基于MM32F0160微控制器的機(jī)械鍵盤(pán)

引言

最近，為了配合新品推廣，靈動(dòng)的軟件與系統(tǒng)工程SE團(tuán)隊(duì)，基于帶有 USB 外設(shè)模塊的 MM32F0160 微控制器，實(shí)現(xiàn)了一套低成本帶RGB燈效的機(jī)械鍵盤(pán)。這里將設(shè)計(jì)機(jī)械鍵盤(pán)的全過(guò)程開(kāi)源出來(lái)，感興趣的開(kāi)發(fā)者，可以向靈動(dòng)申請(qǐng) MM32F0160 微控制器的樣片，復(fù)刻一把自己專(zhuān)屬的機(jī)械鍵盤(pán)，也可以繼續(xù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)更加有趣的作品。

一些機(jī)械設(shè)計(jì)工作

首先需要選擇將要設(shè)計(jì)機(jī)械鍵盤(pán)的配列，也就是按鍵的布局。這里選用了對(duì)程序員最友好的87鍵配列。使用“鍵盤(pán)布局編輯器”（http://www.keyboard-layout-editor.com/）可以導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)的配列布局。如圖1所示。

圖1 keyboard-layer-editor在線編輯器

這里可以選擇標(biāo)準(zhǔn)104鍵配列，再刪除右側(cè)小鍵盤(pán)的區(qū)域，得到標(biāo)準(zhǔn)87鍵配列的方案，如圖2所示。

圖2 使用keyboard-layer-editor設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)87鍵配列

然后，復(fù)制Raw data中的代碼，到“定位板在線編輯器”（http://builder.swillkb.com/）中，如圖3所示。

圖3定位板在線編輯器

此時(shí)，點(diǎn)擊頁(yè)面最下方的 Draw My CAD!!! 按鈕，生成定位板的圖紙。如圖4所示。

圖4 生成87鍵配列的定位板

此時(shí)，在頁(yè)面的右上角選擇下載 DXF 格式的文件。這個(gè)文件可以發(fā)送給工廠，用于生產(chǎn)機(jī)械鍵盤(pán)的定位板。板子的厚度為1.5mm，在本案中使用了PC材料。

設(shè)計(jì)PCB

機(jī)械鍵盤(pán)的按鍵部分電路，就是普通的鍵盤(pán)矩陣，但為了避免出現(xiàn)“鬼影按鍵”（Ghost Key）和實(shí)現(xiàn)“全鍵無(wú)沖”，每個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)上都需要串聯(lián)二極管。為了在每個(gè)按鍵下放置一顆RGB彩燈實(shí)現(xiàn)燈效，本案使用了 WS2812 級(jí)聯(lián)的電路。

本案使用KiCAD 7.0設(shè)計(jì)了整個(gè)機(jī)械鍵盤(pán)電路系統(tǒng)的原理圖。

按鍵矩陣部分的電路如圖5所示。

圖5 按鍵矩陣原理圖

RGB彩燈矩陣部分的電路，如圖6所示。

圖6 RGB彩燈矩陣原理圖

使用MM32F0160微控制器作為核心的控制電路，如圖7所示。

圖7 基于MM32F0160的控制電路原理圖

這里還引出了擴(kuò)展插座，包含了 MM32F0160 微控制器的調(diào)試信號(hào)、按鍵矩陣行列信號(hào)、RGB燈控制信號(hào)，可用于擴(kuò)展更大的鍵盤(pán)配列（例如增加數(shù)字小鍵盤(pán)）。

然后將原理圖配合合適的封裝（可以在KiCAD的元件庫(kù)中找到Cherry軸的封裝），導(dǎo)出生成PCB文件。在PCB文件中，可以導(dǎo)入之前用于生產(chǎn)定位板的 DXF 文件，參照著定位板的位置放置按鍵和RGB燈。最終完成走線的PCB板效果圖，如圖8所示。

圖8 走線完成的機(jī)械鍵盤(pán)電路板

設(shè)計(jì)軟件

本案使用的軟件來(lái)自于靈動(dòng)的軟件與系統(tǒng)工程SE團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)和維護(hù)的MindSDK軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以選擇 Mini-F0160 開(kāi)發(fā)板的軟件包作為模板，下載已經(jīng)適配TinyUSB協(xié)議棧的 tud_hid_keyboard 樣例工程。如圖9所示。

圖9 MindSDK中的tud_hid_keyboard樣例工程

之后再進(jìn)行改裝，適配使用 GPIO 掃描按鍵矩陣，并增加 DMA+SPI 的方式控制 WS2812 燈帶的功能（可參考MindSDK中的 ws2812_spi_dma 樣例工程）。

特別注意，本案使用Keil MDK編譯生成可執(zhí)行文件，除了需要安裝Keil MDK集成開(kāi)發(fā)環(huán)境外，還需要開(kāi)發(fā)者從靈動(dòng)官網(wǎng)下載 MM32F0160 的設(shè)備支持包（https://www.mindmotion.com.cn/support/software/keil_pack/），以及需要準(zhǔn)備一個(gè)適配Arm核微控制器的調(diào)試器，例如JLink或者DAPLink等。

技術(shù)資料

這里開(kāi)源基于MM32F0160微控制器的機(jī)械鍵盤(pán)項(xiàng)目的所有資料，托管在Gitee的平臺(tái)上（https://gitee.com/suyong_yq/mechanical-keyboard-diy），如圖10所示。

圖10 托管在Gitee上的機(jī)械鍵盤(pán)開(kāi)源項(xiàng)目

最后，放一張第一個(gè)成品樣品的照片，如圖11所示。

圖11 基于MM32F0160微控制器的機(jī)械鍵盤(pán)成品

審核編輯：湯梓紅