手把手教你做一款HID键盘

Posted 2021-06-27 嵌入式基地

关注v-x-公-众-号：【嵌入式基地】
后-台-回-复：【电赛】 即可获资料
回复【编程】即可获取
包括有：C、C++、C#、JAVA、Python、javascript、php、数据库、微信小程序、人工智能、嵌入式、Linux、Unix、QT、物联网、算法导论、大数据等资料

原文链接 点击查看

这是一个自定义游戏键盘，带有四个热插拔机械键和可自定义的RGB LED。它由STM32F103Cx微控制器供电，并通过Arduino IDE进行编程。

公众号后台回复：stm32键盘 即可获取全部设计资料

功能概述：

• 快速STM32F103Cx微控制器可实现低输入延迟。
• USB全速，轮询速率为1000hz。
• 可热插拔的键。
• EEPROM设置存储。
• 动态密钥自定义（使用Windows用户的GUI）
• 具有添加更多功能的三种RGB模式。
• 完全开源。
• 兼容Arduino。
• 模块化且易于携带。

设计框图

键盘使用STM32F103C8T6作为控制器。由于USB端口上的电源引脚为5V供电，但是该款单片机需要使用3.3V电源供电，因此需要将5V转为3.3V，项目中使用MCP1703T来实现该功能。使用Cherry MX风格的机械开关来作为键盘的按键。另外，还可以通过按键来控制LED的模式、颜色、亮度。

系统原理图

系统PCB

PCB大小为58mm x 59mm。为了能够方便手工焊接，所有的SMD器件均使用0805封装。

图片硬件上提供了STLINK下载接口：

• SWDIO-SWDIO
• SWCLK-SWCLK
• GND-GND
• 3V3-3.3V

材料清单：

• 1个STM32F103CxT6
• 2个7.3mm高的触觉开关
• 4个反向安装4-PLCC LED
• 6个0805 10K欧姆电阻
• 4个0805 68欧姆电阻
• 5个0805 1.5K欧姆电阻
• 3个N沟道SOT-23-3 3.3V电平MOSFET
• 3个0805 100nF电容器
• 2个0805 1uF电容器
• 2个0805 20pF电容器
• 1个0805 4.7uF电容器
• 1个MCP1703T-3302T / DB 3.3V稳压器
• 1个1210 500mA PTC自恢复保险丝
• 1个USB3090微型USB A / B端口
• 1x 90度接头排
• 1个8MHz HC-49晶体
• 4个圆形橡胶保险杠
• 4个Kailh热插拔插槽
• 4个Cherry MX RGB或同等开

安装STM32Duino

打开arduino ide，打开首选项，添加开发板管理网址

http://dan.drown.org/stm32duino/package_STM32duino_index.json

添加完成之后，打开开发板管理器，搜索STM，安装STM32F1xx/GD32F1xx

STM32Duino内的USB库已经提供的USB HID功能，但其轮询间隔为10ms，因此我们还要对其进行修改。

• 进入目C:\\Users{username}\\AppData\\Local\\Arduino15\\packages\\stm32duino\\hardware\\STM32F1{版本名称}\\libraries\\USBComposite下，打开usb_hid.c文件
• 搜索bInterval，将该值修改为0x01。轮询间隔修改为1ms

代码配置说明

• 去抖时间
  这是检测到按键后按键拒绝注册按键释放的时间。需要一个反跳时间，因为机械开关在按下后自然会“反跳”，如果不使用反跳计时器，可能会在很短的时间内记录多次错误的按键。在这种情况下，设置防抖计时器的方式不会影响延迟，因此更改此值不会使按键延迟更多。Cherry指定反弹时间为5毫秒，该值应适用于大多数机械开关。

• RGB LED
  禁用此选项将禁用所有与RGB LED控制有关的代码。这可能会节省一些CPU周期，但不足以有效地更改键盘的性能。

• 串行通讯
  禁用此选项将不允许通过串行或驱动程序软件对键盘进行编程，但是由于微控制器不再需要不断侦听串行命令，因此它将节省一些CPU周期。尽管理论上微控制器在不启用串行的情况下应该运行得更快，但是速度差异可以忽略不计。

• RGB LED颜色和图案
  如果需要修改RGB LED颜色，则必须直接编辑代码。在checkRGBMode()函数下定义的颜色存储所有的灯光模式0颜色（静态），而incrementColor()下的颜色存储灯光模式2（颜色循环）颜色。
  更改颜色，只需更改rgbBrightness []值。这些值以百分比表示该颜色的亮度，其中0为0％，1为100％。rgbBrightness []中的1-3数组分别表示红色，绿色和蓝色。

• ledDelay：
  这表示在灯光模式2下颜色切换过程之间的延迟，这意味着如果延迟较高，则颜色将缓慢切换，而如果延迟较低，则颜色将更快切换。

• colorIncrementDelay
  这表示在灯光模式2下切换颜色之间的时间。

使用键盘

• 该键盘的使用非常简单，直接插入电脑USB口，即可作为正常，低延迟，轮询速率为1000hz的HID键盘使用。同时，还可以通过按键修改LED的模式和颜色。
• 按键说明：

按下模式按钮的时间少于0.3s会更改照明模式。 按下按钮超过0.3s但少于5s会更改LED颜色，可以通过代码进行自定义。
按住按钮超过5s将开始改变LED的亮度，并且按住按钮时亮度将以1s的增量下降。亮度将在释放按钮时设定。

• 灯光模式：

静态色
按下键时点亮
交替（默认固件在红色和蓝色之间，但是可以有多种颜色） 系统的所有配置信息都是存放在EEPROM中。

配置按键

若想能够随时、方便的修改按键对应的键值，则需要开启程序中的串口通信功能。有了该功能后，系统将可以通过串口命令对其进行配置。也可通过上位机软件对其进行配置

• 串口命令：“s：{key number}:{character}:”

“s:1:k:”,将按键1设置为k

• 使用上位机软件

上位机软件说明

• 连接设备后，可以使用该程序即时设置按键绑定。为此，请使用名为"keybinds"的面板。您可以通过下拉菜单（参考帮助-键映射的键映射）选择键编号，然后可以通过文本框输入键绑定值。目前仅接受Ascii字符和数字，不幸的是，冒号不是可行的选择，因为它被用作分隔符。如果要禁用该键，只需在文本框中什么也不放，然后按set键即可。

• 填写完两个选项后，只需按设置按钮，如果一切顺利，就可以设置按键绑定。即使断电，此新设置也将保存在微控制器上。

• 原始序列号和状态
  这两个部分用于诊断目的。原始串行是设备发送回的串行数据的显示，状态面板显示了存储在设备上的不同设置。

组装

• 效果图
  
• 底板

• 实物图