キーボード一体型PC型USBキーボードの作り方 ～準備～

１．必要なもの

①C18コンパイラ
②MCHPFSUSB Framework2.5a（他のバージョンではダメ）
③keyboard.zip
④部品一式


２．Ｃ１８コンパイラのインストールについての注意

入手方法やインストール方法は、あちこちに書いてあるのでここでは述べません。
注意点はただ１点。デフォルトインストールすること。
フォルダーなどをデフォルトから少しでも変更すると、フレームワークは使えません。


３．フレームワークのインストールについての注意

入手方法やインストール方法は、あちこちに書いてあるのでここでは述べません。
注意点はただ１点。デフォルトインストールすること。
フォルダーなどをデフォルトから少しでも変更すると、フレームワークは使えません。
フレームワークをインストールしたあと、keyboardデモがビルドできるか確認してください。
C:\Microchip Solutions\USB Device - HID - Keyboardにあります。
ビルドできないことはないと思うのですが、できない場合はできるようになるまでがんばってください。


４．keyboard.zipのインストールについての注意

すでにこの情報を見ている人なら、入手方法はすぐにわかるはずです。どこかに置いてありますので、探してください。
インストールする方法については、
①解凍する
②USB Device - HID - Keyboard2フォルダーをC:\Microchip Solutionsにコピーする

おわり。


５．部品一式










程よい大きさのユニバーサル基板
ジャンパピン（１Ｘ２ピンヘッダ）
ジャンパピン短絡コネクタ
ＰＩＣ１８Ｆ４５５０（ＤＩＰ）※HID bootloader（改）書込済
４０ピンＩＣソケット
２０ＭＨｚセラロック
２Ｘ２ピンヘッダ（Ｌ型）
積セラ104（０．１μＦ）
抵抗４．７ＫΩ～１０ＫΩ：２本（プルアップ用。推奨は４．７ＫΩにしておくが１０ＫΩのほうがエコ的にいいかも）
抵抗３００Ω～４．７ＫΩ：３本（ＬＥＤ電流制限用。暗くていいのなら４．７ＫΩ。赤以外は暗くなりがちなので１KΩのほうがいいかも。）
キーボード接続用ピンヘッダ：適量
ケース内ＵＳＢケーブル（カモンAM-MBみたいなもの。よく見て買わないと間違えます。）
ＵＳＢ延長ケーブル（上記のケーブルが短すぎるとお嘆きの方へ）
ハンダ：少々
線材：それなり

※もちろんHID bootloader（改）書き込み済みＰＩＣは、市販されていません。
ひょっとしたら誰かがオークションで流してくれるかもしれません。
自分で書き込む場合は、PICKit2等が必要です。
※ジャンパピンは、高さを取らないＬ型が理想ですが、無ければ自分で折り曲げてもいいかも。
※プロならパスコンを何個か電源周りに付けるのだろうが、ノイズ対策できないアマチュアは付けない。

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。

単なるHID USB keyboard

マウスが要らない場合は、こっちの方が使いやすいと思う。

ほぼ、MCHPUSBのKeyboard Demoそのままだけど、キーボードマトリックス読み取りやファントムキー対策を埋め込んである。

ちなみにPIDもKeyboard Demo(0x0055)そのまま。

この前のHID Composite device Keyboard + Mouseは、PIDを"USB Device - Composite - HID + MSDデモ"のPID(0x0054)に変えた。バッティングするの気持ち悪いし、HID+MSDやる人なんてほとんど居ないと思うし。

https://blog.cnobi.jp/v1/blog/user/0f56daaba6df0301724d7ee2124f5219/1251637343

BASIC MASTER LEVEL3 MARK5のUSBキーボード化回路

MB-6892のキーボード用です。MB-6890とそっくりのキーボードだが、LEDの数が違うので、配線が違うのかもしれない。

PS/2の入力があるけど、MB-6892だと要らないかな？

ROWは少なめの6本
COLUMNはきっちり16本
BREAKキーは、マトリックス外の配線
LEDは、KANA,HIRA,CAPSの３種類

HID boot-keyboard & mouse on same deviceの件

備忘メモ。。。。

キーマトリックス→USBスキャンコード
#pragma romdata eedata1_scn=0xf00000
ROM unsigned char eedata1_values[0x80] =
{
0x29,0x26,0x12,0x0f,0x37,0xff,0xff,0xff ,0x60,0x5f,0x63,0x5d,0x5a,0xff,0xff,0xff,
0x61,0x2a,0x53,0x5e,0x5b,0xff,0xff,0xff ,0x55,0x89,0x28,0x56,0x57,0xff,0xff,0xff,
0x2c,0x24,0x18,0x0d,0x10,0x3a,0xff,0xff ,0x52,0x21,0x15,0x09,0x19,0x3b,0xff,0xff,
0x35,0x23,0x1c,0x0b,0x11,0x3c,0xff,0xff ,0x50,0x25,0x0c,0x0e,0x36,0x3d,0xff,0xff,
0x51,0x27,0x13,0x33,0x38,0x3e,0xff,0xff ,0x4f,0x2e,0x30,0x32,0x54,0xff,0xff,0xff,
0xe0,0x2d,0x2f,0x34,0x87,0xff,0xff,0xff ,0xe1,0x20,0x62,0x5c,0x59,0xff,0xff,0xff,
0xff,0xff,0x14,0x04,0x1d,0xff,0xff,0xff ,0x39,0x22,0x17,0x0a,0x05,0xff,0xff,0xff,
0x2b,0x1e,0x1a,0x16,0x1b,0xff,0xff,0xff ,0xe2,0x1f,0x08,0x07,0x06,0xff,0xff,0xff
};
#pragma romdata

BREAKキーなどの特殊なキー→USBスキャンコード
// EEPROM Map:Scancode for Option key
#pragma romdata eedata2_scn=0xf00080
ROM unsigned char eedata2_values[0x10] =
{
0x35,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff ,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff
};
#pragma romdata

Fｎキーの定義
Fn押さないときのUSBスキャンコード、押したときのUSBスキャンコードを３２通り登録まで登録する。
// EEPROM Map:HHK like Fn key
#pragma romdata eedata3_scn=0xf00090
ROM unsigned char eedata3_values[0x40] =
{
0x2f,0x52,0x34,0x4f,0x33,0x50,0x38,0x51,0x0F,0x49,0x37,0x4e,0x0e,0x4a,0x36,0x4d,
0x0c,0x46,0x12,0x47,0x13,0x48,0x2a,0x4c,0x2b,0x39,0x30,0x49,0x1e,0x3a,0x1f,0x3b,
0x20,0x3c,0x21,0x3d,0x22,0x3e,0x23,0x3f,0x24,0x40,0x25,0x41,0x26,0x42,0x27,0x43,
0x2d,0x44,0x2e,0x45,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF
};
#pragma romdata

ゴーストキー対策
キーマトリックス上、キーが定義してあるところのビットを立てる。
あと、MSB---LSBをLSB---MSBてな感じに、左右逆転させる。
（ビットの並びは、7 6 5 4 3 2 1 0 といった感じで、左が上位になっているから）
ちょっと難しいかな？
// EEPROM Map:GHOST(Phantom) Key reduction
#pragma romdata eedata4_scn=0xf000D0
ROM unsigned char eedata4_values[0x10] =
{
0b00011111,0b00011111,
0b00011111,0b00011111,
0b00111111,0b00111111,
0b00111111,0b00111111,
0b00111111,0b00011111,
0b00011111,0b00011111,
0b00011111,0b00011111,
0b00011111,0b00011111
};
#pragma romdata

Fnキーを定義。これはキーマトリックスの読み取り値をセットする。
#define FN_KEY         0x68    // HHK like Fn key: 0x68=Caps Lock

これを１にすると、キーマトリックス読み取り値をそのままUSBへ出力する（開発用）
#define KMX_MONITOR    0       // 0...Operation  1...Matrix Monitor

FM-7のように、Nキーロールオーバーなキーボートのときは０をセットする。
#define GHOST_KEY_REDUCTION 1  // 0...Disabled   1...Enabled

    // Unusable Port:A6,A7,C3,C4,C5,E3
    // Column 00-05: A0-A5
    // Column 06-07: C6-C7
    // Column 08-09: E0-E1
    // Column 10-15: B2-B7
    // NumLk  LED  :C0
    // CapsLk LED  :C1
    // ScrLk  LED  :C2
    // Option      :E2
    // PS/2 CLK    :B0
    // PS/2 DATA   :B1


これがそのファイル（プロジェクト）
file.typematic.blog.shinobi.jp/composite.zip

別途MCHPFSUSB Framework2.5aが必要。これよりあたらしいと、うまくいかないかも。
Microchipは、フレームワークがバージョンアップすると古いフレームワークをダウンロード不可にしてしまうので、要注意。しかも、各フレームワークのバージョン間で互換性は無い。古いフレームワークで開発していたソースは、新しいフレームワークではまったく動かない。どうにかしてくれ～。