【报名阶段需要填写的内容】

1. 参赛者姓名（必填项）：金鹏

2. 单位或学校名称（必填项）：华中数控

3. 当前职务或职称（必填项）：嵌入式设计

4. 参赛作品的名字（必填项）：基于STM32-AD方案的USB键盘

5. 简要陈述您的idea和作品（必填项）：不同于一般键盘的实现方式，本方案采用STM32F070的AD采样，理论上最少仅需AD的一个通道（即1个IO）即可实现对键盘单个按键、

                         组合按键的识别，并通过STM32F070自带的USB控制器，做USB从站，使电脑能够识别USB键盘设备。本方案实现方式新颖、关键器件少、成本低。

6. 拟用到的立创商城在售物料（必填项）：C86951  STM32F070F6P6

                                                           C86951   XC6210B332MR

                                                           C91146   MicroUSB连接器  

7. 拟用到的非立创商城物料或其它补充（必填项）：若干精密电阻、按键

【作品正式发表（报名成功后进入设计阶段）需要填写的内容】

一、作品简介

例如，可以包括但不局限于以下内容：

1.作品的整机外观图片或焊接组装好的PCBA图片；

PCB：

PCBA，正面已焊接轴体、LED，并安装上按键帽：

红轴轴体特写：

上电时整体效果：

2.作品的研究背景、目的和功能、市场应用前景；

 研究背景：一般的应用中AD是来采样电压值，例如对电池电量的监控，对于12位AD，能最小分辨出0.8mV左右的电压变化，如使用电阻分压获得不同的电压值，再对应不同的按键，

        那么使用AD采样且最少用1个通道就能做出键盘。市面最精简的按键为61按键，本作品参照61按键来做，留出了很大的余量空间，理论上做出标准104键盘完全没有问题。

        而且STM32F070带USB控制器，满足做USB设备的条件。

 目的和功能：做出与标准键盘相同功能的AD键盘，使用STM32F070的AD采样电压值，内部建立电压值和按键键值的对应表、各种判断和控制，并使用STM32F070自带的USB控制器，

         实现一个标准的USB HID设备，即可完成AD USB键盘。

 市场应用前景：最少使用1个MCU+若干阻容+1个LDO+1个MicroUSB插座即可完成功能，硬件成本低且电路简单，MCU的1根线（AD的1路通道）即可完成对所有按键的键值采样（即电压采样），
          在成本和控制方式上有很大的优势和创新。

3.作品在创新性、趣味性、实用性甚至公益性方面，有哪些亮点可体现？

  创新、趣味、实用性方面：1）MCU的一根线即可完成对所有按键的键值采样，是有别于传统按键处理方式的一种创新。

                  2）本方案采用机械键盘的轴体来做，在按键手感上大大优于一般的轻触按键或薄膜按键；轴体上加了LED灯，使按键有背光，不仅在光线暗的情况下不影响打字，

                    而且方便DIY爱好者自己动手更换轴体、RGB彩灯、按键帽，使键盘用起来更炫酷；

                  3）定义了背光模式切换按键，可以切换背光开关或是RGB背光颜色，兼容性设计上可实现呼吸灯，MCU的一路PWM接到了LED，控制背光亮度，让键盘灵动起来。

  公益性上：1）在青茶红黑四个常用轴体中中采用红轴的设计，考虑到红轴的直上直下、按下力度较小、无声，长时间打字手不会累，而且不会吵到其他人。

         2）采用最小的61键设计，整体尺寸很迷你，适合随身携带。

二、系统构架图

三、硬件部分的描述

1.原理图、PCB：见附件ad_keyboard_V0_1.rar

 备注：原理图有更正过，但PCB没有重新投板更正，实际电路飞线暂时解决。图纸仅供参考，不保证全部正确。

2.实现原理、系统的工作过程：

 1）STM32的AD的其中一个通道（1个IO）串行连接了每个按键处的分压电阻，每个按键对应唯一一个单独的分压值，当没有任何按键按下时，AD采样的值为0，当有任意按键按下时，

 便接通了采样电阻到+3.3V的通路，AD线上即采得某个固定的电压值（实际是一个很小范围内的电压值）。

 2）按照事先建立好每个按键对应的电压值，并对应到键值，当按键按下时，便识别到是某一个按键，并在定时器中开启检测，判断是短按键还是长按键或是无效按键。

 3）检测到有效按键后，通过USB将键值发送到PC，在PC端打开的记事本上，即显示之前按键的按键值。

 4）上电默认背光开启，可通过指定的轻触按键关闭。

四、材料清单（BOM列表)

  用到的立创商城的物料：STM32F070F6P6     http://www.szlcsc.com/product/details_88128.html

                micro usb连接器    http://www.szlcsc.com/product/details_92335.html

                 micro usb线缆    http://www.szlcsc.com/product/details_94745.html

                轻触开关        http://www.szlcsc.com/product/details_3838.html

                USB转TTL模块     http://www.szlcsc.com/product/details_92502.html

五、软件部分的描述（选填）

 软件主要分为两个部分：

 1）AD采样、建立电压值和键值的对应关系、长短按键判断和处理、IO信号处理等

 2）USB HID设备初始化、各类描述符的建立、键值发送等

   备注：1）一定要下载对应MCU的ST官方最新HAL LIB固件库。

            2）USB HID协议是重点，可参考圈圈的USB书籍及一些开发板的USB例程。

            3）按键键值对应的十六进制值，请查询USB HID设备文挡

            4）代码不完善还有BUG，只对主要部分做说明，仅供参考。

      MAIN函数：

#include "config.h"

/**
  * @brief  Main program
  * @param  None
  * @retval None
  */
int main(void)
{
	/* STM32F0xx HAL library initialization*/
	HAL_Init();

	/* Configure the system clock to have a system clock = 48 Mhz */
	SystemClock_Config();
	/* Hardware Initialization */
	LED_BL_IO_Init();	
	KEY_Init();	
	USART2_Init(115200);	
	TIMER3_Init(99, 4799);	
	ADC_Init();
	USB_Device_Init();

	/* Infinite loop */
	while(1)
	{	
		USB_Keyboard_Process();
	}
}

      USB HID设备初始化：

void USB_Device_Init(void)
{	
	/* Init Device Library */
	USBD_Init(&USBD_Device, &HID_Desc, 0);
	
	/* Register the HID class */
	USBD_RegisterClass(&USBD_Device, &USBD_HID);
	
	/* Start Device Process */
	USBD_Start(&USBD_Device);

}

      通过USB发送键值：

......
	if((adc_value) && (USBD_Device.ep0_state == USBD_EP0_IDLE))
	{
		adc_value = Get_Adc_Average(ADC_CHANNEL_0, 1);
		vol = (float)adc_value*(3.3/4096);
		key = KEY_Output(vol);
		
		if(key)
		{
			if( (key_short && key_short_out_once) || key_long)
			{
				USB_Keyboard_Send(key);
                                key_short_out_once = 0;
			}
		}
	}	
	else
	{
		USB_Keyboard_Send(0);
	}
......

六、作品演示

作品仅完成基本功能，还存在一些问题，演示视频如下：https://v.qq.com/x/page/o0538a7j5w3.html

七、总结

  1）AD键盘的优点是成本低、制作简单，理论上1根线即可采集所有按键键值，方便DIY设计。

  2）缺点也是显而易见的，即暂时无法做到无冲突，由于是采用AD采样，每个按键对应1个唯一的电压值，当第一个按键按下后，必须抬起，再按下下一个按键，才能正确识别；

    当然也可以设计采样电阻的阻值是2的n次方，并在表里加入2键、3键甚至更多的组合，但这么做会非常复杂、而且组合越多，采样出来的值越容易被误判，所以考虑到这点，

    对一些需要长按的功能键，例如SHIFT、CTRL等，本方案采用IO处理。

  3）限于本人水平精力有限，STM32 AD键盘仅完成单个按键功能，且上述设计和描述难免有错误或不严谨的地方，请大家见谅。

    对于后续功能完善以及关于AD键盘的缺点，希望有兴趣的朋友可以在我的基础上进行改进升级，或者有更好的想法、方案，跟帖讨论。