花50元，做了个小键盘！分析了代码之后，发现原理其实很简单

摘要：本文的目的，就在于通过【说明&分析】其功能+软硬件原理，提供一个尽可能达到“保姆级”的教程。当然，如果你有一定的开发板应用基础，甚至你还可以在此基础上进行“魔改”！

事情是这样的，为了方便学生能低成本【学习】【入门】开发板的应用，我做了一个简易的小键盘。

在制作过程中，我发现其实键盘的原理也可以很好懂，人人都可以参考一个完整的开源文档，尝试自己DIY一个键盘。

本文的目的，就在于通过【说明&分析】其功能+软硬件原理，提供一个尽可能达到“保姆级”的教程。当然，如果你有一定的开发板应用基础，甚至你还可以在此基础上进行“魔改”！

一定很有趣！我已经迫不及待了！保姆级教程下滑查看！

提前说明：该键盘的成本可以压缩到50元，且已经全开源！

手搓了一个小键盘！

当你需要算一算618折扣的时候，它又可以摇身一变……秒变计算器！

可能你要说，哎呀~我不喜欢绿光~我今天的心情是红色~可以的！因为它还……支持调光！

那么问题就来了！

这些功能之间如何切换？

——键盘可根据连接的设备自动切换功能！

原理图

PCB图

BOM表

可直接参考BOM放置器件哦！

①硬件参数说明

主控：使用立创·ColorEasyPico2 RP2350开发板，这里只引出了用到的几个接口，你可以根据需求引出需要的IO屏幕：SSD1306驱动0.91寸LCD 4Pin接口屏幕旋钮：EC11旋钮，为方便焊接，没有加入硬件防抖，全部通过软件处理抖动，降低焊接难度及成本热插拔轴座：使用支持热插拔的轴座，可自行配置你喜欢的键盘轴体RGB灯组：设计了16个RGB组成的矩阵为一组RGB，EC11右侧的独立按键为另外一组RGB，当然你也可以全部串联到一起节省一个IO口

②供电电路设计说明

依照WS2812的数据手册要求，供电电压在3.5-5V电压之间。开发板上为3.3V和5V电压，为确保稳定性这里选择了5V供电。

但，依照WS2812数据手册中对信号电压的要求是+0.5VDD到-0.23VDD，而pico2开发板原理图中IO电压为3.3V，理论上还要增加一个电平转换电路。

不过在实际测试中WS2812的信号电压在2.4V以上时就被判断为1了，也就是说，逻辑判断电压实际和VDD电压影响不大，所以为了简化电路降低成本，选择不做电平转换直接连接。

二、软件设计

本章主要分享——键盘、计算器、调光等功能是如何实现的？并附上源码。

①设计说明

RP2350具有双核Arm Cortex-M33核心和双核RISC-V Hazard3核心，可自由选择gcc编译，在这个项目中我们提供的两种固件，分别是：

Arm Cortex-M33 300Mhz超频固件RISC-V Hazard3 默频固件

开发环境

软件环境：VSCode+PlatformIO开发语言：C/C++

关于USB HID协议

在本项目中我们主要使用的是USB HID协议，在开发之前建议先认真阅读USB组织提供的USB HID协议文档

通过以下库完成本项目开发

TinyUSB Library：用于USB协议收发NeoPixel：用于RGB驱动GFX Library：用于图形绘制SSD1306：用于屏幕驱动

通过以下函数完成小键盘逻辑处理

uint32_t Wheel(byte WheelPos) ：彩虹色轮生成函数void effectRAINBOW：彩虹灯效void effectMarquee：跑马灯效void runLEDEffect：灯效调用void handleEncoderRotation：EC11旋钮逻辑判断float evaluateExpression(String expr)：计算器逻辑处理

②色轮生成函数

先将整个255色环被均分为三个区段：红->蓝（0-84） 2. 蓝->绿（85-169） 3. 绿->红（170-255）每个区段通过两个颜色分量的线性变化实现平滑过渡使用255色阶（3*85=255）确保颜色变化连贯无断层uint32_t Wheel(byte WheelPos) {// 反转输入值，使颜色轮逆向旋转（255为起点，0为终点）WheelPos = 255 - WheelPos;/* 第一阶段：红色 -> 蓝色渐变（当WheelPos在0-84范围时）if (WheelPos 绿色渐变（当WheelPos在85-169范围时）if (WheelPos 红色渐变（当WheelPos在170-255范围时）WheelPos -= 170; return strip.Color( WheelPos * 3, 255 - WheelPos * 3, 0 );}

③灯效显示

这里直接用NeoPixel的setPixelColor函数指定RGB并显示就好了

void effectRainbow：彩虹渐变灯效void effectMarquee：红绿蓝跑马灯灯效void runLEDEffect：灯效模式调用函数void effectRainbow{static uint8_t offset = 0;for (int i = 0; i 200){ effectTimer = millis; strip.clear; strip.setPixelColor(marqueePosition, 0xFF0000); // 红色光点 strip.setPixelColor((marqueePosition + 4) % NUM_LEDS, 0x00FF00); // 绿色跟随 strip.setPixelColor((marqueePosition + 8) % NUM_LEDS, 0x0000FF); // 蓝色跟随 strip.show; marqueePosition = (marqueePosition + 1) % NUM_LEDS;}}// 灯效模式调用void runLEDEffect{switch (ledMode){case MODE_RAINBOW: effectRainbow; break;case MODE_MARQUEE: effectMarquee; break;}}

④EC11旋钮逻辑判断

在旋钮逻辑判断函数里，这里对旋钮旋转方向的判断是通过EC11的CLK和DT两条信号线判断，这里我们可以先看一下旋钮旋转时的时序图

把这两个引脚状态合并成二进制来看，也就是说00 -> 01 -> 11 -> 10 -> 00为顺时针旋转，00 -> 10 -> 11 -> 01 -> 00为逆时针旋转，通过两两之间的变化就可以知道EC11旋钮是顺时针旋转还是逆时针旋转了

void handleEncoderRotation{// 静态变量保存前次状态（CLK和DT的组合状态）static uint8_t lastState = 0; // 存储上一次的引脚组合状态（2位二进制）static unsigned long lastTime = 0; // 存储上次状态变化的时间戳（防抖用）const unsigned long debounceDelay = 5; // 消抖时间阈值（单位：毫秒）// 读取当前编码器状态（将两个引脚状态合并为2位二进制数）// 格式：高1位是CLK引脚状态，低1位是DT引脚状态uint8_t state = (digitalRead(EC11_CLK) debounceDelay)){ /* 顺时针旋转状态序列检测（EC11编码器四步变化规律）： * 00 -> 01 -> 11 -> 10 -> 00 * 当检测到以下任一有效转换时判定为顺时针旋转：*/ if ((lastState == 0b00 && state == 0b01) || (lastState == 0b01 && state == 0b11) || (lastState == 0b11 && state == 0b10) || (lastState == 0b10 && state == 0b00)) { // 顺时针旋转：降低目标亮度（需确保不低于最小值） targetBrightness = (targetBrightness - BRIGHTNESS_STEP); } /* 逆时针旋转状态序列检测（反向四步变化规律）： * 00 -> 10 -> 11 -> 01 -> 00 * 当检测到以下任一有效转换时判定为逆时针旋转：*/ else if ( (lastState == 0b00 && state == 0b10) || (lastState == 0b10 && state == 0b11) || (lastState == 0b11 && state == 0b01) || (lastState == 0b01 && state == 0b00)) { // 逆时针旋转：增加目标亮度（需确保不超过最大值） targetBrightness = (targetBrightness + BRIGHTNESS_STEP); } // 更新状态变化时间戳 lastTime = millis; // 保存当前状态用于下次比较 lastState = state;}}

⑤计算器逻辑

计算器这里则是通过按键拼接字符串，然后再解析字符串计算实现的，这里的函数主要是解析字符串

if (isdigit(c) || c == '.' || (c == '-' && newNum))：数字解析，解析正负数及小数else if (!newNum)：运算符处理，解析加减乘除if (c == '+' || c == '-')：运算符类型判断，确保先乘除后加减if (numStr.length > 0)：处理表达式末尾未被运算符触发的剩余数字float evaluateExpression(String expr){expr.replace(" ", ""); // 移除所有空格，确保表达式紧凑float result = 0; // 最终计算结果float currentTerm = 0; // 当前处理的运算项（用于处理乘除优先级）char op = '+'; // 当前运算符（初始化为+）String numStr; // 临时存储数字字符串（支持多位数和小数）bool newNum = true; // 标志位，表示是否开始新数字输入// 逐字符解析表达式for (int i = 0; i 0){ float num = numStr.toFloat; switch (op) // 根据最后的运算符处理 { case '+': currentTerm = num; break; case '-': currentTerm = -num; break; case 'x': currentTerm *= num; break; case '/': if (num == 0) return NAN; currentTerm /= num; break; }}result += currentTerm; // 将最后的当前项加入结果return result; // 返回最终计算结果}

项目采用的是三段式结构，由前盖、PCB主板、后盖构成。