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MartinFowler 发布

#第七届立创电赛#最丐68+4机械键盘PRO

设计简介

如果比赛截止了请跳转到开源平台查看最新版本，比赛结束的话会进行评分锁定工程。

届时这个排版就无法编辑了。

最丐68+4机械键盘PRO

还有一个为了和外国朋友交流的英文版本

GaiZhongGai-Keyboard-68+4PRO - EasyEDA open source hardware lab (oshwlab.com)

关于内容，下面的描述并不是这个键盘的全部，还有个姐妹工程《最丐17+4+触摸机械键盘PRO》，两者配合食用更佳。

巧合的是现在两个比赛是同时进行的，所以两个项目就各投到不同赛道。为了内容不重复，侧重点各有不同。

前言

很多读者不是电脑装机圈的可能理解不到这个丐中丐的含义，这个词用在电脑主板显卡上比较多。

代指丐版中的丐版，低配中的低配，缩水中的缩水，谐音曾经的央视广告。

而且我这里又不是销售宣传用最来做项目名是没问题的。

配置低带来的好处显而易见，就是成本低嘛，学生党最爱。

电子烧钱大家都是过来人，但是作为老师，希望你们从生活费腾预算时不要缩食甚至不吃饭。

可以找同学AA，或者用多出的pcb组装来挂闲鱼回血（投资有风险！！！），但是记得符合开源协议。

来个和QMK方案的常用单片机配置对照表

型号	STM32F103C8T6	GD32F103C8T6	ATMEGA32U4-AU	CH551G
立创编号	C8734	C77994	C44854	C108958
单个价格（2022年6月24日）	￥42.58	￥14.35	￥129.92	￥2.69
封装	LQFP-48	LQFP-48	QFP-44	SOP-16
I/O 数	37	37	26	12.5(RST脚仅能读，当半个)
位数	32-Bit	32-Bit	8-Bit	8-Bit
内核	ARM® Cortex®-M3	ARM® Cortex®-M3	AVR	C51
ROM	64kB	64kB	32kB	10kB
RAM	20kB	20kB	2.5kB	0.75kB
EEPROM	无(但能用FLASH模拟)	无(但能用FLASH模拟)	1kB	128B

对比得出配置差的不大，主要还是没生态。

刚出键盘开源的时候有打算开源代码，但是感觉热度不够，怕有人拿去牟利还把原作者信息消去。

但是“芯荒”导致上面单片机的价格水涨船高，我的项目热度也上去了。

而且现在还有忠实拥趸的精神物质双重支持，

帮忙去和闲鱼卖家沟通补上开源标签，售卖获得收益后以固定金额打赏作者，这样支持下更新能不勤快？

一路走来谢谢大家支持~

1、项目功能介绍

基于我的旧项目《最丐61+3机械键盘》上升级。

满足我一开始想键盘带hub的需求，由于没地方放第三个USB座了，于是在空格下面放置了一个SD读卡器。

修改了配列，键盘背光改为RGB，接入了OpenRGB。并且为该项目添加了中文支持。

在CH551G贫穷的外设下，为了WS2812严格的时序要求作了大量优化。

通常状态

摁住FN

2、项目属性

项目为首次公开，而且这次会公开源码，方便大家修改配列。

帮助大家用2元的单片机代替现在待价而沽的32U4。

3、开源协议

注意GPL 3.0开源协议，商业用途需要作者授权，我做人是很均真的。

如果你从这个项目中挣钱了，请以每套2元进行打赏。我会匀出部分来打赏OpenRGB的作者。

以供他接入更多设备，实现RGB设备All in one的远大理想。

4、硬件部分

该项目后续会同步到英文版的开源平台，所以硬件原理会重新讲解。

已经吃透我以前的项目的读者可以跳过，按键扫描原理是一样的，只是排版和举例素材重新绘制。

这里我就不做各种方案的对比了，直接进入正题。

这是市场上机械键盘的电路（QMK的方案就是这种），典型的矩阵键盘加防键冲二极管。

这是我设计的新型矩阵键盘扫描电路

这时如果你用理想二极管来分析电路就会困惑，如果同时摁住S1,S3的画，当扫描到IO1位低时，

则Uio2=Uio3=0V？这样不就读取到S1,S2同时摁下？？？

但是，实际的二极管不是理想的。

这是安森美的1N4148的伏安特性图，注意横坐标是指数分布的。

可以看到即使最低电流0.1mA下都有500mV的正向导通压降。

结合上面的问题可以推断出Uio2=0.5V，Uio3=1V。

这时就可以查看单片机技术文档了

这是沁恒CH552G的技术文档。选择哪个供电电压一目了然。

然后经过实机测试，需要加入上拉电阻使二极管加大导通电流，增加压降以获取更稳定的扫描检测效果。

5、软件部分

代码为首次开源，这里会举例一部分比较特殊的代码。

WS2812发送时序

众所周知，WS2812的时序要求非常苛刻，单总线带宽1Mbps，如果遇到没有DMA的单片机还有其他中断的情况下着实要费点脑子。

但是我这里克服了这个问题，通过把WS2812的数据发送放置到INT0中断里面，

这样的话避免了优先度更低的USB中断打断2812时序导致错误地识别成了RET码或者0码变成1码，错位导致键盘闪烁。

而且T0中断又可以打断USB中断，进行更高一级的中断，保证数据发送稳定可靠。

T0是配置成50us中断8位自动重新加载，而看下图可知灯和灯之间的时差只要不到50us就不会触发RES码。

利用这个特性，可以实现发送2812同时，中断占用率保持在50左右(算上现场保护可能更多60，70吧)。

这样就不会完全阻塞1.6ms。计算过程：1us * 24 * 68=1632us

但是发送时间则为:50us * 68=3.4ms

虽然发送慢了，但是最大刷新率还是非常可观，关键是不再会小概率闪灯。

//nop经过调教，优化等级为7，勿动
void ws2812_maintain()//T0中断中调用，若没有发送队列则退出
{
	const uchar idata decode[4]={0x88,0x8e,0xe8,0xee};
	uchar idata p[4];
	uchar dat;
	uchar temp;
	uchar i=0;
	if(LED_num>=LED_LEN)
		return;
	//提前从XDATA取出数据
	dat=dot_temp[LED_num][0];
	p[1]=dot_temp[LED_num][1];
	p[2]=dot_temp[LED_num][2];
	
	SPI0_DATA=0;
	SPI0_CTRL=bS0_MOSI_OE;//只使能MOSI
	_nop_();_nop_();_nop_();
	
	do{
		temp=decode[(dat>>6)&0x03];
		_nop_();_nop_();_nop_();
		_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
		SPI0_DATA=temp;
		
		temp=decode[(dat>>4)&0x03];
		_nop_();_nop_();
		_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
		_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
		_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
		SPI0_DATA=temp;
		
		temp=decode[(dat>>2)&0x03];
		i++;
		_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
		_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
		_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
		SPI0_DATA=temp;
		
		temp=decode[dat&0x03];
		dat=p[i];	
		_nop_();_nop_();
		_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
		_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
		SPI0_DATA=temp;
		
		if(i==3)
			break;
	}while(1);
	LED_num++;
	_nop_();_nop_();
	_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
	_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
	SPI0_CTRL=0;//关闭MOSI
}

C51位寻址

大家定义io时都是sbit 然后P1.0为什么名字，大家有没有想过为什么P1.0=0和P1&=0xFE能实现一样功能？

如果是平时教学就会说C51比起STM32还有位类型的变量，在性能较差的情况下更容易实现简单操作。就这样一笔带过了。

大家看过HAL库的底层操作io就会发现STM32都是ODR寄存器进行与和或操作。

在C51中有个比较少见的功能，就是位寻址，参考STC89C51的文档：（手推车的51实在太经典了）

因为内存是重叠的，所以可以相当于共用体来操作，相比于与和或逻辑操作节省了不少汇编指令，具体使用如下


sbit K1=P3^2;
sbit K2=P1^4;
sbit K3=P1^6;
sbit K4=P1^7;
sbit K5=P3^1;
sbit K6=P3^0;
sbit K7=P1^1;
sbit K8=P3^3;
sbit K9=P3^4;

uchar bdata TEMP_Byte;//定义位寻址内存

sbit Bit0=TEMP_Byte^0;
sbit Bit1=TEMP_Byte^1;
sbit Bit2=TEMP_Byte^2;
sbit Bit3=TEMP_Byte^3;
sbit Bit4=TEMP_Byte^4;
sbit Bit5=TEMP_Byte^5;
sbit Bit6=TEMP_Byte^6;
sbit Bit7=TEMP_Byte^7;

uchar idata key_temp[9]={0};//按键映射，作消抖使用

void key_delay()//等待电平稳定再读取

{

nop();

nop();

}


void keybord_scanning()
{
	K1=0;//S1~
	key_delay();
	Bit0=K2;	Bit1=K3;	Bit2=K4;	Bit3=K5;
	Bit4=K6;	Bit5=K7;	Bit6=K8;	Bit7=K9;
	key_temp[0]=~TEMP_Byte;//电平逻辑取反 
	K1=1;
	key_delay();
	
	K2=0;//S9~
	key_delay();
	Bit0=K1;	Bit1=K3;	Bit2=K4;	Bit3=K5;
	Bit4=K6;	Bit5=K7;	Bit6=K8;	Bit7=K9;
	key_temp[1]=~TEMP_Byte; 
	K2=1;
	key_delay();
	
	K3=0;//S17~
	key_delay();
	Bit0=K1;	Bit1=K2;	Bit2=K4;	Bit3=K5;
	Bit4=K6;	Bit5=K7;	Bit6=K8;	Bit7=K9;
	key_temp[2]=~TEMP_Byte; 
	K3=1;
	key_delay();
	
	K4=0;//S25~
	key_delay();
	Bit0=K1;	Bit1=K2;	Bit2=K3;	Bit3=K5;
	Bit4=K6;	Bit5=K7;	Bit6=K8;	Bit7=K9;
	key_temp[3]=~TEMP_Byte; 
	K4=1;
	key_delay();
	
	K5=0;//S33~
	key_delay();
	Bit0=K1;	Bit1=K2;	Bit2=K3;	Bit3=K4;
	Bit4=K6;	Bit5=K7;	Bit6=K8;	Bit7=K9;
	key_temp[4]=~TEMP_Byte; 
	K5=1;
	key_delay();
	
	K6=0;//S41~
	key_delay();
	Bit0=K1;	Bit1=K2;	Bit2=K3;	Bit3=K4;
	Bit4=K5;	Bit5=K7;	Bit6=K8;	Bit7=K9;
	key_temp[5]=~TEMP_Byte; 
	K6=1;
	key_delay();
	
	K7=0;//S49~
	key_delay();
	Bit0=K1;	Bit1=K2;	Bit2=K3;	Bit3=K4;
	Bit4=K5;	Bit5=K6;	Bit6=K8;	Bit7=K9;
	key_temp[6]=~TEMP_Byte; 
	K7=1;
	key_delay();
	
	K8=0;//S57~
	key_delay();
	Bit0=K1;	Bit1=K2;	Bit2=K3;	Bit3=K4;
	Bit4=K5;	Bit5=K6;	Bit6=K7;	Bit7=K9;
	key_temp[7]=~TEMP_Byte; 
	K8=1;
	key_delay();

	K9=0;//S65~
	key_delay();
	Bit0=K1;	Bit1=K2;	Bit2=K3;	Bit3=K4;
	Bit4=K5;	Bit5=K6;	Bit6=K7;	Bit7=K8;
	key_temp[8]=~TEMP_Byte; 
	K9=1;
}

上位机部分的代码可以在OpenRGB里跳转到GitLab，然后GaiZhongGaiKeyboard里面找到。

开源代码已经提交合并申请，等待作者的同意。我的代码就在其中。审核通过才有路径

而且为了大家更加容易使用，还与热心群员共同汉化了这个软件。

6、BOM清单

没什么特殊元件，LCSC都能一键配单，就是CH551G/CH552G需要订货。

两种都能用，但是CH551G据说是停产了，也许会下架，如果你搜索CH551G看到对应的DEMO板链接，那么我很荣幸，那个项目也是我做的。

还有需要注意的是这里给出的上下灯位两个版本。两个的USBHUB芯片是不同的，元件清单请从PCB中导出。

7、大赛LOGO验证

8、演示您的项目并录制成视频上传

TypeC采用45度出线，不容易干涉笔记本屏幕

其中一个侧面USB母座做了内凹设计，插入无线鼠标接收器时不会突出，而且位置距离鼠标近，信号更稳定

为了用尽每一丝资源，空格下还藏了一个SD读卡器

测试过能正常用，只是后面用不上就没焊接读卡ic

参考设计下载

！注意：请使用浏览器自带下载，迅雷等下载软件可能无法下载到有效资源。

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