CH552 USB HID键盘

客制化键盘制作V1——CH552工程

目前正在客制化一个小键盘，计划8月中旬在咸鱼上售卖，功能包括：

1. 蓝牙有线双模，蓝牙
   5.0（nrf52810），低功耗模式
2. 按键+旋钮
3. 自定义按键，可设置组合键和多媒体键，专用软件设置
4. WS2812灯效
   看到很多人有私信问我，目前我做的是CH583蓝牙双模键盘（半成品，已无限期搁置），已经完成的有CH552G旋钮键盘和CH579的数字键盘，可以去我的网站 www.diypad.top 找找思路哦。

一、CH552简介

CH552是一款包含USB功能的单片机，还包含多个外设，如ADC、PWM、串口、SPI等，可以通过USB外设实现HID键盘和模仿CH340进行串口通信。
CH552输入可以5.0V，无需外部晶振即可工作，使用5.0V电压时，仅需要2个退耦电容。

二、CH552与蓝牙芯片通信

通信可以使用串口、SPI以及其它方法，为方便通信，本次只计划使用串口进行通信。通信波特率选择115200，在这个频率下，可以实现接近1000Hz的通信次数。
当然也可以选择更高的波特率，但是网上资料显示，更高的波特率可能会出现错误。

三、CH552的功能及方案

1. 功能介绍

由于键盘的其它功能都是由蓝牙芯片NRF52810实现，因此仅在有线模式和自定义按键设置时需要该芯片。

有线模式：识别为HID键盘，接收串口的数据，并使用USB发送出去。需要对串口的数据进行校验，发送或接收错误时会串口返回错误码。
自定义按键设置模式：识别为CH340芯片，与电脑进行虚拟串口通信，原封不动地将数据通过串口与蓝牙芯片交换。

2. 方案

模式变化：以上两种模式通过一个外部引脚（检测引脚）进行控制（实际上是通过拨动开关实现），当该引脚为高阻态时进入有线模式，为高电平时进入 自定义按键模式。
识别：当CH552上电时，设置检测引脚为高电平，再为低电平，然后检测引脚状态。注意检测结束后要及时将引脚转换为高电平。实际上，CH552并没有输入模式，他检测高低电平的原理是利用高电平无驱动能力试下的，即将单片机引脚设置为高电平，虽然电压检测引脚是高电平，但实际上是没有向外部输出电流的能力的，如果直接将该引脚接地，也不会有电流输出，但引脚读取的时候，就会读取到低电平。但引脚有灌入电流，当引脚设置为低电平的时候，接高电平的时候电流会有45mA的样子，虽然正常使用，但一段时间后芯片确实有点发热。（由于电路设计不合理，只能暂时这样操作）。

3. 串口数据校验

在有线模式下，需要接收来自蓝牙芯片的串口数据，为了防止数据错误和不同数据类型识别，需要对数据进行封装。封装包括：起始位，数据，校验位和截至位。

起始位A：检测为普通数据，数据位共7Bytes，校验位和截至位没问题时直接发送该7Bytes数据。
起始位B：检测为媒体数据，数据为4Bytes，校验位和截至位没问题时直接发送；但发送前需要检测上一次普通数据是否清零，未清零需要先发送清零的普通数据再发送多媒体数据。
失败：校验位失败则串口返回失败码ERROR。

4. 流程

1. 上电，检测引脚检测，根据情况配置不同USB模式

5. 已完成代码

1. 通过引脚判断模式
2. 通过不同的描述符，配置USB为HID设备或CH340设备
3. HID设备时，接收串口数据，进行校验后发送出去，包括普通按键和多媒体按键，不做任何处理。
4. CH340设备实现串口通信一直失败，无法实现单片机与蓝牙模块的串口通信，后来通过官方其它例程，才发现是串口中断没有打开，就很离谱。还以为是HID例程中的函数导致的串口中断问题。

四、CH552单芯片版本（有线单模）

蓝牙键盘焊接后，出现了各种问题，包括整体功耗大，自己焊接的陶瓷天线信号微弱等，由于博主目前无太多精力解决上述问题，因此打算转向单模有线版本。
芯片仍然使用CH552，这是目前了解到的最便宜的带USB功能的芯片了。并没有采用qmk，以及其推荐芯片ATMega型号，打算自己从0开始编写。
以下为最新的键盘情况：旋钮控制音量和播放暂停；按键控制上下曲，以及某些软件的快捷键。

1. 按键读取、EC11旋钮读取

1. 按键读取方式为间隔2ms读取一次引脚，当连续5次为低电平时，定义该引脚按下。EC11旋钮则引脚A为连续两次为低电平时，读取B引脚，如果为高电平为逆时针选择，否则为顺时钟旋转。
2. 上述的连续几次读取是软件滤波，可以去除按键抖动的情况，实际体验并没有出现延迟的情况。但旋钮在旋转很快的时候，会出现读取错误，会被认为逆时针和顺时针交替，但一般旋转不影响。

2. CH552 ws2812实现

1. 虽然ch552拥有PWM，之前使用过STM32和NRF52芯片，均使用PWM+DMA的方式驱动WS2812。但是考虑到CH552性能不佳，还是直接通过操作引脚实现，通过nop进行操作，当系统频率为24MHZ时，每个nop的时间差不多为65us，按照WS2812手册进行编写即可。
2. 但发现ws2812显示会出现错误数据的情况，排查后发现是上面按键读取中的2ms中断导致的：程序中有一个2ms的定时器中断，用于指示按键读取一次，虽然在中断中只进行了3次赋值操作，但影响很大。解决方法为，在WS2812操作前关闭定时器中断，完成后打开定时器中断，由于WS2812操作，因此不影响。以下查看键盘最新图片：

3. 键鼠多媒体键盘

1. 一个好的键盘，不仅能够实现普通键盘的功能，还应该集合鼠标、多媒体按键的功能，实现键鼠多媒体按键。另外，传统的HID键盘，由于其报告描述符限制，只能实现6键无冲。
2. 解决方法：增加设备接口数量，第一个接口为键鼠合集，第二个接口为多媒体按键；或者键鼠多媒体都使用一个接口，使用一个报告描述符。
3. 测试结果：成功实现键盘、鼠标、多媒体按键功能为一体，并且解决无冲键数量只有6的限制。具体操作为主页中的另一篇博客，但我隐藏了，看情况公开。

4. 自定义按键存取问题

1. 按键要自定义，首先要保证自定义的数据能够断电存储，但是CH552不像stm32等“高端芯片”那样，可以直接读取内部的flash，有个网友是说CH552利用的是iflash，存取次数只有200次，所以芯片才这么便宜。具体是不是200次，我等之后不断烧录代码测试下。
2. 添加外部flash或eeprom是一个方法，选择eeprom，价格更加便宜，但是引来另一个问题，即CH552引脚不够。虽然考虑过使用按键扫描芯片，但其只能检测单按键；或移位寄存器，但需要添加二极管防止引脚同时按下的短路。采用矩阵按键，也需要添加按键，电路也更加复杂，放弃。
3. 解决方法：按键选两个引脚出来，连接到eeprom中。因为存取数据的次数不多，只需要保证这个过程中，没按键按下即可。当然，写入的数据需要校验码验证，防止意外的错误。

5. 在线实时修改参数

1. 一个好的客制化键盘，需要能够用户自己修改按键的值以及其他参数，如WS2812灯效等。不能让用户重新烧录，一方面麻烦，另一方面也透露了自己的代码（虽然之后我会开源代码）。
2. 开始思考的方法是键盘通电时选择模式为HID模式，或模仿为ch340串口芯片，当为串口模式时，用户可以通过串口给单片机传输数据。这个已经实现了，但是发现过于占用CH552为数不多的资源，也比较麻烦。
3. 在看到键鼠多媒体键盘的实现思路之后，想到一个方法：即再加入一个接口，多一个用户自定义的HID设备，通过这个HID设备进行数据通信。目前已经完成了该接口的数据收发，对键盘的LED灯进行实时修改，但仍有一个小问题，出现了数组内存移位的问题，需要之后验证。但该方法就需要上位机访问到该设备，相比于串口通信，需要的步骤更为复杂，也更为底层，因此需要使用到C++语言进行编写。博主C++本来就不佳，上次写C++应用程序还是3年前的大学一门课上。原来python早已封装好了库，使用pywinusb即可。
4. 之前测试发送单片机接收sub数据正常，但是发送数据出现数据移位的问题，开始还不知道为什么，原来是启动数据的发送和接收，那么单片机端的数据发送存放的buf地址，需要在接收buf地址之后，两个buf并不是互用的。因此发送的时候，需要将待发送buf加上最大地址长度，即可试下正常的数据收发。