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灵动微电子 · 2023年04月24日

灵动微课堂 |开源项目:基于MM32F0160微控制器的机械键盘

 引言

最近,为了配合新品推广,灵动的软件与系统工程SE团队,基于带有 USB 外设模块的 MM32F0160 微控制器,实现了一套低成本带RGB灯效的机械键盘。这里将设计机械键盘的全过程开源出来,感兴趣的开发者,可以向灵动申请 MM32F0160 微控制器的样片,复刻一把自己专属的机械键盘,也可以继续进行二次开发,实现更加有趣的作品。

 一些机械设计工作

首先需要选择将要设计机械键盘的配列,也就是按键的布局。这里选用了对程序员最友好的87键配列。使用“键盘布局编辑器”(http://www.keyboard-layout-ed...)可以导入标准的配列布局。如图1所示。

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这里可以选择标准104键配列,再删除右侧小键盘的区域,得到标准87键配列的方案,如图2所示。

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然后,复制 Raw data 中的代码,到“定位板在线编辑器”(http://builder.swillkb.com/)中,如图3所示。

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此时,点击页面最下方的 Draw My CAD!!! 按钮,生成定位板的图纸。如图4所示。

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此时,在页面的右上角选择下载 DXF 格式的文件。这个文件可以发送给工厂,用于生产机械键盘的定位板。板子的厚度为1.5mm,在本案中使用了PC材料。

 设计PCB

机械键盘的按键部分电路,就是普通的键盘矩阵,但为了避免出现“鬼影按键”(Ghost Key)和实现“全键无冲”,每个按键开关上都需要串联二极管。为了在每个按键下放置一颗RGB彩灯实现灯效,本案使用了 WS2812 级联的电路。

本案使用KiCAD 7.0设计了整个机械键盘电路系统的原理图。

按键矩阵部分的电路如图5所示。

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RGB彩灯矩阵部分的电路,如图6所示。

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使用MM32F0160微控制器作为核心的控制电路,如图7所示。

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这里还引出了扩展插座,包含了 MM32F0160 微控制器的调试信号、按键矩阵行列信号、RGB灯控制信号,可用于扩展更大的键盘配列(例如增加数字小键盘)。

然后将原理图配合合适的封装(可以在KiCAD的元件库中找到Cherry轴的封装),导出生成PCB文件。在PCB文件中,可以导入之前用于生产定位板的 DXF 文件,参照着定位板的位置放置按键和RGB灯。最终完成走线的PCB板效果图,如图8所示。

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 设计软件

本案使用的软件来自于灵动的软件与系统工程SE团队开发和维护的MindSDK软件开发平台,可以选择 Mini-F0160 开发板的软件包作为模板,下载已经适配TinyUSB协议栈的 tud_hid_keyboard 样例工程。如图9所示。

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之后再进行改装,适配使用 GPIO 扫描按键矩阵,并增加 DMA+SPI 的方式控制 WS2812 灯带的功能(可参考MindSDK中的 ws2812_spi_dma 样例工程)。

特别注意,本案使用Keil MDK编译生成可执行文件,除了需要安装Keil MDK集成开发环境外,还需要开发者从灵动官网下载 MM32F0160 的设备支持包(https://www.mindmotion.com.cn/support/software/keil_pack),以及需要准备一个适配Arm核微控制器的调试器,例如JLink或者DAPLink等。

 技术资料

这里开源基于MM32F0160微控制器的机械键盘项目的所有资料,托管在Gitee的平台上(https://gitee.com/suyong_yq/m...),如图10所示。

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最后,放一张第一个成品样品的照片,如图11所示。

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图11 基于MM32F0160微控制器的机械键盘成品

作者:灵动MM32
文章来源:灵动MM32MCU

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