THKB_main_v0.1.3 - 嘉立创EDA开源硬件平台

# [THKB] TouHou Keyboard，便宜、低延迟的客制化小键盘  #### V0.2.2版本已经发布，链接：[THKB_main_v0.2.2 - 嘉立创EDA开源硬件平台 (oshwhub.com)](https://oshwhub.com/kairingo/thkb_main_v0-2-2) #### THKB是一款以便宜、低延迟为设计理念的客制化小键盘。支持全键无冲、全键自定义、组合按键、三层自由键层、超低可调延迟、掉电保存记忆等功能；支持上位机改键值、改延迟，包含测试工具以及使用指南。 机械轴体按键支持可调延迟（最低20us，最高50ms），轻触开关软件延时20ms；上位机仅支持Windows系统。 ##### 这里Readme版本更新可能不及时，最新内容请移步至gitee仓库。 本开源工程包含PCB的设计部分。 更多资料请访问Git项目仓库，包含THKB的下位机固件、上位机软件、PCB Gerber文件、CAD设计文件、3D模型以及相关文档等，链接：[[THKB] TouHou Keyboard 便宜、低延迟的客制化小键盘](https://gitee.com/Kairingo/thkb)
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本项目使用MIT开源协议，您可以随意的下载、Clone、Fork本项目作为任何用途。如果用作商业用途量产，希望您赠送一份样品给我，我的联系邮箱是2401977049@qq.com  ## 一、更新说明 ##### 2023.7.24更新：首次正式发布项目，修复了测试版的一些BUG ## 二、项目文件说明 #### Firmware -v0.1.0 ##### \|\-\- THKB\_fw 使用Keil5 C51配合 vs code Keil Assistant 插件配合编写 \|\-\-Obj 文件夹内的**THKB_fw.hex**为生成的hex文件，可以直接用于下载，将的P3.6引脚通过20K电阻下拉即可进入ISP下载模式，下载方法请参考沁恒官方 #### Software -v0.1.0 ##### \|\-\- THKB\_host\_software 上位机程序，使用C\#编写，dotnet Framwork 3\.5框架，winform窗体。使用Visual Studio开发 ##### \|\-\- fonts 包含上位机所需的字体 ##### \|\-\- pic 上位机中使用的一些图片素材 #### Hardware -v0.1.3 ##### \|\-\- pcb 包含PCB Gerber文件，设计文件：[THKB\_main\_v0\.1\.3 \- 嘉立创EDA开源硬件平台 \\(oshwhub\.com\\)](https://oshwhub.com/kairingo/thkb_main_v0-1-3) ##### \|\-\- bom 物料清单与购买链接 #### CADs -v0.1.0 ##### 包含顶板，底板以及垫高板的CAD文件 #### 3D_Models -v0.1.0 ##### 3D模型，包含零件与装配体。使用Soildworks 2022设计 #### Docs ##### LOGO、文档、渲染图以及一些相关文档等 ## 三、硬件架构说明 ### 2.1设计理念 为贯彻低成本的设计方案，所有元器件和结构都在保证稳定可用的情况下做了Cost Down。键盘总共有9个机械轴体按键（1个2u、1个1.5u和7个1u）和两个轻触开关。PCB同时支持热插拔和焊接方案，可以根据用途进行调整。 ### 2.2 结构设计 键盘倾斜角约为6°；为了节省成本，键盘的结构为三明治夹心结构，从上到下分别是2mm亚克力顶板、FR-4玻纤PCB板、3mm亚克力底板以及5mm亚克力垫高板，使用M3内六角螺丝进行紧固，为了提高稳固性，使用SMT贴片螺柱固定在PCB板上，无法拆卸。顶面使用4mm螺丝，底面8mm和12mm螺丝分别固定，底部使用2mm高的直通柱，防止底板接触到元器件。可以添加夹心垫、轴下垫等配件以提升手感。  键盘使用标准的樱桃MX轴体和PCB 2u卫星轴，建议使用DSA、XDA、原厂或者OEM高度等较低高度的键帽。 ### 2.3 芯片选型 选用来自南京沁恒的51单片机**CH551**，一块钱的售价，同支持USB FS 2.0、128B DataFlash以及24MHz的主频，非常适合用作本项目的主控MCU。极简的外围器件设计，仅需少量电阻电容，最小系统即可搭建完成。外加51内核的单片机一般都很皮实，可以抗住日常生活中的静电。更好的鲁棒性，让我可以放心在PCB上做一些美化设计，比如将镀锡的铜皮裸露，绘制出图案等。   ## 四、固件设计 按键的扫描方式是传统的矩阵扫描，扫描方式是从行到列。键盘由两行六列组成，总共11个按键。由于ch551没有下拉输入模式，每个列的引脚通过20K的电阻下拉到地，通过1n4148防止串扰。所有有关上位机与USB中断的操作都放在USB的终端服务函数中处理，由于我七月份才第一次使用51单片机，很多东西我也没有玩明白，譬如UINT8、UINT8I、UINT8X等，有函数不能重入等诸多限制。考虑到键盘的功能不算复杂，固件勉勉强强也没问题。~~反正人和代码一样能跑就行~~ ``` C void keyboard_scan(void) { memset(Keyboard_ScanBuf,0,11); IO_KEY_R0 = 1; IO_KEY_R1 = 0; mDelayuS(10); Keyboard_ScanBuf[0] = IO_KEY_C0; Keyboard_ScanBuf[1] = IO_KEY_C1; Keyboard_ScanBuf[2] = IO_KEY_C2; Keyboard_ScanBuf[3] = IO_KEY_C3; Keyboard_ScanBuf[4] = IO_KEY_C4; //按键消抖 if(Keyboard_ScanBuf[0]||Keyboard_ScanBuf[1]|| Keyboard_ScanBuf[2]||Keyboard_ScanBuf[3]|| Keyboard_ScanBuf[4]) { keyboard_delay(); Keyboard_ScanBuf[0] &= IO_KEY_C0; Keyboard_ScanBuf[1] &= IO_KEY_C1; Keyboard_ScanBuf[2] &= IO_KEY_C2; Keyboard_ScanBuf[3] &= IO_KEY_C3; Keyboard_ScanBuf[4] &= IO_KEY_C4; } IO_KEY_R0 = 0; IO_KEY_R1 = 1; mDelayuS(10); Keyboard_ScanBuf[5] = IO_KEY_C0; Keyboard_ScanBuf[6] = IO_KEY_C1; Keyboard_ScanBuf[7] = IO_KEY_C2; Keyboard_ScanBuf[8] = IO_KEY_C3; Keyboard_ScanBuf[9] = IO_KEY_C4; Keyboard_ScanBuf[10] = IO_KEY_C5; //按键消抖 if(Keyboard_ScanBuf[5]||Keyboard_ScanBuf[8]|| Keyboard_ScanBuf[9]||Keyboard_ScanBuf[10]) { keyboard_delay(); Keyboard_ScanBuf[5] &= IO_KEY_C0; Keyboard_ScanBuf[8] &= IO_KEY_C3; Keyboard_ScanBuf[9] &= IO_KEY_C4; Keyboard_ScanBuf[10] &= IO_KEY_C5; } if(Keyboard_ScanBuf[6]||Keyboard_ScanBuf[7]) { mDelaymS(20); Keyboard_ScanBuf[6] &= IO_KEY_C1; Keyboard_ScanBuf[7] &= IO_KEY_C2; } } ``` 全键无冲的方案参考了稚辉君的重映射键值方案，使用枚举，用负数表示特殊按键（如Ctrl、Shift等），普通按键从0~128依次枚举，用有符号char存储值，FN键层切换键也包含其中，如果FN被按下，则切换键层，并等待一秒钟。 ``` C static void keyboard_remap(char keyvalue) { UINT8 index = 0 , bit_index = 0; //特殊按键 if( keyvalue < 0) { Keyboard_RemapBuf[0] |= 1<<(8 + keyvalue); return; } //FN键 if( keyvalue == FN) { if(Current_Layer<3) Current_Layer++; else Current_Layer = 1; led_on(Current_Layer); mDelaymS(1000); return; } //普通按键 index = keyvalue / 8; bit_index = keyvalue % 8; Keyboard_RemapBuf[index+1] |= 1<<bit_index; } ``` ## 五、上位机软件设计 上位机软件使用C#编写，本来是想用Qt调用多个库，写一个全平台的版本，但是本人C++很烂，于是放弃了这个设想，还是C#开发起来快。 上位机使用Winform框架编写，调用了Hidlibrary库设计思路是主窗体中包含四个子窗体，通过点击主窗体的不同按钮切换子窗体，调用不同的功能，分辨是映射更改、延时更改、按键测试以及设置，左下角显示键盘当前的连接状态  键盘映射可以支持每个按键自定义绑定三个键值，比如（Ctrl+Alt+F4）等。总共三个键层，绑定FN的按键可以用于切换键层，FN与其他任意键值冲突，如果一层没有FN键，则这一层没办法切换到下一层，上电以后处于默认层（第0层），切换顺序是0->1->2->3->1->2->3。  按键延迟支持20us至50ms，可以输入特定值进行调整，上方的不同模式分别代码：stable稳定模式延时5ms、normal普通模式延时800us、game游戏模式延时50ms，在游戏模式下，若大力敲击会导致按键产生连击。延时大于50ms会导致案件无法触发，而低于20us则极容易发生连击。  设置界面现在还未开发，所以还是一片空白~ ## 六、渲染图与实拍 图太大了传不上来，大家移步至gitee看吧~~~~ ## 七、授权条款与写在最后 本项目采用MIT开源协议，这意味着您不仅可以用作商业用途，还可以闭源。由于国内的开源大环境比较恶劣，任何开源协议最后大概率都会被忽视，与其让别人违背协议，不如彻底放开权限。 如果您想量产，或是基于这个项目进行商业用途的话，虽然不需要再征得我的同意，但还请发送邮件告知我一下，我很希望我的设计可以量产，或是被更多人看到，在这里仅抛砖引玉，给大家做键盘或是相关的东西提供更多的灵感。 我希望如果您参考了这个工程，我希望您能将您的代码开源；如果量产了这款键盘，我希望您可以将项目的开源仓库印在产品上，使用您自己设计的LOGO，或是用THKB提供的。 这个项目源于我六月底的一个灵感，如果您知道“东方Project”这个IP的话，相信您一定可以猜到了，这款键盘就是专门为了STG（弹幕射击游戏）准备的。可变延时可以适应不同的敲击力度，通过微调使延迟降到最低，以适配不同的使用者。当然，这款键盘的肯定还有更多的用途，这就等待您的开发了。 本项目中除了元器件的3D模型和封装由立创EDA提供外，所有LOGO、代码、图片、PCB板、CAD文件等，都由我编写或设计。本人为管理专业在校大学生，水平有限，项目中尚存在许多错误。实际开发总共就进行了两周半的时间，~~外加我要复习考研~~做的比较仓促，如有错误还请指出，恳请各位的批评指正。