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-editor.com/）可以导入标准的配列布局。如图1所示。

图1 keyboard-layer-editor在线编辑器

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。

图2 使用keyboard-layer-editor设计标准87键配列

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。

图3 定位板在线编辑器

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。

图4 生成87键配列的定位板

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。

图5 按键矩阵原理图

RGB彩灯矩阵部分的电路，如图6所示。

图6 RGB彩灯矩阵原理图

使用MM32F0160微控制器作为核心的控制电路，如图7所示。

图7 基于MM32F0160的控制电路原理图

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。

图8 走线完成的机械键盘电路板

 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。

图9 MindSDK中的tud_hid_keyboard样例工程

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/mechanical-keyboard-diy），如图10所示。

图10 托管在Gitee上的机械键盘开源项目

最后，放一张第一个成品样品的照片，如图11所示。

图11 基于MM32F0160微控制器的机械键盘成品

 

审核编辑：汤梓红