時隔四個多月，打破拖更記錄的華為“天才少年”，有著“野生鋼鐵俠”之稱的稚暉君，終于在不久前發布了他的最新項目視頻。在本次視頻中，稚暉君打造了一把模塊化機械鍵盤，并稱其為“很實用的生產力工具”。稚暉君將這把理想鍵盤命名為“瀚文”，由自己從頭設計，并加入了智能交互模塊，不僅可以安裝各種APP，還可以實現指紋解鎖等功能。隨后，這一視頻還被華為官方轉發，并評論“太厲害了！”

01 不滿“客制化”鍵盤，稚暉君選擇自己做

稚暉君表示，此次項目的想法源于幾個月前的居家辦公經歷。對于程序員和打游戲的這一類群體，往往對鍵盤的要求非常高，甚至可以稱為“吃飯的家伙”。正因如此，市場上一部分玩家對于電腦外設的性能和外觀的極致追求，也就催生了一種叫做“客制化”的圈子。但接觸下來，他發現很多“客制化”總是以“換殼為本”，還有很大的進步空間。于是，稚暉君決定自己從零構思，設計一把真正的“客制化”鍵盤。稚暉君認為，無論想做什么樣的新概念鍵盤，首先要保證它打字作用的基本屬性，所以他的第一步是把鍵盤本身的性能做到極致。相較于“客制化”的圈子里一般以工業設計為大頭，軟硬件方面都是采用現成的參考設計和開源固件，稚暉君為了保證能夠有最大程度的開發度自由，于是選擇自己從頭設計電路硬件以及固件代碼。

02?硬件設計三步走

首先從硬件來說，鍵盤的原理其實很簡單，每個鍵軸就是一個獨立的開關，按下導通為0，彈起斷開為1，通過控制器芯片檢測按鍵的高低電平就可以知道按鍵是否被按下。雖然聽起來很簡單，然而稚暉君表示，真實的情況卻有點復雜，他在設計中就遇到不少問題：

1. 常規的鍵盤有100個左右的按鍵，如果每個按鍵都接一根導線到MCU的引腳，那么就需要MCU有100多個引腳，這顯然是極其浪費且不太現實的。正因如此，所以市面上的鍵盤基本都使用一種叫做矩陣鍵盤的形式來檢測按鍵。比如說對于4行×4列、共16個按鍵組成的矩陣，單獨連接的話需要16個IO，而矩陣掃描只需要4+4=8個IO。?

2. 如果采用矩陣掃描的方式設計電路，那么由于按鍵之間不再是獨立連接，而是存在一定的耦合，就會出現沒被按下的按鍵也會被觸發的情況，也就是俗稱的“鬼鍵”問題。為了解決這個問題，稚暉君設想在按鍵下面再添加一個二極管，可以有效防止誤觸發的問題。

3. 想要提升鍵盤的手感，PCB設計的時候就要做減震處理，因此需要在PCB鍵軸之間挖出很多長槽。那么矩陣鍵盤和一堆二極管的模式就會使PCB走線變得很麻煩。所以為了從硬件根本上重構鍵盤掃描電路，稚暉君設計了一個相當完美的方案，那就是使用移位寄存器來實現按鍵掃描。他使用1×n的矩陣，即基于移位寄存器的并行輸入轉串行輸出功能，把每個按鍵都看作寄存器的一位，這樣每加載一個時鐘信號都可以依次讀出每個按鍵的狀態。基于這個方案，稚暉君的設計就有了以下優勢： 極其節省IO。不管掃描多少按鍵都只需要一根數據線、一根時鐘線以及一根鎖存線、3個IO。 掃描速度極快。74HC165系列芯片的最高時鐘速度超過50MHz，也就是理論上每秒能掃描5千萬個按鍵。由于用不了那么高，稚暉君在實際使用中通過硬件SPI接口模擬時序，掃描頻率為4MHz。 電路極其簡單。減去了所有二極管。

? 03 固件設計，性能拉滿

鍵盤硬件問題解決了，下面就來到了固件。目前市面上絕大多數的客制化鍵盤都是使用像QMK、ZMK這樣的開源固件，但它們往往為了適配大量的鍵盤型號，導致存在代碼臃腫、性能優化不足、擴展性不太好等問題。因此，基于高性能的ARM主控，稚暉君自己開發了一套鍵盤固件，基本上把全速HID設備的性能都拉到了頂。他在固件中實現了HID設備枚舉、1kHz的硬實時報文以及1ms的超低延遲。超高刷新率的全按鍵獨立RGB燈控制，支持NKRO也就是所謂的全鍵無沖；添加每個按鍵獨立的濾波算法，支持Bootloader更新固件，支持多層鍵位映射配置。此外，設計中還有很多的時間細節，稚暉君表示稍晚會將固件代碼開源，感興趣的小伙伴可以前去倉庫閱讀源碼。地址：https://github.com/peng-zhihui

04 不止炫酷，效率提升也不在話下

在結束電路硬件以及固件代碼的設計后，鍵盤本體的硬核部分基本就搞定了，項目也終于來到了外觀設計環節。稚暉君請了好友@Xikii廠長幫忙設計加工（此前自動駕駛自行車、機械臂等外殼零件就出自他手）。組裝完成后，稚暉君提到了在構思這個項目時的思考——什么才是智能鍵盤？稚暉君表示，如果參考智能手機的定義，智能鍵盤應該有各種傳感器，能夠隨時安裝各種APP，不斷獲取新能力。基于“模塊化”的思路，他給鍵盤加上了不止一塊屏幕。鍵盤由三部分組成，除了本體之外，還有一個帶USB-HUB功能的底座，以及一個可以替換成各種場景的智能交互模塊。智能交互模塊可以安裝各種APP，首先模塊搭載了一塊電子墨水屏幕，可以自定義顯示各種內容，比如喜歡的圖片、天氣預報、電腦狀態，或者任何其它想要顯示的信息。稚暉君表示會把這個模塊二次開發，所需要的通信協議和驅動都封裝成SDK，方便大家基于SDK開發各種交互應用。在電子墨水屏幕上還有一個小屏幕，一塊OLED以及一個電機。此外，稚暉君還加入了一個智能滾輪，結合旁邊的OLED屏幕，可以把它模擬成彈性開關來當做自定義的按鍵，向上推打開任務視圖，向下推顯示桌面，它還能成為一個動態儀表，實時顯示電腦的CPU占用的信息等。稚暉君認為作為生產力工具，他理想中的鍵盤不應該只有炫酷的功能，還應該實際解決一些效率提升的問題，于是他給鍵盤添加了指紋識別模塊；還在空格鍵的下方添加了一個電容式的觸摸按鍵條，其功能可以自定義，比如用它快速切換桌面、標簽、音樂以及復制/粘貼等。

05 不同場景擴展模塊，玩轉“瀚文”鍵盤

稚暉君將這次嘗試模塊化鍵盤DIY的作品命名為“瀚文”，英文名是“Hello Word”。他表示這個項目純粹是為了滿足個人對理想鍵盤的幻想，接下來會把“瀚文”作為之后的主力設備。本次項目的軟硬件都將開源，歡迎大家在此基礎上繼續開發。另外，稚暉君還表示，由于開發時間有限，項目還有很多可以完善的地方。他還為大家提供了一些額外的思路，構思了一些用于“瀚文”的其他場景模塊，比如用于直播場景的擴展模塊：3D建模場景的擴展模塊：用于視頻剪輯場景的模塊：用于音樂制作的模塊：