nRF51 BLE60蓝牙双模机械键盘(蓝牙4.0)

genokolar commented 5 years ago

2019年开年后，发现了Jim的蓝牙开源方案，基于NRF51822，感觉很不错，决定折腾蓝牙机械键盘。从1月底开始研究，购买需要的开发板、蓝牙模块、元件，打板PCB，研读源码，到最终完成成品，耗时一个月。现在基本完成，整个工程学了很多东西，比如Keli编译、单片机烧录固件、对芯片数据手册进行学习等。最终的蓝牙键盘个人也比较满意。感谢Jim开放的源代码，以及细心的解答各种问题，以下是相关制作过程的记录：

A、购买芯片工具

蓝牙主控板：RF-BM-ND01 点击淘宝购买
Jlink烧录工具：J-OB V2
其他芯片：CH552T（USB）、TP4057（锂电池充电）、XC6206P30（3.3V稳压）
整个BOM清单详见表格(以60%键盘为例，部分元件需要根据轴的个数确定数量）
成本方面给大家也算一下：

PCB打样制作，110元，5块PCB
蓝牙模块，20块（考虑其他便宜点的NRF51822的模块，价格可以下探到15元）
其他芯片，10块（一张PCB实际没这么多，但是要考虑散卖多付出的成本）
热拔插轴座：61个，算30块吧。
初次烧入固件需要Jlink，大约20块。
运费什么的算20块。
总计：单张PCB ：110+20+10+30+20+20=200块。如果5张PCB都焊接，每张PCB大约（110+（205）+（85）+（30*5）+20+20）/5 = 88元。
自己焊的话能节约焊接费用，但是其实焊接人工费就高了。如果对价格不敏感，可以直接PCB厂商进行SMT，节约大量时间。以最据性价比的嘉立创计算，一张PCB的SMT成本大约20元。

当然你还需要有电洛铁、USB数据线什么的工具，不累述。锂电池也应该准备一个，电池大小1000mah左右的应该都能放下（自己根据自己壳子选择大小）

B、软件下载安装

Keil 5 --编译工具用于编译蓝牙芯片APP DFU两部分固件，并烧录固件
Jlink驱动 --烧录工具驱动官网最新版下载

以上软件分享地址：https://pan.baidu.com/s/1PkUEUNOMQgMm7IrDNyoOjA
Code Blocks --编译工具，开源免费点击进入官网下载地址
SDCC --C编译工具，开源免费点击进入官网下载地址

以上Code Blocks和SDCC用于编译CH544的固件。
WCHISPTool --CH55X固件烧录工具（可通过USB烧录）点击进入官网下载地址

C、源代码电路板

键盘固件等源码：https://github.com/genokolar/nrf51822-keyboard
PCB电路：https://github.com/genokolar/GT_BLE60_Keyboard_PCB 注:可以直接打板使用。
预编译键盘固件、配例下载工具: https://github.com/genokolar/nrf51822-keyboard/releases

D、学习教程推荐

Keil的系列教程： https://www.strongerhuang.com/Keil/Keil系列教程.html
Jlink烧录固件 : https://blog.csdn.net/weixin_42108484/article/details/80533032

E、键盘使用说明

休眠按键：Fn2+ESC - 15分钟不按键自动休眠，自动休眠后可按任意键唤醒；按Fn2+ESC键可以手动进入休眠模式，手动休眠后只能按ESC键（第一个按钮）才可以唤醒。
注:GT-BLE60默认将APP/MENU键设定为Fn2键,可通过配例自由设定更改
关机按钮：Fn2+Backspace - 按Fn2+Backspace键可以手动进入关机模式，关机后需要按背部的Bootloader按钮才可重新开机。
清空蓝牙绑定信息按键：SPACE+E - 每次唤醒或开机同时立即按SPACE+E可以清空蓝牙绑定信息。
切换连接模式按键：Fn2+TAB - 在通过USB和蓝牙同时连接一台设备（也可通过USB连接一台设备、蓝牙连接另一台设备）的情况下，按Fn2+TAB可以切换连接模式。如未同时使用USB模式和蓝牙模式，此按键无效。
清空Keymap自定义配例：SPACE+BACKSPACE - 每次唤醒或开机同时按SPACE+BACKSPACE可以清空自定义配例信息。如果出现按键错乱，也可以采用此键恢复初始配例。其余BOOTMAGIC键参考TMK，是基本一样的。
切换默认层 - 每次唤醒或开机通过同时按住SPACE+0、SPACE+1，切换第0层或第1层为默认层。默认配列中第0层启用了二合一按键作为方向键，第1层中未启用二合一方向键，启用了二合一按键作为Menu键。详细参看源码配例文件。此默认层设定将存储，重启或者休眠后唤醒都会恢复你设置的默认层。
切换临时默认层 - 通过同时按住Lshift+Rshift不放，按0、1，切第0层或第1层为默认层。此临时默认层不做记录，重启或者休眠后唤醒都会恢复第0层为默认层。
关于耗电 - 由于硬件上采用的低功耗蓝牙芯片，功耗控制的相当的好。官方数据来看，使用时耗电每小时为10ma左右，休眠时耗电为5ua。从自己使用感受看，1000mah的锂电池，每天2小时使用时间，大体使用时间80天以上。如果自己调整源码的相关省电参数，功耗还可以继续降低。
关于蓝牙通讯 - 蓝牙通讯上，延迟基本不存在，通过KeyboardTest测试出来的延迟，蓝牙模式下单按大约是120ms，双按键大概是2ms，USB模式下单按键大约是135ms，双按键大约是2ms（个人认为这个测试数据仅供参考，并不一定科学，因为居然比AKKO 3108的数据还好））。由于是低功耗，实测有效使用距离是5米内。耗电也和蓝牙信号有关，信号越好，耗电越低。
相关参数的设定 - 考虑到耗电问题，正常键盘扫描按键输入为4ms一次，回报率为250Mhz;如果两分钟不按键转入慢速扫描，100ms一次，当有按键按下，又自动转入正常扫描速度4ms一次；如果15分钟无按键行为将自动转入休眠模式，此时要重新启用键盘，只需要按任意键就可唤醒，唤醒动作后约1-2s可以正常输入。
默认按键设定
默认按键共有4层，1、2层是不同的全局按键设定，3、4层是功能按键设定。查看默认按键设定。
自定义按键
自定义按键采用Tkg网页+配例下载工具的方式实现：通过网站（因为tkg.io官网没支持，我自己建立了一个：kb.glab.online）配置好按键，然后下载keymap.eep文件，通过专门的刷配例软件KeymapDownloader.exe刷入蓝牙芯片。如下图

DFU空中升级
除了初次烧录固件需要jlink外，后续升级固件可以通过手机蓝牙连接键盘，通过DFU模式更新固件。点击查看详细升级方法

F、制作过程记录

因为考虑外壳的问题，本次制作的是BLE60，现在已经完成了初步的固件测试和PCB设计制作,接下来就是打板制作、焊接测试了。-- 2019-02-10
PCB打板回来了，焊接测试完成，经过测试调整，蓝牙键盘部分已经没有问题，由于部分的元件才收到，暂时没有焊接USB芯片和锂电池充电芯片。从测试结果来看，蓝牙连接的延迟并不高，完全可以做到实时输入，耗电情况也非常良好。断断续续用了两天，电量仅仅下降1%。接下来根据个人使用测试情况，继续请教JIM，做相关调整吧。 -- 2019-02-19
完成了USB芯片和锂电池的焊接工作，CH552完成了固件编译，并烧入了固件。到现在为止，PCB板一共发现了两处错误，都是原理图符号不标准的锅，一处只需要反着焊开关二极管即可，一处是USB的D+/D-反了，这个我只好破坏原线路，然后重新飞了线。从测试来看，双模工作都算正常，但是也有一些小问题需要解决。已知BUG是USB模式下二合一键存在问题。--2019-02-21
添加了蓝牙连接指示灯，调整了灯的工作方式为常亮，JIM修正了电池初次上传错误问题 -- 2019年2月23日
Jim更细了LED驱动，个人根据GT BLE60硬件完成了bootloader的修改，根据新LED驱动更改了蓝牙连接指示，基本没有大的问题了。GT BLE60的PCB文件已经修正错误 --2019年3月1日
调整暂时完成，今天更改了相关参数，准备开始长期使用。将预编译的HEX文件以及当前源代码已经同步到github。如果有兴趣的可以直接用公开的PCB打板，然后焊接完成后用Jlink刷入源码固件、通过USB刷入USB部分的固件即可使用，算是傻瓜式的了。相关说明会逐步更新 --2019年3月3日
近期完成了配例下载的测试（自己搭了个私有的tkg网页测试配列下载），DFU升级部分也通过了，暂时使用官方的源码小修改后编译了一个能用的bootloader（SDK12.3、SDK15.2里面的DFU升级也测试通过）。简单来说，以后升级固件可以不依赖Jlink，更改键盘配列也很简单了。 --2019年3月14日
修正了充电指示灯不工作问题，移除了看门狗。 --2019年3月23日
更改了指示灯的工作模式，以便更加省电。 --2019年3月31日
修正了最大的问题：usb模式下二合一按键第一次短按丢包。然后做了一些其他其他更改。这个蓝牙双模方案固件方面没有啥大问题了。硬件电路还可以稍微改进下，等待我的Rev.D版本回来验证。 --2019年4月16日
修正的源码里面Bootloader无法DFU升级的问题；对休眠、关机方式进行了修改，当前不再使用两种模式，都采用自动休眠任意键唤醒，手动休眠ESC唤醒或BL按钮唤醒方式，方便对电源进行管理；重新启用了看门狗以及一些参数微调。nRF51的BLE keyboard基本完成，不再做修改。 --2019年5月12日

G、更改调试记录

现在CH552和NRF51822通讯，CH552采用的uart1接口，CH552的fsys设置为12Mhz，uart1波特率设置为57600。同时NRF51822的时钟频率为16Mhz，波特率设置的57600。实测，两者设置波特率不能高于57600，时钟频率CH552仅能设置为12Mhz，否则均无法进行通讯。（但根据官方说明，在5V供电，24Mhz主频下，波特率可以设置为115200，但是实测不行，待查）（2019年6月19日更新：已经可以再24Mhz、115200波特率下通讯）
当前几个地址记录：SD: ROM1 : 0x0 ：0x18000，RAM1: 0x20000000 : 0x2000; APP : ROM1 : 0x18000 : 0x24000，RAM1 : 0x20002000 : 0x2000 ； BL ：ROM1 : 0x3C000 : 0x3C00，RAM1 : 0x20002C00 : 0x1380 : RAM2 : 0x20003F80 : 0x80; --- 其中softdevice需要占用96KB，APP空间为144KB，实际占用约38KB，Bootlaoder空间为16KB，实际占用约12KB
SDK12.3的地址记录：SD: ROM1 : 0x0 ：0x1B000，RAM1: 0x20000000 : 0x2000; APP : ROM1 : 0x1B000 : 0x25000，RAM1 : 0x200025E0 : 0x1A20 ； BL ：ROM1 : 0x3AC00 : 0x5000，RAM1 : 0x200025E0 : 0x19A0 : RAM2 : 0x20003F80 : 0x80;

二合一按键在USB模式下第一次短按失效，已经修复。其实就是第一次短按，由于识别二合一是按键还是MOD是在释放的时候完成的，在释放的时候会同时发送按下和释放按键的数据包，而蓝牙主控和USB串口通讯速率达不到，造成了丢包，直接更改tmk的源码加一个10ms的延迟就好了。

genokolar commented 5 years ago

留言测试

YCF commented 5 years ago

咦，我们用一样的博客应用，而且都是键盘侠。

genokolar commented 5 years ago

咦，我们用一样的博客应用，而且都是键盘侠。

我从你的博客看到的。哈哈~！！老罗

scofieldpeng commented 5 years ago

google来的，非常赞，如果早看到就好了，现在在折腾无线优联+usb2usb的方案，收藏一下，这阵子忙完了学习一下，非常感谢:-)

Steve0x2a commented 5 years ago

你好是否能提供一下Kicad的工程文件呢希望修改一下图案

genokolar commented 5 years ago

改图案什么的不太好吧。要么就自己建，原理图和bom都有的。暂时不公开工程文件。

Steve0x2a commented 5 years ago

改图案什么的不太好吧。要么就自己建，原理图和bom都有的。暂时不公开工程文件。

好的还是十分感谢

jimmy54 commented 5 years ago

很详细，有没有能买到样品呢？求一个

billyjr commented 4 years ago

刚刚买了楼主一块PCB，到手看看怎么样

BurningBright commented 3 years ago

要是早点看到就好了，也是折腾Jim的蓝牙开源方案。

BurningBright commented 3 years ago

咦，我们用一样的博客应用，而且都是键盘侠。

你的飞线键盘好sao，不愧是键盘侠

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