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
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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。
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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。
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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。
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