引言

最近，為了配合新品推廣，靈動的軟件與系統工程SE團隊，基于帶有 USB 外設模塊的 MM32F0160 微控制器，實現了一套低成本帶RGB燈效的機械鍵盤。這里將設計機械鍵盤的全過程開源出來，感興趣的開發者，可以向靈動申請 MM32F0160 微控制器的樣片，復刻一把自己專屬的機械鍵盤，也可以繼續進行二次開發，實現更加有趣的作品。

一些機械設計工作

首先需要選擇將要設計機械鍵盤的配列，也就是按鍵的布局。這里選用了對程序員最友好的87鍵配列。使用“鍵盤布局編輯器”（http://www.keyboard-layout-editor.com/）可以導入標準的配列布局。如圖1所示。

圖1 keyboard-layer-editor在線編輯器

這里可以選擇標準104鍵配列，再刪除右側小鍵盤的區域，得到標準87鍵配列的方案，如圖2所示。

圖2 使用keyboard-layer-editor設計標準87鍵配列

然后，復制Raw data中的代碼，到“定位板在線編輯器”（http://builder.swillkb.com/）中，如圖3所示。

圖3定位板在線編輯器

此時，點擊頁面最下方的 Draw My CAD!!! 按鈕，生成定位板的圖紙。如圖4所示。

圖4 生成87鍵配列的定位板

此時，在頁面的右上角選擇下載 DXF 格式的文件。這個文件可以發送給工廠，用于生產機械鍵盤的定位板。板子的厚度為1.5mm，在本案中使用了PC材料。

設計PCB

機械鍵盤的按鍵部分電路，就是普通的鍵盤矩陣，但為了避免出現“鬼影按鍵”（Ghost Key）和實現“全鍵無沖”，每個按鍵開關上都需要串聯二極管。為了在每個按鍵下放置一顆RGB彩燈實現燈效，本案使用了 WS2812 級聯的電路。

本案使用KiCAD 7.0設計了整個機械鍵盤電路系統的原理圖。

按鍵矩陣部分的電路如圖5所示。

圖5 按鍵矩陣原理圖

RGB彩燈矩陣部分的電路，如圖6所示。

圖6 RGB彩燈矩陣原理圖

使用MM32F0160微控制器作為核心的控制電路，如圖7所示。

圖7 基于MM32F0160的控制電路原理圖

這里還引出了擴展插座，包含了 MM32F0160 微控制器的調試信號、按鍵矩陣行列信號、RGB燈控制信號，可用于擴展更大的鍵盤配列（例如增加數字小鍵盤）。

然后將原理圖配合合適的封裝（可以在KiCAD的元件庫中找到Cherry軸的封裝），導出生成PCB文件。在PCB文件中，可以導入之前用于生產定位板的 DXF 文件，參照著定位板的位置放置按鍵和RGB燈。最終完成走線的PCB板效果圖，如圖8所示。

圖8 走線完成的機械鍵盤電路板

設計軟件

本案使用的軟件來自于靈動的軟件與系統工程SE團隊開發和維護的MindSDK軟件開發平臺，可以選擇 Mini-F0160 開發板的軟件包作為模板，下載已經適配TinyUSB協議棧的 tud_hid_keyboard 樣例工程。如圖9所示。

圖9 MindSDK中的tud_hid_keyboard樣例工程

之后再進行改裝，適配使用 GPIO 掃描按鍵矩陣，并增加 DMA+SPI 的方式控制 WS2812 燈帶的功能（可參考MindSDK中的 ws2812_spi_dma 樣例工程）。

特別注意，本案使用Keil MDK編譯生成可執行文件，除了需要安裝Keil MDK集成開發環境外，還需要開發者從靈動官網下載 MM32F0160 的設備支持包（https://www.mindmotion.com.cn/support/software/keil_pack/），以及需要準備一個適配Arm核微控制器的調試器，例如JLink或者DAPLink等。

技術資料

這里開源基于MM32F0160微控制器的機械鍵盤項目的所有資料，托管在Gitee的平臺上（https://gitee.com/suyong_yq/mechanical-keyboard-diy），如圖10所示。

圖10 托管在Gitee上的機械鍵盤開源項目

最后，放一張第一個成品樣品的照片，如圖11所示。

圖11 基于MM32F0160微控制器的機械鍵盤成品

審核編輯：湯梓紅