最丐61+3键机械键盘(附原理讲解)

键位设置：

未按下Fn：

按住Fn(多媒体功能在0.5版本添加)：

设计要求：

虽然是挑战最低成本，最简电路，但下限还是有的：

1.全键无冲

2.带灯（我可以不焊，但你不能没有）

3.而且是双色led灯

4.带HUB，方便插无线鼠标（距离近，信号更强更稳定），U盘，不过因EDA对等长优化不够好，已砍

（在另一个版本已实现，尽请期待）

设计思路：

百度“最少的io扫描最多的按键”你能看到的有（这里只列举几张代表性的）

传统矩阵：

u=1470209489,3692830599fm=173app=49f=JPEG.jpg

二极管编码：

u=1405912506,2491446644fm=173app=49f=JPEG.jpg

变种的行列键盘：

u=3603759020,178093515fm=173app=49f=JPEG.jpg

当然，上面都是有键冲的，市面上常用的是基于第一种改造的无冲突键盘。而我要另辟蹊径，用第三种改造。

这是原理图的部分截图（忽略掉led引脚，只看按键），这里是由K1、K2、K3三个io驱动扫描六个按键，细心的观众可能看出来了，这和上面第三个方案是类似的。都是IO两两配对，正反各一个按键。这里不作运行流程讲解。

技术难点：

假设同时按下S1、S9,但K1置低电平时，K2、K3的电平是？？？

为了解答这个问题，我们翻开技术文档：

这是4148的伏安特性图：

这是CH551的触发电平电压:

电源为5V时：

电源为3.3V时：

再假设流过4148的电流为1mA，那么压降为0.5V。

在这种情况下，若单片机5V供电，则K2、K3都为低。

显然这就有违全键无冲的初衷。

但在3.3V供电下，2*0.5V>0.8V，则K2为低、K3为高。成了。

（实测551在0.9V下还不算低电平，故还需要上拉电阻给二极管提供偏置电流，增加压降，不然和5V供电下雷同）

但我还不满足于此，还想加多按键，细看技术文档，发现RST脚能当输入脚使用，但技术文档没标出它的触发电平，保险起见，外接一个PNP管做反相器。

这样一来，仅一个CH551，16条腿，除去3条电源，2条usb，剩下10个IO加一个RST脚，在不考虑灯的情况下，就能做到100键无冲突。你说厉不厉害。

但3D打印机大小有限，而且要驱动LED。正巧自带两路PWM，用去驱动双色LED。剩下的还能做64键无冲。61键排列，还富裕3个按键，做成侧键。

各方面榨干这单片机。

制作过程：

PCB正反面：

先焊接typeC口：

输入滤波：

电源稳压块：

单片机：

排阻和三极管：（忘了下单贴片8550，直插顶上）

开始焊4148：

先焊一边固定：

全部焊好：

特写：（后面发现有一只4148一侧没上锡，刚好在图片上）

侧边按键：

开始焊轴25%

50%

75%

100%

焊点特写：（没上锡的4148又上镜了）

上平衡杆：

加键帽：

金主logo特写：

程序更新日志：

Ver0.1：

无灯，
完善部分FN组合键，
软件消抖，
多按键按下时，序号低的优先输出
侧键功能：
未按下FN：截图、PGUP、PGDN
按下FN：INS、HOME、END

Ver0.2：

加入灯光驱动（不可按键调节）
将io全部配置成开漏输出，运行功耗降低（一点点）

Ver0.3：

优化消抖，在廉价轴上的双击现象会有改善。按键上升沿无影响，但下降沿会延迟10ms
功耗优化（键盘扫描次数边少了，改为定时扫描，自然功耗就降低了）

Ver0.4：

重写USB底层，修改代码里的调试端点，改为鼠标端点。
修改FN键下的触发，改为在FN期间按下的，直到对应按键松开为止都是FN下的功能。
大写时1Hz呼吸灯，小写时0.5Hz呼吸灯
消抖时间改为10ms

Ver0.41：

修复了上电ctrl可能误触发的bug

Ver0.5：

添加多媒体操作按键，详细见键位图
消抖时间改为12ms

Ver0.51：

开启看门狗
修复USB总线复位后死机的BUG

Ver0.52：

亮度，颜色变化过程修改，由线性变化改为对数变化（开始慢结束快）
降低数据包回报速率，从1000Hz改为500Hz

Ver0.6：

消抖动算法改良，按下和松开事件都是即时动作
因运算量增加，扫描周期改为2ms

Ver0.7

加入方向锁，FN+》启动或关闭，上下左右对应按键默认逻辑会翻转
FN+《调节亮度
FN+M调节灯效
方向锁和灯效会在20秒无修改后保存进EEPROM，下次开机仍然保持设置
EEPROM均衡磨损算法
上报名称改为“最丐61+3键盘”

Ver1.0

开启端点4用作上位机通讯接口
获取单片机内部唯一ID作为设备ID
修复上报长度仅保留低字节的bug
添加上位机直接控制PWM和还原命令
上报版本号修改为0x0100
修复上电会闪灯的BUG
PWM频率下调到2KHz

Ver1.1

通讯端点与小键盘同步更新
修改存储格式，更新版本需清空flash
修改改灯方式，FN+[|]多击来亮度、灯效、方向锁、开源网

灯效：

怕有人不理解后面几个灯效，就是caps按键下选择单独一个通道时做大小写指示，每种都有两个是分别对应两个通道相反的情况

程序前前后后持续了一年多的更新，我觉得现在功能很完善了，

所以软件版本接下来应该不会有什么功能性大更新了，当然如果你们有好的想法可以评论区提出。

已知硬件BUG：

上面图片的稳压块封装反了，所以倒着焊接（现PCB已修正）
S40的LED左右两通道是反的，注意一下（现PCB已修正）
灯光控制脚不拉低也会微亮，是我忽略了单片机io的钳位二极管。不过影响不大，也就灯不能完全灭掉。
TYPE C只接了单面，故只有一个方向能识别。
TYPE C的CC脚悬空，导致不能使用双TYPE C线触发OTG。

授权出售合集：

【腾讯文档】丐中丐小键盘授权ID以及授权费记账

https://docs.qq.com/sheet/DSXd2bm5rdVh2aHVk

程序更新教程引用站内另一个开源项目（记得不要勾复位脚使能）：https://oshwhub.com/TheLight/zi-ding-yi-jian-pan

外观篇： https://oshwhub.com/yANgZEN/zui-gai-jian-pan-de-wai-qiao

【由于版幅较长，把售出用户的成品摆到外观篇】

关联词语：charlieplexing

这个名字是最近看到的，原理很类似，就把名字放这里了，有兴趣自己百度

其他版本:

通过减少一路pwm输出，达到九九八十一个按键，caps lock键下的灯还能作为大小写指示，并于其他LED保持相同亮度

加入HUB修改布局给USB接口让路

原理说明图片引用链接：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1621173179116478690&wfr=spider&for=pc# 标题 #斜体

序号	文件名称	下载次数
1	WCHISPTool_Setup.exe	98
2	64键盘程序Ver0.3.hex	27
3	64键盘程序Ver0.41.hex	22
4	64键盘程序Ver0.51.hex	21
5	64键盘程序Ver0.52.hex	21
6	64键盘程序Ver0.7.hex	32
7	最丐灯控上位机.exe	93
8	最丐61+3键盘Ver1.00.hex	47
9	最丐61+3键盘Ver111.hex	34

最丐61+3键机械键盘(附原理讲解)

工程标签

STC单片机

DIY设计

消费电子

电工电子

电子设计大赛

简介

采用价格低廉的沁恒CH551（CH55X家族中的丐中丐）没ADC,内存0.75+10，我就挑战不加io扩展，作出最低成本的61键机械键盘

开源协议

GPL 3.0

描述