51单片机键盘

CH9329 是一款串口转标准 USB HID 设备(键盘、鼠标、自定义 HID)芯片，根据不同的工作模式，在电脑上可被识别为标准的 USB 键盘设备、USB 鼠标设备或自定义 HID 类设备。该芯片接收客户端发送过来的串口数据，并按照 HID 类设备规范，将数据先进行打包再通过 USB 口上传给计算机。通过提供的上位机软件，用户也可自行配置芯片工作模式、串口通信模式、串口通信波特率、多种超时时间、VID、PID，以及各种 USB 字符串描述符。

设备清单

STC15W4K32S2

CH9329

TTC金粉轴

CD42锂电池芯片模块

蓝牙JDY-18（废弃）

WS2812反贴灯（废弃）

二极管1N4148

AMS1117-3.3V（废弃）

卫星轴

电容

碳纤维定位板

布局设计（这一段可以参考刘威老师的博客）

键盘的布局可以去 http://www.keyboard-layout-editor.com/ 进行设计

在preset处可以选用一些比较常见的布局，注意复制粘贴的操作，选中某个键以后会在这行后面加上你复制的键位，但如果你复制的键位不止一列，它会在最下方重开一行，如果不选中任何键的话会直接粘贴在最下方新开的一行

properties处可以设定键位的名称和长宽

在rawdata处得到我们需要的数据，全选后复制，进入下一个网站Plate & Case Builder - swillkb

在plate layout处粘贴上我们刚才复制的数据，switch type可以选择按键的类型，如果要对照着来画pcb的话，如果采用跟樱桃轴适配的一类轴体建议采用第三个（也就是我选中的这个），他跟键轴的封装是对应的，当然，在后续找厂家定制定位板的时候，前三个都是可以的。

stabilizer type指的是卫星轴/平衡杆的类型，具体可以点一下看看，比较通用的是cherry+costar{_s1:}。

edge pading指边缘补充，不打开的时候键轴离边缘距离比较短，如果需要打开的话可以适当的增大键轴离边缘距离。

plate corners 是圆角处理，根据需要选择。

custom polygons为自定义多边形，这个就得发挥你的想象力了。

kerf不知道是啥，大家可以试几个参数看看效果。

key unit size是键轴的大小，一般不用改，除非你的轴也是定制的，而且跟公模不一样。

line size 和line color 就不说了，意义不是特别大，也比较好理解。

这里有一个叫做case type的内容，如果选择none的话，就只生成定位板的dxf，如果选择sandwich的话则生成一套的dxf，包括表面层，底层，定位板，和边框。

poker选项就有点类似直接把板子叠起来，放到一个小盒子里固定。

在pcb布线排元件的时候，我们需要把Switch Layer的dxf下载下来，打开ad，左上角file->import->dxf/dwg

到这里前期准备就已经结束了。

程序设计

键盘的客制化目前比较主流的还是用Arduino刷qmk固件，操作比较简单，具体的刷qmk操作可以参考下面这个链接：

低端客制化，一份简单的键盘制作记录 - 知乎 (zhihu.com)

另外一类的就是用stm32来实现矩阵键盘和用stm-cube实现hid协议的配置，像文章开头的两篇文章。

（但是我只会用51啊）

所以虽然很麻烦，外设还需要搭配上usb芯片，但我还是只有这种实现手段了。

矩阵扫描有三种方法，行列反置，行/列扫描，状态机，我们采取的还是列扫描（行扫描和列扫描要根据你二极管的方向决定），具体实现的代码这里就先不摆出来了。

根据矩阵扫描的结果，得到一份符合ch9329通信协议的串口数据，发送给ch9329芯片，配置好ch9329和stc芯片的波特率，就能得到hid信号。

并不需要处理长按或者短触这种操作，只需要把键盘扫描的结果发送过去即可，可以新增一个数组保存上一次的键盘数据，新的一组键盘扫描数据如果跟上次的数据一样，可以不发送新的这份数据（但我这里并没写这一部分，并不是特别重要，哪怕数据重复发送，系统也是可以处理的）。举个例子，如果我什么都没按，那键盘扫描的结果会是八个0，这八个0的数据包通过ch9329不断地发送给电脑，电脑也能够理解你是一直什么都没按；如果你只按下了a，那键盘的扫描结果会是0 0 0x10 0 0 0 0 0，这一组数据包通过ch9329不断地发送给电脑，电脑也是能够理解你是一直按着a的，并不影响实际操作。当然我们采取的是ch9329的协议传输模式，需要有数据包的包头和求和验证。具体的协议要求可以看ch9329的文档：

CH9329芯片串口通信协议.PDF (book118.com)

这里需要讲一下这个求和验证码，键盘码协议里事实上只要把数据帧头的两个hex码当作0x01，求和就是它这里的结果了。

了解了这两个以后，剩下就是很简单的流程了：芯片扫描->得到键盘按键结果->加工成数据包串口发送给ch9329->ch9329发送usb-hid信号给电脑。只需要注意波特率就好了。

蓝牙（弃用）

蓝牙功能有两种方法实现，第一种是用具备hid协议的蓝牙模块，第二种则是再写一块蓝牙适配器，通过蓝牙传输串口数据，串口数据再通过ch9329进行hid协议信号发送。但这里由于我当时偷懒，锂电池芯片并没有画电路，而是直接把一块锂电池芯片模块焊接在pcb上（这里甚至画封装的时候画反了，又画了一块新的转接板），而这块锂电池芯片模块有一点不适合，如果这个模块进入休眠的时候，必须按一下模块自带的一个按钮才能使用锂电池的供电，并不是特别的方便，而且蓝牙放在了pcb板的边缘，为了后续方便做外壳，就把蓝牙模块给阉割了。蓝牙模块阉割以后，ams1117稳压芯片就没有什么意义了，因为已经没有第二个需要3.3v电压的器件了。

ch9329因为有协议传输模式，能够更好的避免因为数据丢包导致的各种操作问题，建议不要使用ch9328而去选用ch9329的协议传输模式，一般具备hid协议的蓝牙都是串口透传，方便但有时会出现些丢包导致的操作问题。

ws2812b贴片灯（弃用）

这一部分弃用的主要原因是因为反贴的封装并没有画好。。。焊接起来并不方便，当初因为担心51系列芯片没办法同时处理串口数据发送和PWM控制，所以灯位留给了另一款块芯片控制。这一段程序参考的是论坛里的一份源码，链接如下：

基于51单片机的WS2812B全彩灯程序，亲测可用 - 单片机DIY制作 (51hei.com)

全键无冲

标准的键盘hid协议一次只能传输6个普通键位，所以一般键盘都是6键无冲，但如果你会配置自定义hid协议，也是可以实现全键无冲的（二极管防鬼键只是在物理层面上实现了这种可能，实现全键无冲还是需要协议支持的），但自定义hid协议有可能导致在一些比较古老的主板上兼容性不好。hid协议的自定义可以参考一本教程叫《圈圈教你玩USB》。这里图方便我并不去配置这个内容了，当然，如果采用stm32的话可以直接用stm-cube搭建hid协议。

原理图和PCB

这里看一下就可以了，事实上这个pcb的布局非常糟糕，当时做键盘的时候啥也不会，以为元件放正面会影响手感，把元件全放在了背面，导致整个pcb非常臃肿，连钉位都没加。

usb接口直接选了usb母头，甚至没有选择micro-usb母口，这个设计直接被我师姐嘲讽。

外壳设计

刚才提到整块pcb是没有留钉位的（只留了smt贴片需要的四个1.1mm的定位孔）因此只能选用一个比较古老的家具结构——榫卯。如果要采用榫卯的话就拿钻头和锯子磨榫眼就是必须的操作了。

这里的结构比较简单，其实就是边缘托起整块pcb，定位板和键轴，定位板和pcb间距大概是3.7mm，做成一种卡扣的形式。但需要注意pcb和定位板之间需要给卫星轴的铁支架留点位置，托住pcb的部分需要留给背面边缘的元件一点空间，具体实践起来并不难，实在有设计不周到的地方就拿锯子和电钻磨掉好了，反正做榫卯就要做这种磨合保证它卡稳。

因为选择了usb母口，太厚了，所以底板加厚到了5mm，因此整个外壳高度去到了17.8mm。剩下的事情就用3d打印好了，这里用的是abs光固化。（这里建议不要去tb，直接找厂家加工）

定位板则是直接选择了碳纤维板，把第一步里得到的switch layer（其实就是定位板）拿去给厂家加工。