硬件设计指南
硬件设计指南
硬件设计说明
准备
先了解一下两个网站
轴体结构
根据轴体制作PCB封装
- 为了便于设计将WS2812灯珠的封装、开关二极管、电容的封装集成到轴体的封装中去。
- 轴体的原理图库中隐藏了开关二极管和电容
- 此处省略封装制作过程...
- ...
键盘轴体板设计
原理图设计
为了尽可能的减少修改，避免重复性工作，硬件采用模块化设计，在此主要分为了轴体板设计和功能控制板设计，轴体板设计预留FPC40接口，并且尽可能兼容普通键盘配列
80配列 + 2编码器2按键 + LCD显示 机械键盘轴体板方案设计，该设计通过 FPC40 接口引出所有通信和控制引脚，你可以尝试将它用于其它机械键盘主控上面，而不需要修改轴体板的设计
按键扫描矩阵设计为 6*14 = 84 ，为了方便pcb布局，和软件设计，实际使用按键为80。
为满足扩展功能，在此添加了SPI接口的转接用于连接1.14寸LCD屏，同时加入两个编码器接口，一个 EC11 和一个 EVQW2001,分别为一个大的位于右侧的 主旋扭 ，和一个小的左手 侧旋钮 。
这两种编码器都同时具有编码器功能和一个按键的功能，因此该键盘，具有
82个按键和2个编码器接口。
PCB Layout设计
确定键盘配列，生成 DXF 轴体置位图纸（当然不嫌麻烦，可以自己根据键盘尺寸去画定位图纸）
进入 keyboard-layout-editor 配置需要的键盘配列。
进入另一个网站 builder 生成需要的 DXF定位图纸
至此你完成了最简单的一步
前面我们生成了需要的定位图纸，在此我们将其导入 AD 进行PCB元器件辅助定位，
从原理图导入设计到PCB中，然后一个一个的将轴体移动到对应的空格上，进行PCB布局，最后进行PCB布线，最后完成PCB设计。
由于PCB Layout设计涉及的内容较多，在此不做介绍，可自行学习 AD 进行PCB设计的相关知识。
完成PCB布局和布线，最后展示如下。
关于3D封装，部分来源于网上，部分3D文件需要自己绘制，如其中的键帽的3D文件就是自己绘制的。
至此我们完成了轴体转接板的设计
核心控制板设计
原理图设计
在设计之前你需要大体确定软件需求、功能需求、结构需求等，具体功能需求可以看最前面的功能框图。
电源设计
虽然我可以通过一个简单的直接使能方式的电源设计我的电路，但是对于产品而言，这是不合理的，因此，我希望我的设计尽可能的接近于真实的产品，它应该更具有稳定性，对于机械键盘的设计，我可以毫不夸张的说，如果我是做一个DEMO方案的设计，从硬件到软件的设计，我基本可以在两周之内解决，其中包含PCB加工、焊接等所有的非设计阶段的时间，同时我甚至于可以拍摄出一些比较好的视频然后发布，而省略其中的BUG，我感觉这应该是绝大部分开源项目的老套路了吧！实际拿来基本用不了，或者说只能勉强用用。
- 这部分设计看起来其实并不复杂，但是非常重要，其实所有的东西都是
会则简单，不会则难 - 使用 RT9013-33GB 为MCU即
STM32供电和ESP32S3，为长供电,ESP32S3 的 EN 引脚接入 STM32 进行低功耗使能控制。 EN1控制一个 RT9013-33GB 为LCD和指纹模块供电EN2控制一个 LP3875EMP-3.3_NOPB 为键盘灯供电，一方面是需要电流较大，另一方面是避免复位或者上电时部分RGB灯会闪烁一下，究其原因是，STM32复位阶段输出电平会有一部分不可控的瞬间，这对于产品来说是必须要规避的。- PD电源设计，在此感谢一位群友提供的PD电源方案
SW6208,在有SW6208的情况下，所有电源都改为从电池取电，而不再是从5V输入接口取电。
首先确定是使用STM32F405RGT6作为主控，同时使用STM32F405RGT6进行电源的控制，那么首先需要完成的就是STM32最小系统。
之后将最小系统引脚根据功能分配到对应的功能，普通GPIO用于按键扫描，特殊GPIO用于特殊外设，具体分配过程省略。
对于电磁兼容问题，在此主要需要注意USB走线的差分，以及PWM信号引脚需要加 ESD 二极管和电阻电容，以尽可能的减少干扰。
PD电源设计
其实
融通SW6208支持非常多的充电协议（SW6208 是一款高集成度的多协议双向快充移动电源专用多合一芯片，支持 A+A+B+C+L 口任意口快充。其集成了5A高效率开关充电，22.5W高效同步升压输出，PPS/PD/QC/AFC/FCP/SCP/PE/SFCP/低压直充等多种快充协议，电量计量，数码管/LED 灯显示以及相应的控制管理逻辑。外围只需少量的器件，即可组成完整的高性能双向快充移动电源解决方案。）
但是我在此只是用其PD充放电功能，究其原因是，我不想为了扩展其他的充放电功能，而在我的键盘上需要接出更多的USB接口，而是使用PD充电接口和USB共用一个TYPE-C接口，这样一来，键盘充电和键盘有线模式就只需要接一根USB线就好了，而选择使用
SW6208的最主要的原因是，这是国产电源芯片中，为数不多的不需要定制就可以使用IIC进行通信控制的电源管理芯片，区别于硬件PD，具有通信功能能读取更准确的更多的信息，包括但不限于电池电量，温度等信息。
锂电池保护使用了 DW01+G,PD电源方案在此要感谢群友提供的SW6208方案，不然我还真没找到合适的电源管理芯片，来满足我的需求（PD充放电，不需要定制，也能进行通信）。
ESP32S3直接使用了 ESP32-S3-WROOM-1 ,因此只需要提供电源就行，当然必要的在此提供了 ISP 下载电路
PCB Layout设计
完成PCB布局和布线，最后展示如下。
其中FPC接口必须位于右边，且考虑了机械部分结构设计，需要和轴体板的 FPC接口，在垂直的位置上保持一置，同时TYPE-C接口需要藏在亚克力中，因此需要突出。
单看此版PCB布局，在此我说明EPS32S3 目前的放置位置确实不是很合理，按ESP32的设计要求，
ESP32模组应该放于板子左上角，但是考虑控制板整个上方其实还是有轴体板在，而右方又有更多的走线，因为FPC线都在右边，因此此设计的左上角和中间并不会有很大的区别，同时电池位于左方，这样来看，可能只有这个地方相对比较合理了，故只能将其定位于中间了，其它设计请不要效仿。