本帖最后由 Zhao_kar 于 2023-10-31 23:14 编辑
【STM32L476RG】第八节——矩阵键盘+usbhid的配置
闲聊：虽然申请的内容已经做完了，但是这个开发板还有很多功能没有测试，最近在做键盘，买了一个4*4的先测试代码了，硬件还在调试中，之前也确实没用到矩阵键盘，毕竟很多控制的东西我都是拿串口屏或者蓝牙+UI做的，我看好像也没人发矩阵键盘的帖子，这边就简单发一篇一个基础的应用。然后矩阵键盘这个东西其实理论相对比较简单，我就大概解释一下，顺带当成笔记用了。
一、基础理论
矩阵键盘的引入
1、在学单片机的最开始的时候，肯定会学习gpio+开关的控制学习，但是很明显，这种方法，一个开关就要用一个GPIO，相当浪费资源，单片机也不可能有很多的IO口，而光是平时的机械键盘的配列就有75，108什么的，所以有了矩阵键盘这个东西
2、矩阵键盘大概就是这么一个图，随便画的，以2*2为例，为什么叫矩阵，看看图就知道了，如果使用如图的方式去连接，那么以行为H0、H1；列为L0、L1；(H0，L0）为A，为了方便我使用abcd表示四个位置，如图，也就是按下第一个按键时，行列检测到，其实简单来说就是一个按键有两个信息，而主控根据这两个信息判断是哪个按键按下。于是引申第三点（图丑体谅下）
3、一个开关，一般是一边是gnd，一边是单片机的IO，但是矩阵键盘这边连接两个IO，单片机要如何操作呢，其实就是一个轮询过程，比如以H为高电平，L为低电平，若A按下，此时H0监测低电平，其实B按下的话H0也是低电平，则行信息确认，反之，L为高电平，H低电平，A按下，则L0检测低电平，L0为列信息确认，所以判断成功，这是一种，但是实际上方法很多种，各有优劣，这边就不细说了。
其他可能性补充+经典鬼键问题：
1、有一个设计，一个IO，多个开关的操作，这是我在别的板子上面见到的，我觉得很有用，适合于不使用ADC或者低需求的场合，具体为，一个ADC连接多个开关，每个开关的电阻不一样，然后你按下按键的时候，因为不同的电阻，经过后，不同的开关电压是不一样的，然后通过这个去实现adc检测，从而知道哪个开关按下，肯定是要写个代码的，后续我看看在创意大赛里面自己画pcb的时候我自己试试看，或者后续测评我再尝试一下，这只是个思路，我还没有成功过，至于是什么板子我就不打广告了，毕竟一个IO就可以控制多个开关，还是不错的选择。
2、鬼键，这个就是，当按下多个按键时，可能会触发到其他的行列信息，也就是说，其他的按键没有按下却会被判定按下，所以这个时候一般要加二极管，防止信号反向的现象，其实正常的键盘一般都是这样设计的，但是那么多个二极管还是有一点点的麻烦，所以有了以下设计。
3、不做详解，见稚晖君的键盘，他用了74的寄存器电路去做的设计，思路完全不一样，而且避免了鬼键问题，但是这个设计我不建议初学者学习，先乖乖把基础的二极管+矩阵键盘的电路弄好再说，这里面涉及的74芯片的方法是完全不一样的，而且虽然100个二极管麻烦，但是便宜啊，多个74虽然也不算贵，但是性价比懂的都懂，市面厂商怎么选就不用说了。
二、usbhid协议
这个我就不说理论了，这个涉及的东西挺多的，我就讲这一篇报告会用的
1、首先是描述符，这个自己可以百度查，我就防在代码部分了
2、要知道发送的数据格式，8个比他，其中buffer0是几个关键控制，如ctrl和shift等等，然后1是固定0x00，然后2-7，也就是六个按键是可以做到六键无冲的。
3、也就是实际上只需要改描述符改成键盘的，然后使用函数+配置hid协议就行了
4、比如你让buffer2，发送0x04，也就是A，同理，只需要判断不同的值，控制发送端口，让buffer的值不一样，发送的值不同就行。
三、cubemx的实际配置
1、8个gpio，四个输入四个输出
2、输入设置为上拉
3、RCC、SYS略
4、connectivity打开USBdevice
5、middleware里面选择HID，然后其他参数不用改
四、keil的代码
1、usbd_hid.c
//这个是描述符的
_ALIGN_BEGIN static uint8_t HID_MOUSE_ReportDesc[HID_MOUSE_REPORT_DESC_SIZE] __ALIGN_END =
{
0x05,0x01, //USAGE_PAGE (Generic Desktop)
0x09,0x06, //USAGE (Keyboard)
0xA1,0x01, //COLLECTION (Application)
//以下为输入报告描述符，用于中断输入端点
//输入报告描述符2字节，第一个字节各位代表的是控制键，第二个字为0，后面跟6个数组，用于普通按键键码
0x05,0x07, //USAGE_PAGE (Keyboard)
0x19,0xE0, //USAGE_MINIMUM (Keyboard LeftControl)
0x29,0xE7, //USAGE_MAXIMUM (Keyboard Right GUI)
0x15,0x00, //LOGICAL_MINIMUM (0)
0x25,0x01, //LOGICAL_MAXIMUM (1)
0x75,0x01, // REPORT_SIZE (1)
0x95,0x08, // REPORT_COUNT (8)
0x81,0x02, // INPUT (Data,Var,Abs)
0x95,0x01, // REPORT_COUNT (1)
0x75,0x08, // REPORT_SIZE (8)
0x81,0x03, // INPUT (Cnst,Var,Abs)
0x95,0x06, // REPORT_COUNT (6)
0x75,0x08, // REPORT_SIZE (8)
0x15,0x00, // LOGICAL_MINIMUM (0)
0x25,0x65, // LOGICAL_MAXIMUM (101)
0x05,0x07, // USAGE_PAGE (Keyboard)
0x19,0x00, // USAGE_MINIMUM (Reserved (no event indicated))
0x29,0x65, // USAGE_MAXIMUM (Keyboard Application)
0x81,0x00, // INPUT (Data,Ary,Abs)
//输出报告描述符，用于控制键盘灯
//以下为中断输出报告描述符，用于中断输出端点
//第一节字的低5位表示相应的指示灯，高3位为0
0x95,0x05, // REPORT_COUNT (5)
0x75,0x01, // REPORT_SIZE (1)
0x05,0x08, // USAGE_PAGE (LEDs)
0x19,0x01, // USAGE_MINIMUM (Num Lock)
0x29,0x05, // USAGE_MAXIMUM (Kana)
0x91,0x02, // OUTPUT (Data,Var,Abs)
0x95,0x01, // REPORT_COUNT (1)
0x75,0x03, // REPORT_SIZE (3)
0x91,0x03, // OUTPUT (Cnst,Var,Abs)
0xC0 //END_COLLECTION
};
2、把初始的鼠标改成键盘（大概160多行位置，如下，初始配置是鼠标，注释里面说明了键盘是什么样的，更改一下）
USB_DESC_TYPE_INTERFACE,/*bDescriptorType: Interface descriptor type*/
0x00, /*bInterfaceNumber: Number of Interface*/
0x00, /*bAlternateSetting: Alternate setting*/
0x01, /*bNumEndpoints*/
0x03, /*bInterfaceClass: HID*/
0x01, /*bInterfaceSubClass : 1=BOOT, 0=no boot*/
0x01, /*nInterfaceProtocol : 0=none, 1=keyboard, 2=mouse*/
3、然后h文件里面要改一下，原先是四字节，改成8，如下，还有74改成63
#define HID_EPIN_SIZE 0x08U
#define HID_MOUSE_REPORT_DESC_SIZE 63U
4、编写矩阵键盘的扫描函数
uint8_t Key_Scan(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
/*前4个端口输出低电平*/
//输入是PA2，3，8，10
//输出是PB3，4，5，10
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_10, GPIO_PIN_RESET);
//PA是L列，也就是竖着的
//前4个端口推挽输出，列配置为推挽输出
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_10;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
//PB的3，4，5，10是H行，也就是横着的
//后4个端口上拉输入，行配置为上拉输入
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_10;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
HAL_Delay(10);
//后四个端口作为行，也就是第一行，此时PB3，后续以此类推
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_3)==GPIO_PIN_RESET)//读取第1行
{
/*后4个端口输出低电平*/
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_10, GPIO_PIN_RESET);
//后4个端口推挽输出
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
//前4个端口上拉输入
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_10;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
HAL_Delay(10);
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_2)==GPIO_PIN_RESET)return 1;//此时列引脚，对应一行的1、2、3、4列
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_3)==GPIO_PIN_RESET)return 2;//所以返回四个值
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_8)==GPIO_PIN_RESET)return 3;
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_10)==GPIO_PIN_RESET)return 4;
}
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_4)==GPIO_PIN_RESET)//读取第2行
{
/*后4个端口输出低电平*/
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_10, GPIO_PIN_RESET);
//后4个端口推挽输出
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
//前4个端口上拉输入
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_10;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
HAL_Delay(10);
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_2)==GPIO_PIN_RESET)return 5;
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_3)==GPIO_PIN_RESET)return 6;
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_8)==GPIO_PIN_RESET)return 7;
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_10)==GPIO_PIN_RESET)return 8;
}
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_5)==GPIO_PIN_RESET)//读取第3行
{
/*后4个端口输出低电平*/
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_10, GPIO_PIN_RESET);
//后4个端口推挽输出
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
//前4个端口上拉输入
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_10;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
HAL_Delay(10);
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_2)==GPIO_PIN_RESET)return 9;
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_3)==GPIO_PIN_RESET)return 10;
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_8)==GPIO_PIN_RESET)return 11;
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_10)==GPIO_PIN_RESET)return 12;
}
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_10)==GPIO_PIN_RESET)//读取第4行
{
/*后4个端口输出低电平*/
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_10, GPIO_PIN_RESET);
//后4个端口推挽输出
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
//前4个端口上拉输入
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_10;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
HAL_Delay(10);
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_2)==GPIO_PIN_RESET)return 13;
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_3)==GPIO_PIN_RESET)return 14;
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_8)==GPIO_PIN_RESET)return 15;
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_10)==GPIO_PIN_RESET)return 16;
}
return 0;
}
5、串口调试函数+键盘发送函数
备注：我本来做着做着，代码写完后，突然想到了一个很尴尬的东西，这个板子好像没办法连接USB，怎么说呢，就是usb是连接stlink的那个mcu的，但是我们控制的主控是l476的，然后我看了看说明手册，JP1是控制电压电流的，然后CN2两个是stlink的下载选择，CN3就是直接的串口，然后没有可以拉出来的引脚，可能我看漏了，如果有问题，希望大家可以纠错。
所以这里代码放在这，我在别的板子上面测试过了，是可行的，然后这个的展示没办法，只能通过串口接收矩阵键盘的值调试了，代码如下
key_val = Key_Scan();
if(key_val == 1)
{
printf("01");
buffer[2] = 0x04;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay(15);
buffer[2] = 0x00;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay (500);
}
if(key_val == 2)
{
printf("02");
buffer[2] = 0x05;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay(15);
buffer[2] = 0x00;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay (500);
}
if(key_val == 3)
{
printf("03");
buffer[2] = 0x06;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay(15);
buffer[2] = 0x00;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay (500);
}
if(key_val == 4)
{
printf("04");
buffer[2] = 0x07;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay(15);
buffer[2] = 0x00;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay (500);
}
if(key_val == 5)
{
printf("05");
buffer[2] = 0x08;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay(15);
buffer[2] = 0x00;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay (500);
}
if(key_val == 6)
{
printf("06");
buffer[2] = 0x09;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay(15);
buffer[2] = 0x00;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay (500);
}
if(key_val == 7)
{
printf("07");
buffer[2] = 0x0A;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay(15);
buffer[2] = 0x00;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay (500);
}
if(key_val == 8)
{
printf("08");
buffer[2] = 0x0B;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay(15);
buffer[2] = 0x00;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay (500);
}
if(key_val == 9)
{
printf("09");
buffer[2] = 0x0C;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay(15);
buffer[2] = 0x00;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay (500);
}
if(key_val == 10)
{
printf("10");
buffer[2] = 0x0D;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay(15);
buffer[2] = 0x00;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay (500);
}
if(key_val == 11)
{
printf("11");
buffer[2] = 0x0E;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay(15);
buffer[2] = 0x00;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay (500);
}
if(key_val == 12)
{
printf("12");
buffer[2] = 0x0F;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay(15);
buffer[2] = 0x00;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay (500);
}
if(key_val == 13)
{
printf("13");
buffer[2] = 0x10;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay(15);
buffer[2] = 0x00;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay (500);
}
if(key_val == 14)
{
printf("14");
buffer[2] = 0x11;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay(15);
buffer[2] = 0x00;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay (500);
}
if(key_val == 15)
{
printf("15");
buffer[2] = 0x12;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay(15);
buffer[2] = 0x00;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay (500);
}
if(key_val == 16)
{
printf("16");
buffer[2] = 0x13;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay(15);
buffer[2] = 0x00;
USBD_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,buffer,8);
HAL_Delay (500);
}
6、初始的声明和定义别忘了
/* USER CODE BEGIN PV */
extern USBD_HandleTypeDef hUsbDeviceFS;
/* USER CODE END PV */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
uint8_t Key_Scan(void);
/* USER CODE END PFP */
/* USER CODE BEGIN Init */
uint8_t key_val;
/* USER CODE END Init */
/* USER CODE BEGIN 2 */
printf("begin test");
uint8_t buffer[8] = {0x00,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x00,0x00,0x00};
/* USER CODE END 2 */
//别忘记stdio，串口函数+勾选micro
五、实际测试
1、前面说了，usb搞不了，但是矩阵键盘的串口返回值还是可以的，我换一个板子，上面的usb拉出来了，可以测试，看第二个视频
video1
video2
2、补充
没什么总结的，adc、dac我看很多人做了，我就不写了，这个做一个矩阵键盘顺带加一个hid，难绷的是发现这个板子有点不太行，硬件有一点点的问题，然后换成别的板子了，其实理论是一样的，硬件上完全可以画一个转接板，然后上面有一个usb口，再把PA11、12这两个口接到上面，然后画一个usb口的电路，这个usb电路也有可以讲的东西，这里篇幅有限不展开，建议抄抄别人的usb电路就懂了，放一张图就知道了
提升卡
变色卡
千斤顶
1/8 
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