如何制作USB笔记本电脑键盘控制器

步骤1：键盘电缆规格

便携式键盘使用柔性印刷电路（FPC），该印刷电路将所有键开关连接成行和列的阵列。上面显示的两个笔记本电脑键盘箱来自本地的回收商店Re-PC。大约75％的键盘的FPC电缆的一端是裸露的金属走线，另一侧是塑料背衬。塑料背衬加上FPC材料的厚度通常约为0.30毫米至0.34毫米。典型的不带数字键盘的键盘具有1毫米间距的24或25条信号迹线。如果有数字键盘，通常会有26条走线，间距为1 mm。 Re-PC上的一些键盘具有30到34条走线，有些具有0.8mm的音高。可从Aliexpress或Digikey等公司轻松获得24至34针键盘电缆的连接器。信号走线的数量和间距是订购时需要的参数。垃圾箱中有一些旧键盘，带有刚性印刷电路板连接器，还有一些其他键盘，带有专用连接器，焊接在FPC电缆的末端。这些键盘将不是此Instructable的重点。

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I增加了对具有0.5mm间距触点的键盘以及具有双FPC电缆的键盘的支持。有关详细信息，请参见步骤6。

步骤2：根据需要修改FPC电缆

某些FPC需要修改电缆以适合通用连接器。电缆侧面的锁紧螺母很容易用剪钳去除。如果FPC走线不与连接器引脚对齐，请使用X-ACTO刀沿电缆的侧面修剪。 Dell Latitude D630键盘需要最多的修改。它在FPC电缆的末端有一个免焊连接器，很容易卸下。然后，我取下粘在电缆末端的超厚塑料衬里，并在侧面切一个缺口以对齐触点。为了使厚度恢复正常，我将2张纸粘在电缆的末端。

步骤3：Teensy LC FPC连接器组件

我为Eaglesy LC设计了使用Eagle的电路板，将其26 I/O引脚连接到26个用于FPC连接器的表面安装焊盘，间距为1mm或0.8mm。我为间距为0.5mm的键盘创建了单独的电路板。可以根据需要将24、25或26针FPC连接器焊接到这些板上。我避免使用第27个Teensy LC输出，因为它连接到LED并且很少使用27针FPC连接器。

将FPC连接器焊接到板上之后，我将4个接线柱焊接到板上以支撑角落的Teensy，然后我将Teensy焊接到了标题栏。最后一步是用30号线将其余的Teensy I/O信号连接到板上。如有必要，我用电线代替了接线柱，以便轻松地将Teensy从板上剪下来。必须连接到板上的Teensy焊盘上标有一条细线。别忘了在I/O的24、25和26上焊接导线。

步骤4：Teensy 3.2 FPC连接器组件

Teensy LC的所有信号都在电路板的一侧布线，因此我为另一侧设计了34个I/O信号的Teensy 3.2和间距为1 mm或0.8 mm的FPC连接器。如果间距为0.5mm，则可以使用其他电路板。如果需要全部34个引脚，则必须取消焊接Teensy 3.2上的LED指示灯，以释放它以供键盘使用。

将FPC连接器焊接到板的3.2侧，然后继续进行下一个操作

步骤5：Teensy 3.2表面安装垫

Teensy 3.2使用表面安装垫用于10个I/O信号，因此将它们焊接到板上还需要做更多的工作。将“飞线”焊接到Teensy 3.2的表面安装焊盘上，然后将每根导线穿过板上的相应焊盘进行焊接。通过将导线焊接到标有细线的其余I/O信号来完成组装。

步骤6：订购电路板和组件

除了此项目外，您还将需要插头，导线，焊锡，助焊剂和USB电缆以下是这3个主要组成部分：

亚马逊的Teensy LC价格为15.53美元，Teensy 3.2价格为23.49美元。您也可以直接从PJRC订购。

AliExpress的FPC连接器每5个的价格为5美元左右。在他们的网站上搜索的一个示例是“笔记本电脑键盘连接器1.0间距24针”。 Digikey是另一个来源，您可以指定连接器触点在底部还是顶部。它们还为电缆插入提供直角或垂直方向。以下是3种不同的Molex 30针1mm间距连接器的示例：CONN FPC BOTTOM 30POS 1.00MM R/A，CONN FPC TOP 30POS 1.00MM R/A和CONN FPC VERT 30POS 1.00MM SMD。您应该用千分尺检查FPC电缆末端的厚度。通常的厚度为0.30mm，但有时厚度会更小，因此请测量并订购合适的连接器。

Keyboard_Scanner.brd和Keyboard_Scanner_LT.brd文件可以从下面或从我的仓库中下载。这些板具有用于1mm或0.8mm间距FPC连接器的焊盘。如果您希望Teensy LC与5伏触摸板通话，则Keyboard_Scanner_LT板文件具有用于2位电平转换器的打击垫（请参见上面的示意图）。如果您不希望电平转换器，请订购Keyboard_Scanner板，或者将这些打击垫留空。电路板的制造费用从OSH Park购买18个，用于购买3个紫色板，或者从DirtyPCBs购买14个，用于其“ protopack”大约10个红板，或者从JLCPCB获得7美元，用于制造10个绿板，所有这些均在上面显示。 OSH Park在美国制造木板，我的订单花了12天才能到达华盛顿州塔科马。肮脏的PCB是在中国制造的，交货时间为28天。 JLCPCB也在中国，他们花了18天的时间来运送这些板子。如果不需要进行任何修改，则可以将Eagle文件直接发送到OSH Park或DirtyPCB。为了使用JLCPCB进行制作，我使用EasyEDA上传了Keyboard_Scanner_LT文件并将其转换为可用于从JLCPCB购买电路板的公共项目（有关详细信息，请参见下一步）。 DirtyPCB和JLCPCB为表面光洁度提供HASL，比OSH Park使用的ENIG光洁度便宜。 Optimum Design Associates的这篇文章中介绍了不同的PCB表面处理。

**************更新了0.5mm间距FPC电缆和双FPC电缆***** ********

我已经创建了一个名为Keyboard_Scanner_LT_0p5.brd的主板文件，用于带有0.5mm间距FPC连接器的键盘（请参见上图）。 Eagle文件可以从下面或从我的仓库中下载。要从JLCPCB订购该板，我已将文件上传到EasyEDA并创建了一个公共项目。

如果键盘有2条单独的FPC电缆，则可以将它们并排安装到单个FPC连接器中。如果那不起作用，我创建了一个名为Keyboard_Scanner_Dual.brd的板文件（请参见上图）。该板的Teensy LC（正面）用于诸如Panasonic Toughbook CF-48之类的键盘，该键盘具有2条单独的1mm间距FPC电缆，这些电缆彼此叠置（而不是并排放置）。该评估板的Teensy 3.2（背面）侧面有1mm和0.8mm的焊盘，用于并排放置的FPC连接器。您可以从下面或从我的存储库中下载Keyboard_Scanner_Dual.brd文件，该文件已转换为EasyEDA公共项目，因此可以从JLCPCB订购。

步骤7：PCB团购

我已经完成了几组从DirtyPCBs和JLCPCB处购买，还剩下一些板子，因此，如果您居住在美国，请给我发送电子邮件[e-mail]。 1块板的价格为2.00美元（美国运费）。对于美国境外的客户，或者如果您需要多个主板，则应直接从JLCPCB订购。我已经上传了Eagle板文件Keyboard_Scanner_LT，Keyboard_Scanner_LT_0p5和Keyboard_Scanner_Dual并将其转换为EasyEDA。要使用EasyEDA，请单击“注册”按钮，以便创建一个帐户。注册并激活帐户后，在编辑器中打开所需的项目，然后单击代表生成制造文件（Gerber）的框中的G。它将询问您是否要运行DRC，并且应单击“否，生成gerber”。存在DRC错误，但不是“真实的”错误，不会影响制造过程。下一个窗口提供了默认设置下的数量，厚度，颜色，表面处理和重量。单击“生成gerber”框，然后在下载zip文件后，返回到同一窗口，然后单击“在JLCPCB上订购”框。您需要允许弹出窗口，以便您可以查看其订单。您可以查看所有设置，然后单击“保存到购物车”。从这时起，就像从互联网上订购任何东西。

最后一个要求：非常努力地用板子实际构建键盘控制器，并将完成的项目的图片发送给“我在此Instructable的末尾添加了“链接”。如果您有任何问题，请告诉我们，我们会为您解决。如果您希望完整的键盘代码可供其他人使用，请将其发送给我，我会将其添加到我的GitHub存储库中。

步骤8：将Continuity Tester加载到Teensy

遵循PJRC链接在计算机上安装Arduino和Teensyduino。

下载Matrix_Decoder Arduino代码。将文件Matrix_Decoder_LC.ino用于Teensy LC或将Matrix_Decoder_3p2.ino用于Teensy 3.2。

将Matrix_Decoder代码加载到Arduino集成开发环境（IDE）中。

将USB电缆从Teensy连接到计算机。您的计算机应自动加载必要的USB驱动程序。

在Arduino IDE中的“工具”下，选择板：Teensy LC或Teensy 3.2/3.1，具体取决于您使用的是什么。同样在“工具”下，选择USB类型：键盘。如果您忘记执行此步骤，则会收到一条错误消息，指出“未在此范围内声明键盘”。

编译Matrix_Decoder代码并将其加载到Teensy中。如果您是第一次加载Teensy，则必须按一下Teensy上的按钮才能启用加载程序。

断开USB电缆与Teensy的连接。

步骤9：在编辑器中加载密钥列表文件

在计算机上打开一个文本编辑器。我喜欢在Windows上使用Notepad ++或在Pi上使用Geany，因为它们具有列编辑功能。

原始方法：

您可以下载两个“键列表”文本文件，分别为Keyboard_without_number_pad和Keyboard_with_number_pad。 “密钥列表”文件应包含您要按的每个密钥，后跟制表符，以使结果更具可读性，并易于复制到电子表格中。

新方法：

Marcel Hillesheim编写了一个Python程序，该程序从我的原始过程中去除了很多体力劳动。仅在使用Teensy LC时有效。 Marcel的GitHub存储库包含一个Python程序和两个使用PJRC密钥代码的空白密钥列表文件。如果您喜欢运行Python，请下载他的密钥列表文本文件和matrixgenerator.py Python程序。这样可以节省您很多时间。

根据需要进行修改：

您可能需要稍微修改按键列表文件以匹配键盘的按键。非美国键盘仍然可以使用此例程，只需列出您的按键列表，Teensy就会报告引脚连接。 GUI键是PC上的“ Windows键”或Mac中的“三叶草键”。将光标放在列表中第一个键的右侧。

步骤10：连接FPC电缆

检查您的FPC连接器，以确定电缆的正确方向。

如果FPC连接器的底部与左图所示接触，请用指甲轻轻地提起连接器锁定杆到打开位置。将FPC电缆滑入连接器，裸露的金属触点朝下（最靠近电路板），塑料衬板朝上。轻轻向下推压杆，将电缆锁定到连接器。锁定杆将FPC电缆的裸露金属向下压靠在连接器底部的针脚上。

如果FPC连接器的顶部如右图所示接触，请用指甲滑动右侧的锁定条。将电缆插入裸露的金属触点朝上且塑料衬板朝下的连接器中。方向与第一张图片相反，因为当锁定条向左滑动时，它会将电缆向上推紧连接器顶部的插针。

将USB电缆从Teensy连接到计算机然后等待20秒钟，使Teensy被识别为USB键盘。此延迟在代码中，以确保您的计算机已准备就绪，可以接收来自Teensy的号码。如果在按下任何键之前在屏幕上报告了数字，则这些引脚短接在一起，必须固定。如果您的FPC电缆具有26个以上的信号，则它可能会将一些额外的走线用于接地，背光或触控板。这可能会导致测试例程将两个引脚短路。如果发生这种情况，则需要进行一些代码修改以排除这些引脚。该代码通常会扫描从引脚1开始到最后一个引脚的所有引脚，但是您可以调整这些变量以避免短路。

步骤11：测试键盘

在编辑器屏幕上列出的测试键盘上，一个接一个地按每个键。 Teensy将通过按下键时连接的USB发送两个引脚号。然后，Teensy将发送一个向下箭头以将光标定位到下一个键。按下键盘上的每个键并确认已指定所有引脚号后，保存完成的文件以进行分析。至此，您已经创建了一个非常全面的键盘测试器。

左侧的原始键列表提供了每个键，并且结果均在列中，以传输至电子表格。 Marcel右侧的键列表使用PJRC键名使他的Python程序更容易构建矩阵。如果列出的键不在您的键盘上，请使用PC上的鼠标或箭头键将光标移至下一个键。 Python程序会跳过未使用的键，因此无需手动进行编辑。

步骤12：确定输入和输出引脚

如果您在Teensy LC上使用Marcel的Python程序，它将自动确定输入和输出引脚。运行时，请确保已完成的密钥列表文件与Python程序位于同一目录中。

以下手动过程将确定将作为Teensy输入和输出的键盘销。此过程基于修饰键。控制，Alt，Shift，GUI和Fn。通常，八个键盘针脚将作为Teensy的输入，其余的将作为输出。修饰键通常都有一个输出行，可以在按下其他键的同时按住这些键。这避免了会引起重影的潜行路径。这些“规则”并不总是遵循的（尤其是Fn键），因此在构建矩阵时可能需要进行一些反复试验。我在Github仓库中有很多键盘示例可以帮助您。

Control-Left和Control-Right将在它们之间有一个通用的引脚。例如：

Cntrl-L 19 20

Cntrl-R 20 22

公用引脚，在此示例中，引脚20将为Teensy输出，而输入19和22将为输入。

类似地，Alt-Left和Alt-Right将在它们之间具有一个公共引脚，就像Shift-Left和右移也将有一个公共引脚。例如：

Alt-L 7 24

Alt-R 7 15

Shift-L 21 23

Shift-R 23 25

Alt公共引脚将为Teensy输出，而15和24将为

Shift公共引脚将为Teensy输出，而21和25将为输入。

GUI密钥通常是单个密钥，如本例所示；

GUI 9 26

搜索列表中的所有其他引脚，以查看其他键是否使用9或26。在此示例中，引脚9未用于其他任何键，这意味着它将是Teensy输出，而26将是输入。有时两个引脚都用于其他键，但其中一个引脚用于字母和数字之类的通用键，而另一个引脚则用于页面向上等较不常见的键。在这种情况下，用于通用键的引脚将为Teensy输入，另一个引脚为输出。请注意，如果您交换了引脚，GUI密钥仍然可以使用。

Fn密钥也是此示例中的单个密钥；

Fn 12 18

使用与GUI键相同的方法，搜索所有其他引脚以查看其他键上是否使用12或18。在此示例中，引脚12未用于其他任何键，因此它将是输出，而18将是输入。如果两个引脚都在其他键上使用，请遵循与GUI示例相同的规则。有时，两个Fn引脚都被通用键使用，这意味着您可以选择其中一个引脚作为输入，而另一个则作为输出。

HP DV9000示例键盘的八个输入引脚被标识为： 15、18、19、21、22、24、25和26。所有其他引脚将为Teensy输出。像上面所示的那样制作一个键盘矩阵表，顶部的8个输入引脚按升序排列，顶部的所有其他引脚作为输出，侧面也按升序排列。

键盘矩阵的方向只是我个人的喜好。如果需要，可以交换行/列和输入/输出。如果您有一个罕见的笔记本电脑键盘，每个开关都带有二极管，则可能需要交换引脚。对于二极管，您需要确保将阴极（列出的第一个引脚）指定为Teensy的输出，并将阳极（列出的第二个引脚）指定为Teensy的输入。

有时只能将7个引脚标识为输入，因为两个修饰键共享相同的输入引脚（通常是Shift-R和Control-R）。如果发生这种情况，则必须对第8个输入进行有根据的猜测。我什至看到键盘上的Shift，Alt和Control键具有相同的两个输入引脚，因此在确定GUI和Fn输入引脚之后，仅识别了4个输入。对于某些键盘，输入引脚被分组在一起（即17至24），这使得填充缺少的引脚变得容易。其他键盘没有针脚分组，这意味着您必须开始填写缺少一些输入的矩阵。当某些键不能放在矩阵中时，其余的输入引脚将显示出来。使用双FPC电缆的键盘在一根电缆上具有输入引脚，在另一根电缆上具有输出引脚。

步骤13：用键填充矩阵

要填充矩阵，请将每个键名称放在行/列的交点处如上面给出的HP DV9000键盘示例中所示。修饰键以粗体显示，可以很容易地看到它们之间都有一行。此键盘完全遵循“规则”。

如果您将Marcel的Python程序与Teensy LC配合使用，则无需填写矩阵。可以从下面下载从Python程序输出的HP DV9000结果。

列出了8个FPC输入引脚和18个FPC输出引脚以及相应的Teensy I/O编号。

对于Normal键，Modifier键和媒体密钥。一切都经过格式化，易于剪切并粘贴到我的自制USB键盘控制器例程中。

步骤14：将FPC引脚号转换为Teensy I/O号

Marcel的Python程序自动将FPC引脚转换为Teensy LC I/O。如果使用手动方法，则需要使用上面显示的Teensy LC或3.2表。

第15步：将USB键盘例程加载到未成年人中

来自“狂热者”的Deskthority帖子”介绍了如何使用ChibiOS开发环境为基于ARM的处理器（如Teensy LC和3.2上使用的处理器）配置TMK。使用诸如GNU ARM嵌入式工具链之类的工具链来编译Teensy LC或3.2的代码。您将需要按照以下说明安装ChibiOS开发环境。 teensy_lc_onekey示例详细说明了创建有效的TMK构建的步骤。 QMK键盘例程基于TMK，并且还对Teensy LC和3.2支持ChibiOS。有完整的QMK Newbs指南。

Jay Thompson创建了一个QMK分支，它提供了有关Teensy 3.2/Lenovo T420键盘项目的所有信息。 Jay提供了他的构建环境设置和制作说明，因此您有一个可以修改键盘的示例。

TMK/QMK键盘软件功能强大，具有很多功能，但可能会令人困惑，（至少对我来说）。作为替代方案，我使用Teensyduino的“微管理器”功能编写了Arduino USB键盘例程。使用Arduino IDE加载的文件只有1个，只有375行，带有大量注释。我是一个硬件专家，所以希望代码很丑陋，但是它提供了具有6键翻转的基本键盘控制器，您可以根据需要进行修改。名为“如何修改Teensyduino LC代码”和“如何修改Teensyduino 3p2代码”的详细说明描述了您需要对矩阵进行的更改。 LC指令还详细介绍了如何使用Marcel Python程序的结果。

下面列出的每个键盘在我的存储库中都有一个文件夹，其中包含引脚连接列表，键矩阵表和Teensyduino USB键盘例程，为您提供了许多示例。使用指向我的存储库的链接查看和下载这些文件。 1525、2100和DV9000文件夹还具有Marcel完整的密钥列表文件和其Python程序的结果。

Dell Inspiron 1525-键盘部件号D9K01

Dell Latitude 131L-键盘部件号V-0511BIAS1-US

Dell Latitude X1-键盘部件号0M6607

Dell Latitude D630-键盘部件号DP/N 0DR160

HP Compaq Presario 2100-键盘部件号AEKT1TPU011

HP Compaq Presario V4000-键盘部件号NSK-H3L01

HP Pavilion DV9000-键盘部件号AEAT5U00110

索尼Vaio PCG-K25-键盘部件号KFRMBA151B

Sony Vaio VPCCW-键盘部件号148754321

Sony Vaio VPCEA-键盘部件号A-1765-621-A

Sony Vaio VPCEB4 –键盘部件号A-1766-425-A

Lenovo ThinkPad T61 –键盘部件号42T3177

Olga修改了我的Commodore代码64个键盘。 Teensy LC代码，键列表文件和项目描述在我的存储库中。

T Caschy修改了Teensy LC代码，使其可与HP Jornada和Atari Portfolio笔记本电脑键盘一起使用。该代码位于我的存储库中的文件夹中。

SimonT192修改了我的Teensy LC代码，使其可与具有UK布局的GRID 1550键盘一起使用。代码在我的仓库中的文件夹中。

步骤16：非标准FPC电缆连接器

如果您的键盘有如果使用非标准FPC电缆（如上面所示的Lenovo连接器），则任务将变得更具挑战性。如果在Aliexpress或其他任何站点都找不到匹配的连接器，则唯一的选择是删除笔记本电脑主板上的连接器。一种常见的方法是在所有接头上放上助焊剂和低熔点焊料，然后使用热风返修台和镊子（如本视频所示）。您将需要进行电路板布局，以将Teensy I/O信号路由到键盘连接器。我喜欢先在纸上进行初步布局，以便放置零件并以最少的通孔布线。根据任何使布局最佳工作的引脚顺序，很容易在软件中分配Teensy I/O引脚。下一步是布局，这很诱人，但是请首先进行原理图设计，以便您的布局中将有空中电线，向您展示如何布线每条走线。由于正面LC/背面3.2布线混乱，我没有为键盘扫描仪电路板做任何示意图。没有原理图的缺点是缺乏对布局是否电气正确的任何验证。在将文件发送到fab之前，我必须对所有内容进行三重检查。

KiCad，PCBWeb Designer，EasyEDA和DesignSpark PCB是一些可用的免费布局工具。我选择使用Eagle，每月支付15美元的商业许可费用。如果您不需要商业许可证，则可以下载Eagle软件的免费版本。 Sparkfun有关于Eagle原理图和布局的出色教程。另请参阅有关在Eagle中创建零件的Adafruit教程，因为您需要为连接器制作一个包装和符号。制作好布局后，您需要更改Matrix_Decoder软件以使用新的I/O引脚输出。

步骤17：联想Thinkpad T61键盘的Teensy 3.2控制器

非标准FPC电缆是Lenovo Thinkpad T61笔记本电脑上使用的44针连接器。至少有三个网站详细介绍了如何为Lenovo键盘制作USB控制器。来自rapaddc的Instructable使用带有一些胶合逻辑和Arduino的接线板。后来来自rapaddc的Instructable使用带有MSP430微控制器的单板。来自Tome的Mark Furland使用带有连接线的连接器板到Arduino。 Mark的网站指出，Digikey WM6787CT-ND连接器可与键盘FPC电缆一起使用。这使我不必从主板上拆下连接器。由于其受欢迎程度，在线搜索和查找该笔记本的示意图非常容易。如果没有来自rapaddc的原理图或信息，我会使用欧姆计进行大量探测，以确定接地引脚并缩小需要扫描的引脚矩阵的范围。我真的很喜欢这种键盘的感觉，因此值得设计上面所示的Teensy 3.2电路板。我修改了Matrix_Decoder扫描软件，使其仅扫描矩阵中的8个输入引脚和16个输出引脚。如果您的键盘的接地面和引脚数量超出Teensy的处理能力，则可以使用此扫描程序代码作为指南。扫描软件使用此Instructable中先前描述的相同步骤，将连接列表转换为密钥矩阵表。 Fn开关在连接器上有自己的两个引脚，与键矩阵分开进行扫描。上电时，键盘上的Trackpoint需要PS/2时钟和来自Teensy的数据信号以及一个复位信号。 Teensy 3.2的耐受电压为5伏，因此可以直接驱动这些信号。所有T61 3.2文件都在我的仓库中，或者可以使用下面的按钮下载。

步骤18：Lenovo Thinkpad T61键盘的Teensy LC控制器

我想在一块木头上构建一个独立的T61键盘，但是上一步中的3.2电路板需要重新定位连接器和Teensy，以便将电路板隐藏在键盘下方。我想着，我应该换到信用证，省些钱。 Teensy LC的I/O信号较少，并且不能承受5伏电压，因此我需要进行一些设计更改。我添加了一个TLV810来为跟踪点生成一个复位，再加上几个BSS138 FET作为跟踪点时钟和数据的电平转换器。为了节省I/O引脚，我将Fn开关连接到矩阵中的一个空单元中，以便可以使用所有其他键对其进行扫描。剩下一个Teensy I/O引脚来驱动Caps Lock LED。可以从我的仓库中下载所有T61 LC文件或使用下面的下载按钮。

步骤19：构建键盘底座

如果您不打算使用原始笔记本电脑USB键盘的底座，您可以像上面显示的那样建立一个木制底座。我用了3张3/16英寸胶合板和一个拼图锯切开了键盘，FPC电缆和Teensy的开口。胶合板被粘在一起，打磨和染色。我什至添加了一个LED指示器，用于CAPS LOCK和橡胶如果您很幸运地拥有一台3D打印机，则可以为键盘定制外壳，如上面T Caschera所示。