g: k- M! r: N' \/ R            switch(ep0_state)
            {
                case 0: ep0_state |= 0x80;
, J% ?  d1 `' Y                        break;
                case 1: if(USB->EP0R & USB_EP_CTR_TX)
                        {
                            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
& V2 s6 b( d( p/ c6 H                            ep0_state=3;
                            return;
# ^) g' m- G+ L0 J- C$ }                        }
                        else
: _( U, b6 a8 W                            ep0_state=0;
# u2 ]2 r# E2 V0 X3 ]- O6 l2 H                        break;
                case 2: if((USB->EP0R & USB_EP_SETUP)==0)   // OUT packet
+ E, n. f- V. ]. T! Q+ X                            ep0_state |= 0x80;
& l. ~2 B2 o7 M                        else
2 _& Z, H, E4 t4 S                            ep0_state=0;
) v: r. z8 K. Y                        break;
3 p5 D7 e( d- z: J$ S0 v$ e6 D, l                case 3: ep0_state=0;
1 y' k' g. P- |+ i: H8 F9 a                        break;
; w7 r6 P& ]# n" x# P( n                case 4: ep0_state=0;
% D( q6 g# h! U2 T: I' n                        break;
                default:ep0_state=0;
                        break;
            }
            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL; // just clear flag
% N: C7 W# H( y# E' f5 Z' E, j            return;
: H1 ?) O4 c0 w  S  ^) E/ Z3 @# P        }
0 p' ?# \; i1 `! v        else    // EP_ID can be 1
        {
0 D% M7 _0 x0 M2 l            USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1; // just clear flag
3 v5 s1 `& C6 N1 _5 c& r            ep1_wait=0;
, v# H$ L5 ]! F" a            return;
        }
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_PMAOVR)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_PMAOVR;
9 ^& Y7 B/ r4 N& r; b! z2 b  C    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_ERR)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_ERR;  // write 0 to clear
    }
- e5 W4 T+ H+ n& Z( y/ l5 [( g    if(USB->ISTR & USB_ISTR_WKUP)
    {
' o  e( a. F0 G. ]        USB->CNTR &= ~USB_CNTR_FSUSP;   // no suspend
/ }& e7 v& e' S3 F8 v$ z        USB->ISTR = ~USB_ISTR_WKUP; // write 0 to clear
    }
$ i* _* U; o% A    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SUSP)
+ y8 H$ l8 ~! i% ~. i8 {2 F    {
        USB->CNTR |= USB_CNTR_FSUSP;    // force suspend
: j$ |! [3 n$ N- Z. H        USB->CNTR |= USB_CNTR_LPMODE;   // low power
4 l+ n  _# B: [        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SUSP; // write 0 to clear
    }
+ ^/ ]3 N# H& ~. j3 M) L9 \    if(USB->ISTR & USB_ISTR_RESET)
( N9 ]' b8 U2 h) Y2 o    {
' w. |' Z: {! `) I3 n- p) c3 |        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
- }: D6 p4 ?3 ]( P; i2 P        USB_PMA[3]=0x8000|(3<<10);  //RX buffer 128 bytes
# \9 g6 w2 L4 t        USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX1;
        ep0_state=0;
        USB_PMA[4]=384; //ADDR1_TX
9 ~, g& F6 A" y% b+ `        USB_PMA[5]=0;   //COUNT1_TX
        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1;    // EP1 type
  y$ z( c- u5 a* H' Y% }        ep1_wait=0;
8 w) K8 k5 |' ]% O9 p: a        USB->DADDR = USB_DADDR_EF;      // enable function
9 u% W& ]' ], Q4 r0 s        USB->ISTR = ~USB_ISTR_RESET;    // write 0 to clear
    }
7 ~: ^1 n! M( ]5 m# F    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SOF)
% D3 g1 j5 f7 R' }9 |  R/ D    {
# P9 X, J6 j2 e8 Y) u, s: ~) B        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SOF;  // write 0 to clear
    }
}
) e: `9 L; ~$ H5 Q# S6 g" l! u/ U
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。
. h6 Q0 W; N# l" O% Q2 X# m9 l
: q, `; W0 b( j2 F  z& M; `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 }" s$ I" ?* ?! ~7 ?$ {, Q& P
6 L0 z, q4 ~6 H2 `! a0 C    while(1)
5 `/ C7 E- z* b5 T    {
        static char row=0;
1 n6 p' J2 O/ @& L8 a& E0 N        __WFI();
2 j( v" L! G+ N- e& a4 Q$ D        if(ep0_state & 0x80)    // request data processing
8 C. @& f4 K7 G! ]: i        {
            if(ep0_state==0x80) // SETUP phase
            {
                if(!setup_packet_service())
! `/ s% j, R" \- ]                {
                    ep0_state=0;
                    // not supported
4 r; J5 \# a. x; r" K                }
+ r6 ]' O; U1 ^                // ep0_state should be set to 1 or 2, if processed
            }
            else    // OUT phase
            {
0 e' v  c% ]7 z8 W! ?                // process data
                show_LED(*(uint8_t *)(USB_PMA+128));
                ep0_state=4;
; _; ]8 k1 F" l" U2 S: x: j0 P% |3 ?; y                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
) @4 Q# Y# o2 n" N% l            }
7 J' T2 r/ J$ m- |! z: C. N2 N8 n        }
' x+ ]: l1 C& W6 x. f" c9 x$ d7 m        else
        {
- V2 H  M5 ]1 \& |# R            if(usb_address && ep0_state==0)
            {
                USB->DADDR = USB_DADDR_EF|usb_address;
                usb_address=0;
            }
: V- |' w+ W9 [+ V7 e        }
        if(row!=scan_row)   // new scan line
: y# m8 _7 n4 X        {
            if(key_state[row]!=prev_key_state[row])
            {
6 c& F( Y6 ]: G; U1 j9 s                uint8_t test=0x80;
+ ~4 B5 }$ V, x4 s                uint8_t diff=key_state[row]^prev_key_state[row];
                for(i=0;i<8;i++)
4 Q# L" a0 P- N* H                {
+ X- W5 L2 L# D' a1 a) J                    if(diff & test)
                        update_key_matrix(row,i,key_state[row]&test);
                    test>>=1;
                }
            }
            row=scan_row;
        }
: v: ?; K+ }1 n    }


/ i' \$ L) S' BEP0的控制传输，把用到的请求处理一下
char setup_packet_service(void)
{
6 z* R$ Q9 n2 J8 X& U    if(ep0_std_req->bmRequestType & 0x20)   // class-specific
  B/ d+ c2 Q2 L7 o0 Z! j# u* ]; f    {
        switch(ep0_std_req->bRequest)
        {
            case REQ_GET_REPORT: break;
: t% s( c5 {1 @            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;
- w* M) h  R7 \; R( O& l: @6 l9 ~7 g. q                ep0_state=1;
                return 1;
                break;
            case REQ_SET_REPORT:
2 [: h1 ~" \3 h" j' C( J3 L                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
                ep0_state=2;
                return 1;
" l4 }. ?0 O4 M5 q9 ]0 o6 ^3 C                break;
9 t$ |: A" ?( D( k7 Q3 _# S            case REQ_SET_IDLE:
                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                ep0_state=4;
' a/ {, s7 x7 x7 [9 [                return 1;
8 ]/ C- J# D4 u1 }" _  D6 |                break;
& {7 q. s6 R: E# P1 R        }
# i& Q8 c2 D/ v, N/ [        return 0;
0 N0 b( ^( Q6 k$ M8 Y" T- U7 a    }
    else    // standard
    {
        switch(ep0_std_req->bRequest)
" k) F& |+ }# ?- ^        {
            case REQ_GET_DESCRIPTOR:
! ]' ?; g* I: y; E8 t' i7 f  U                return descriptor_service();
                break;
" ]5 c- G( c; N            case REQ_SET_ADDRESS:
, l) [3 O" Y) d# w9 v                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
( N) m! l' z: W1 |* |/ A# G, H4 M                    return 0;
8 L3 P! Y1 r  T. c7 `  }2 v                usb_address=ep0_std_req->wValue;
. M+ X# A/ O6 ~                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
5 U. K/ w' n! C- j                ep0_state=4;    // No Data phase
& N8 L; Z7 k8 |  V' a8 {0 R* H                return 1;
* A& M; r7 @' l' ]. I2 k4 r            case REQ_SET_CONFIGURATION:
3 E  l1 X' a% w/ [                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
9 c( m* ^/ B7 L( A9 r8 |0 c                    return 0;
+ D4 k/ i8 K+ R1 F/ c' b1 ^) C% u                USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX1|1;
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
7 o! A  ~. O8 u' P1 B# O: L                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
                ep0_state=4;    // No DATA phase
% X4 Y4 |* h5 S) _' {( ~6 A                return 1;
9 Z% m  @% Y' G; {1 A% B            default: return 0;
+ z% |* c3 r6 g  R$ _- Q! j/ T        }
6 K" }+ p, D- U) i2 f1 L    }
9 K# z# e  \8 Z}
8 }& D3 u& c5 d# T8 B

miaozhuang

各种描述符，是USB开发首先要处理的
char descriptor_service(void)
{
- N3 A/ R  @& B4 u3 V    switch((ep0_std_req->wValue)>>8)
    {
5 d% u8 N( {& x; \/ C        case DESC_TYPE_DEVICE:
            return ep0_preparedata(&DevDesc, sizeof(DevDesc));
0 h. Y/ j" K( c: R7 M. H3 q            break;
2 E& H* v- S: _+ W. A$ j- L' q        case DESC_TYPE_CONFIG:
            if(sizeof(ConfigDescData)>ep0_std_req->wLength)
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, ep0_std_req->wLength);
8 Q1 `0 A, j0 B' O! b1 R0 n            else
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, sizeof(ConfigDescData));
& f+ F0 }! ]/ g+ Y. L            break;
        case DESC_TYPE_STRING:
; t  q) ?- D: A5 W) u            switch(ep0_std_req->wValue &0xff)
$ h2 z* e; D, D3 i& V; X            {
                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;
            }
            break;
* [0 i) X4 G/ K" {        case REPORT_DESC_TYPE:
% o$ O! @6 G3 {  y$ L0 g3 k" h+ Y            return ep0_preparedata(&HidReportDesc, sizeof(HidReportDesc));
  P8 R; d; I2 B0 I5 S7 ^) j        default:
( U) [. J1 `$ h            return 0;
    }
; o; E6 [. P* m; O2 f}
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.
void TIM6_DAC_IRQHandler(void)
3 ?( W( F- x8 ^7 h- x8 V- i* V{
    __IO uint8_t *PA_IDR = (uint8_t *)&(GPIOA->IDR);
0 m* E7 q# ?" j/ `/ G

" q+ \! q6 W9 z4 \5 w" ~. l    TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;
    prev_key_state[scan_row]=key_state[scan_row];
2 m- D, _' f1 ~$ N4 j0 V    key_state[scan_row]= *PA_IDR;   // update key states
    switch(scan_row)
4 W% A: m- k6 i& N8 @, g    {
        case 13: // next row PB14
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT;
3 P2 y0 _, l( f/ x                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER14_0;
1 u( E! q0 Q( i* O7 m                break;
  @$ @( [0 ~2 G        case  0: // next row PB15
+ o  i6 Z" T1 H4 W                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
3 J0 v2 ]' E0 r: f                break;
        case  1: // next row PB3
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER3_0;
                break;
        case  2: // next row PB4
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER4_0;
                break;
        case  3: // next row PB5
8 X$ r- I# ]9 j  N- j, [* J- b4 _$ S: L                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER5_0;
  W7 ^* D0 c" p7 o8 A                break;
        case  4: // next row PB6
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER6_0;
) p8 {) k3 O- G) f  h! J                break;
8 s% P& O% n; K+ Z' Z0 u        case  5: // next row PB7
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER7_0;
% K5 E7 l# M6 D; P, `$ n( Y                break;
        case  6: // next row PB8
4 n+ O* {' e; s2 E' a                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
1 ?$ ]' i6 [' z" i                break;
        case  7: // next row PB9
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
                break;
, N  g, ]+ w' e8 P; w' `        case  8: // next row PA8
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT;
% i% F6 A* g6 U; D% M3 M                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
( ]5 k- f% A8 |        case  9: // next row PA9
$ i; E$ Z& [4 F! }                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
5 L, L# b+ Q; f/ S1 W& ~% }/ {  ~                break;
6 O2 l6 y# a8 p) ]( V9 L        case 10: // next row PA10
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER10_0;
                break;
6 e; o# A7 K, E* }& p        case 11: // next row PA15
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
! W$ d+ u) w) K" ?6 N. a2 B+ l                break;
5 D( Z' B/ P% q+ A        case 12: // next row PC13
0 q) Q' Y* H6 o                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT;
: Y/ l* r8 X% |6 B  P$ b( C3 O8 E6 |                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER13_0;
                break;
    }
    if(scan_row<13)
        scan_row++;
8 u  g/ H& l4 ~& j7 s    else
0 u. O" X* q2 ]) b        scan_row=0;
8 n" o7 c$ g. \3 I- S% F}


1 m% A, D# S7 M$ X

miaozhuang

9 U% L1 t7 e' Z5 |: h4 p
' d0 c* N: s3 S# }. ^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。
% k# l$ Z  i, w5 T" ]
1 p9 F& A; N. }6 z3 [2 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：

/ S1 Z% P! o; Z% t
5 Q: g! w4 @$ @9 rconst char hid_keymap_qwerty[14][8]={
    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_R, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
  C' P9 T% x5 M& C5 q1 b    {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},
5 r5 w9 r9 y& Y- c    {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},
    {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},
6 A  w( b& Q( E1 }    {HK_Right, HK_Down, HK_Left, HKR_Num, HKR_Plus, HK_NONE, HK_NONE, HK_NONE},
7 g9 s" R" v; i. c1 @# ~7 a    {HK_PgDn, HK_End, HK_F11, HKR_9, HKR_Minus, HKR_8, HKR_7, HK_NONE},
3 V, }! |- d. t! n0 V! J    {HK_Space, HK_N, HK_Z, HK_L, HK_RBr, HK_E, HK_6, HK_F8},
2 I8 q9 H# J$ B) F, O4 g8 ?' W) I8 V    {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}
};
+ a$ k7 P" W% y! r) {7 i* z
. s* W( L1 N5 o8 D8 o6 y8 n
% ~: c) {6 @( [const char hid_keymap_dvorak[14][8]={
    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_P, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
) ^) r4 p; Z, N. V    {HK_F12, HK_BS, HK_Up, HKR_Slash, HKR_Aster, HK_NONE, HKR_Enter, HK_NONE},
* G) O& X1 I/ J; t    {HK_V, HK_K, HK_BSlash, HK_H, HK_L, HK_Quote, HK_4, HK_F6},
1 {* l  C9 W2 I    {HK_W, HK_J, HK_Minus, HK_D, HK_R, HK_RBr, HK_3, HK_F5},
5 Z. n3 v$ V  q! P- T% b( B  Y    {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},
    {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},
$ K: O  ^  t* m: p    {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},
: f. z$ Q8 c5 ?( o0 ?5 w0 `3 V# r    {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},
8 h& A3 ]5 ?/ w* u. w2 d    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
. v( j9 C! o# Y, b6 a0 h) v" v& x};
# {7 _% F5 j7 X% i4 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。

1 ?# z+ o) N0 [  m+ e6 T( A5 pHID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：
, ~; N! I: i1 O, d  U/ s! g
void update_key_matrix(char row, char col, char onoff)
{
    static uint16_t hid_report[4]={0,0,0,0};
    static char (*hid_keymap)[8]=hid_keymap_dvorak;

7 g  l' n  o$ ?/ B& x. v) b: u1 D
    unsigned char key=hid_keymap[row][col];
2 F8 i2 f# v0 w: a# y! x    unsigned char *report =(unsigned char *)hid_report;
- d; p5 a! p) }) q+ p4 t; |    char i;

6 O& @, Q- @* b) ]3 f
    if(key==HK_MODE)
    {
        if(!onoff)
        {
            if(hid_keymap==hid_keymap_dvorak)
            {
                hid_keymap=hid_keymap_qwerty;
0 I5 Z* G, o* L; \( i9 ~( c$ n0 k                GPIOB->BSRR = (1<<2);
            }
' f: h  ?  e/ ?# ~8 G            else
            {
                hid_keymap=hid_keymap_dvorak;
4 C/ B8 [1 I- c, f6 e                GPIOB->BRR = (1<<2);
            }
        }
8 s7 [  R; p6 Q) k        return;
    }
* Q+ e4 c5 k6 w
5 B7 M! g; ?: j5 k
    if(key>=0x80)   // Alt, Ctrl, Shift
    {
3 q( C8 |& D% d" Z" q        uint8_t bitset = 1<<(key&7);
8 a# _6 N% x. ]/ h  I        if(onoff)   // non-zero is key up
  {9 R& T: ?6 O: I' D; O/ o* K            report[0] &= (~bitset);
6 Y; q: R& q/ m- [* G' \3 B. d# I        else
            report[0] |= bitset;
+ P& {! O( d* n" Y$ ^1 u: B9 H" f    }
% n& K7 b" a# K) i5 {$ K0 Y7 o) E* |2 x    else
    {
        if(onoff)   // non-zero is key up
        {
            for(i=2;i<8;i++)
+ o$ {- ~7 B. i' y' g1 f            {
" n; a2 ?4 w) K5 Y/ ^: c) `                if(report==key)
- p* F5 x$ o! l/ ?8 K( x1 P/ w                {
                    report=0;
                    break;
% u" H( I3 m2 B' M' B& ~                }
: Q- [, J, q2 n, o4 d            }
        }
        else
        {
            for(i=2;i<8;i++)
/ q$ s8 d, ~( n! b/ F            {
                if(report==key)
# y. d9 k- {3 H7 G) f" c8 x7 I                    break;
                if(report==0)
2 {, I8 E* \1 T& ?0 l% ^4 O                {
                    report=key;
                    break;
& g0 U9 K# N- ]4 O                }
4 o" @. E: }* O4 h            }
$ \+ c* r5 }9 J# [- ?: v        }
    }
    for(i=0;i<4;i++)
        USB_PMA[192+i]=hid_report;
    USB_PMA[5]=8;   //COUNT1_TX
    if(ep1_wait==0)
* Z: o; C  m' h% T    {
1 y5 H; d  [) s7 ?) G        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX0|1;
& H, L4 F) ?( [$ i8 D        ep1_wait=1;
: U  h7 ?/ x4 h( q) j$ d+ o$ L    }
4 w  K+ J4 ]; G  K( g}
& B4 B: t+ Z% O% \% k6 k; o, |% o
8 o' N. E4 R: f  r; Q$ _
& J1 ~$ Q: G4 o1 w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。
4 {' w- X+ X1 \7 {' e) T keyboard.zip (8.7 KB, 下载次数: 6207)

2016-9-21 21:01 上传

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, E3 w4 h5 U4 q1 `

$ ]& ~% e0 z2 ]$ L: K# Q. D

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。
2 k+ R, j7 j' P& @& L

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
6 a3 D4 n4 N1 ~0 a' Y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！

# @: @/ }- C1 x; }  o  q: J2 L哈哈  是有点像奥

Mr.Prince

很厉害

thermoer

这个看着真硬核