कुछ महीने पहले, USB कीबोर्ड बनाने का मेरा प्रोजेक्ट पूरा हुआ। अन्य बातों के अलावा, मैंने इलेक्ट्रॉनिक सर्किट का डिज़ाइन पूरा किया, एक मुद्रित सर्किट बोर्ड डिज़ाइन किया, फर्मवेयर को क्रमादेशित किया, सीएडी में एक लेआउट बनाया और डिवाइस को इकट्ठा किया। परिणाम एक आरामदायक कीबोर्ड है जिसका उपयोग मैं दैनिक और प्यार से KeeBee करता हूं:


कीबी कीबोर्ड फ़ाइनल

परियोजना के कई लक्ष्य:

1. योजना का स्व-निर्माण।
   
2. कीबोर्ड फर्मवेयर लिखना।
   
3. जानें कि यूएसबी प्रोटोकॉल कैसे काम करता है।

काम पर, मैं मुख्य रूप से क्लाउड सेवाओं के लिए सॉफ्टवेयर विकसित करता हूं, जहां वास्तविक उपकरणों की कई परतें गायब हैं। इसलिए, कुछ सार से छुटकारा पाने और हार्डवेयर स्तर पर नीचे जाने के लिए बहुत अच्छा है: यहां वास्तविक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण हैं जिन्हें आप स्पर्श कर सकते हैं और उपयोग कर सकते हैं।

अध्ययन और सीएडी लेआउट

मुझे वास्तव में न्यूनतर OLKB प्लैंक और प्रीओनिक-स्टाइल कीबोर्ड पसंद हैं, जो चाबियों के ऑर्थो-रैखिक व्यवस्था के कारण बहुत कॉम्पैक्ट हैं। मुझे तुरंत यह भी पता था कि मैं चेरी एमएक्स ब्राउन स्विच का उपयोग करना चाहता था। इन दो डिज़ाइन घटकों को ध्यान में रखते हुए, मैंने OpenSCAD में मुख्य लेआउट के साथ खेलना शुरू किया। यह एक बेहतरीन ओपन सोर्स टूल है जो WYSIWYG माउस इंटरफ़ेस की तुलना में प्रोग्रामिंग भाषा के रूप में अधिक काम करता है।

चेरी एमएक्स दस्तावेज़ीकरण से तत्वों के आयामों को लेते हुए, मैंने शीर्ष प्लेट के लिए एक लेआउट बनाया , फिर अंतिम परिणाम कैसा दिखेगा इसका अंदाजा लगाने के लिए स्विच और कीज़ जोड़े। शीर्ष प्लेट कीबोर्ड पीसीबी के ऊपर स्थित है और स्विच के लिए एक अच्छा स्टेबलाइज़र के रूप में कार्य करता है।

शीर्ष प्लेट डिजाइन:



कुंजियाँ जोड़ने के बाद:

बोर्ड प्रोटोटाइप और फर्मवेयर डिजाइन

मुख्य माइक्रोकंट्रोलर के रूप में, मैंने STM32F042K6T6 चुना। यह लगभग तीन डॉलर प्रति चिप है, यदि आप एक टुकड़े से लेते हैं। उसके पास 69 कुंजी (कुल 32 संपर्क) के स्कैनिंग मैट्रिक्स के लिए पर्याप्त संपर्क हैं। यह ARM Cortex M0 प्रोसेसर पर चलता है और इस कार्य के साथ मुख्य प्रोसेसर को लोड किए बिना USB सिग्नल भेजने के लिए विशेष USB बाह्य उपकरणों में शामिल है। मैंने अपने पीसीबी डिज़ाइन में एकीकृत करने से पहले इस चिप के साथ एक न्यूक्लियो प्रोटोटाइप देव बोर्ड खरीदा था। नाभिक बहुत आसानी से एक ब्रेडबोर्ड पर लेट जाता है और यूएसबी के माध्यम से संचालित होता है।

मैंने जिस डायोड सर्किट का अध्ययन कर रहा था, उसका परीक्षण करने के लिए मैंने ब्रेडबोर्ड पर एक छोटा सा चार-कुंजी सर्किट लगाया। समीकरण के यूएसबी पक्ष को अनदेखा करते हुए, पहला कदम चेरी स्विच को विश्वसनीय रूप से चालू करने के लिए और बटन दबाए जाने पर चार संबंधित एल ई डी को बंद करना था।



स्कैनिंग मैट्रिक्स एक ऐसी तकनीक है जिसका उपयोग करने की आवश्यकता है जब आपके पास माइक्रोकंट्रोलर पर संपर्कों की तुलना में अधिक स्विच होते हैं।

जब मैट्रिक्स ने संतोषजनक रूप से काम किया , तो यह यूएसबी पर काम करने का समय था।

अंतर्निहित फर्मवेयर चक्र अनिवार्य रूप से यह है:

1. मैट्रिक्स में सभी कुंजियों को स्कैन करें।
   
2. चयनित लेआउट (QWERTY, Dvorak, आदि) में संबंधित वर्णों के साथ बटन के स्थान का मिलान करें।
   
3. तुलना का परिणाम लें, USB HID रिपोर्ट पैकेट बनाएं और इसे USB परिधीय डिवाइस पर भेजें।
   
4. कीबोर्ड पर एलईडी चालू करें, यदि कुंजी दबाया जाता है, तो बंद करें - यदि नहीं।

Main.cc से :

static void scan_and_update() { scan_matrix.Scan(key_scans, row_count, column_count); keyboard.SendReport( key_pipeline.MapKeyScans(key_scans, key_count)); update_key_press_status(); } int main() { Init(); status_led.SetOk(true); while (true) { scan_and_update(); } } 

keyboard.SendReport घटक वास्तव में USB होस्ट पर पैकेट स्थानांतरित करता है। मैंने USB को ठीक से काम करने के लिए बहुत कोशिश की। इस प्रोटोकॉल में कई गैर-तुच्छ परतें हैं जिनके लिए सटीक समय और डिवाइस की उचित पहचान की आवश्यकता होती है । अंत में, मुझे अपने लिनक्स लैपटॉप में आने वाले सभी यूएसबी पैकेटों को सुनने के लिए विंडसरक चलाना था और यह पता लगाना था कि वह कहां खो गया है। इंटरनेट पर एक खोज लगभग कुछ भी नहीं निकली, अधिकांश सवालों के जवाब लगभग इस तरह से दिए गए हैं: "शायद आपका यूएसबी डिवाइस टूट गया है, आपको एक नया खरीदने की आवश्यकता है।" यदि आप वास्तव में एक यूएसबी डिवाइस डिजाइन करने की कोशिश कर रहे हैं, तो ये उत्तर बहुत उपयोगी नहीं हैं। मैं केवल अपरिचित शब्दावली के साथ बहुत अधिक USB विशिष्टताओं में डुबकी लगा सकता था।

थोड़ी देर के लिए, मैं अभी भी चार कुंजी के साथ कीबोर्ड को सही ढंग से एक USB छिपाई (मानव इंटरफ़ेस डिवाइस) के रूप में पहचानता हूं और सभी क्लिकों को सही ढंग से लैपटॉप पर स्थानांतरित किया गया:



USB विक्रेता के रूप में पंजीकरण करना और आधिकारिक उपकरण आईडी प्राप्त करना महंगा है । यदि आपके पास सिर्फ एक शौकिया परियोजना है, तो आपको कुछ समान डिवाइस के पहचानकर्ता को पकड़ना होगा । मैंने सोचा कि "गियर हेड" शांत लगता है, खासकर जब से वे कीबोर्ड जारी करते हैं, इसलिए मैंने उन्हें चुना।

सर्किट और पीसीबी

अधिक या कम वर्किंग फ़र्मवेयर और एक कार्यशील प्रोटोटाइप प्राप्त करने के बाद, यह KiCAD में सर्किट बोर्ड के सर्किट और डिज़ाइन को खींचने और एक वास्तविक सर्किट बोर्ड बनाने का समय है। जब मैंने यह सुनिश्चित किया कि 4 बटन के लिए सर्किट काम करता है, तो अपेक्षाकृत सरल कार्य सब कुछ एक साथ जोड़ना था:



सर्किट विकसित करने और घटकों के लिए पैड स्थापित करने के बाद, आपको एक वास्तविक मुद्रित सर्किट बोर्ड का एक मॉडल बनाने की आवश्यकता है:



KiCAD खूबसूरती से भविष्य के बोर्ड को 3 डी में प्रस्तुत कर सकता है:





कई महान KiCAD ट्यूटोरियल हैं। मैंने क्रिस गैम्मेल से उत्कृष्ट गेटिंग टू ब्लिंकी 4.0 वीडियो श्रृंखला शुरू की, जहां वह शुरू से अंत तक KiCAD में एक एलईडी लिंकर सर्किट बनाने में शामिल सभी चरणों के बारे में विस्तार से बताते हैं।

आदेश पीसीबी और घटकों

सर्किट बोर्ड के डिज़ाइन और डिज़ाइन को संतोषजनक स्तर पर लाने के बाद, मैंने ऑर्डर का एक गुच्छा रखना शुरू किया:

1. सामग्री की सूची से सभी घटक: स्विच, एलईडी, डायोड, माइक्रोकंट्रोलर, आदि। मैं आमतौर पर DigiKey पर इन चीजों का आदेश देता हूं।
   
2. सर्किट बोर्ड ही। काफी सारी सेवाएं आपको सस्ते में एक प्रोटोटाइप बनाने के लिए तैयार हैं। मुझे ओशपार्क और जेएलसीपीसीबी के साथ उत्कृष्ट अनुभव है। इस परियोजना के लिए, मैंने JLCPCB को इस तरह के आकार के लिए कीमत के कारण चुना, और यह भी कि उन्होंने मुझे एक नीली कोटिंग चुनने की अनुमति दी।
   
3. अन्य सभी विवरण: कवर और सामान। इस परियोजना के लिए, मेरे बहनोई ने लेजर को ऊपरी और निचले कीबोर्ड प्लेटों को 1/4 ”ऐक्रेलिक शीट से काटने में मदद की। शेष हिस्सों के लिए, आप ऑनलाइन लेजर कटिंग और 3 डी प्रिंटिंग सेवाओं का उपयोग कर सकते हैं यदि आपके पास उपकरण तक पहुंच नहीं है।

जिस दिन पैकेज आया वह सबसे अच्छा है:





JLCPCB एक बहुत सस्ती सेवा है। चीन से डीएचएल वितरण के साथ इस डिजाइन की लागत $ 30 से कम थी, और फ़ाइलों को डाउनलोड करने से लेकर पार्सल के आगमन तक की पूरी प्रक्रिया में एक सप्ताह से थोड़ा अधिक समय लगा।

Shurin ने DXSCAD से DXF फाइलें लीं और उन्हें लेजर कटर में फेंक दिया:

अंतिम विधानसभा

सभी विवरण प्राप्त करने के बाद, मैंने असेंबल करना शुरू कर दिया। पहला कदम सर्किट बोर्ड के घटकों को इकट्ठा करना है: बड़े इलेक्ट्रॉनिक घटकों के लिए एक सोल्डरिंग लोहा और छोटे घटकों की सतह के बढ़ते के लिए एक टांका लगाने वाला स्टेशन , जैसे कि एसटीएम 32 माइक्रोकंट्रोलर।

बोर्ड का कुल विधानसभा समय लगभग तीन घंटे था - इसमें से अधिकांश 70 डायोड और स्विच टांका लगा रहा था।

मैंने JTAG डिबगिंग के लिए एक हेडर जोड़ा, जिसके द्वारा मैंने ओपनऑसीडी का उपयोग करके माइक्रोकंट्रोलर फर्मवेयर के लिए JLINK Edu मिनी को कनेक्ट किया ।

फिर यह अंतिम परीक्षण और अंतिम विधानसभा के लिए समय है:







बेटे ने फैसला किया कि यह उसके जानवरों के लिए एक बढ़िया ट्रेन है:

परिणाम

प्रारंभिक विचार से अंतिम विधानसभा तक, इस परियोजना में लगभग तीन महीने लगे। यह काम करने के लिए एक शौक के रूप में बेहद उपयोगी था जो मैं अभी भी काम पर हर दिन उपयोग करता हूं।

सभी प्रोजेक्ट फाइलें GitHub पर प्रकाशित होती हैं , जिसमें फ़र्मवेयर स्रोत, सर्किट बोर्ड, सामग्री की सूची और सीएडी मॉडल शामिल हैं।

पढ़ने के लिए धन्यवाद और हैक का आनंद लें!