キーボード一体型PC型USBキーボードの作り方 ～基礎知識～

１．キーボード一体型PCとは？

キーボードとPC本体が同一筺体で構成されているPC。
広義ではノートPCも該当するといえなくもないが、ここではディスプレイを持たない狭義のキーボード一体型PCを指すものとする。


２．キーボード一体型PCの代表的な製品

あまりに多いため、代表的なものを挙げてみる。

日電:PC-6001/mkII/mkIISR,PC-6601,PC-8001/mkII/mkIISR
富士通：FM-8,FM-7/New7/FM-X
シャープ：X1C,MZ-2200,MZ-700,MZ-1500
日立：BASIC MASTER LEVEL3 MARK5
三菱：MULTI8
東芝：PASOPIA7
トミー：ぴゅう太
ソード：M5
ソニー：SMC-777
バンダイ：RX-78
松下：FS-4600F
コモドール：MAX MACHINE,AMIGA 500
アップル：APPLE II/IIe/IIc


３．キーボードマトリックスについて

キーボードはスイッチの塊である。通常、１６本程度の縦線と８本程度の横線の交差したところにスイッチが設けられている。縦１６横８だと最高１２８キーまで対応できるので、ほとんどのキーボードはこれに収まる。

ただし、BREAKキーやPOWERキーなど特定用途のキーは、マトリックスとは別に独立して結線されていることがある。これらのキーは、マトリックス読み取りとは別に読み取り処理をしなければならない。

では、このキーマトリックスのスキャニングの仕組みは、というと。。。。

①縦線のうち順番に１本だけを5Vや0Vに変化させる。
②横線の値を読み取る。

とまあ、これだけ。ここで注意しなければいけないのは、縦線で0Vと5Vの出力を同時に行ってはいけない、ということだ。

たとえば１５本は５V出力にして、１本は０V出力にすると、大変なことになる。それは、複数のキーを同時に押したときに起きる。おそらくキースキャン用マイコンが壊れる。

これは、電流が複数のスイッチを経て回り込んで、０Vと５Vがショートするからである。

じゃあどうすればいいのか、というと、縦線のうち１本だけ0V、残りはハイインピーダンス（絶縁状態）にすればいいのだ。

横線は、弱プルアップ（大きな抵抗をかませて5Vと接続）の入力モードにしておく。キーが押されているところのみ入力が０Vになり、他はプルアップの影響で５Vになる。


４．キーボードLEDについて

一部のキーボードには、LEDが数個付いている場合がある。このLEDを点灯させるときの注意点は。。。

①適切な値の抵抗をかませること。かませないと、まばゆいくらいに明るく点灯したあと、LEDまたはマイコンまたは両方が破壊される。
②吸い込みで点けるタイプと、吐き出しで点けるタイプの２種類がある。

上記①について、300Ω～4.7KΩかと思うが、暗くて落ち着いた感じが好みなら4.7KΩでいいかも。
上記②について、LEDの＋側が5Vに繋がれているキーボード（吸い込みで点ける）と、LEDの－側が0Vに繋がれているキーボード（吐き出しで点ける）がある。
吸い込みで点ける場合は０Vを出力したときに点灯し、吐き出しで点ける場合は５Vを出力したときに点灯する。

４．余談：thinkpadのキーボードマトリックスについて

縦１６横８に収まっていない。Fnキーや、POWERキーを含めると、縦１８横１０になることがある。FnキーとPOWERキーを除くと収まるのでFnキーとPOWERキーは無視すべし。
無視したくないのなら、特別に読み込むロジックを別途埋め込む必要がある。

トラックポイントは、少々の外部回路を組み込めばPS/2マウスとして使用できる（Thinkpad600など古いマシンを除く。２１世紀の機種なら大丈夫かな？）。
これをキーボードの信号と混ぜてUSBの１本の線で送ることも可能ではあるが、単純ではない。複数の機能を持つこの種のデバイスは複号デバイス（composite device）と呼ばれている。