キーボード自作のススメ
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キーボード自作のススメ
- 2. 自己紹介 • 名前：河原 一哉（かわはら かずや） • 年齢：39歳 • 所属：株式会社レトリバ • 好きなOS：Solaris, MacOS • 好きなマイコン：ATMEGA328P-AU → ATMEGA32U4 • 好きな護衛艦： いずも、かが、じんりゅう、せきりゅう © 2017 Retrieva, Inc. 2
- 3. 今日のお題 © 2017 Retrieva, Inc. 3
- 4. 自作キーボードがアツい！ • アツい理由１ • こだわりのメカニカルスイッチが使える！ • アツい理由２ • キートップをデコれる！ • アツい理由３ • マイコン使って作れる！ © 2017 Retrieva, Inc. 4
- 5. 自作キーボードレベル • 入門：自作キット買って作る • 初級：基盤や部品を買い揃えて作る • 中級：設計済みPCBを発注して作る（難易度低版） • 上級：設計済みPCBを発注して作る（難易度高版） • プロ級：回路から設計して作る © 2017 Retrieva, Inc. 5
- 6. 自作キーボードレベル：入門 • Massdrop（https://www.massdrop.com）などで買えます • Mechanical Keyboardsコミュニティで時々販売 • ErgoDox, Minivan, Planckなど • 必要な部品が揃ってる • ハンダ付けするだけ • FWなども設定済み • カスタマイズ可能 • キーキャップやスイッチ選べる • ケースの色も選択可 © 2017 Retrieva, Inc. 6
- 7. 自作キーボードレベル：初級 • Mehkeeなどで基盤が買える • 必要な部品を別途買い揃える • マイコン（Pro Microとか） • ダイオード • キースイッチなど • はんだ付けが必要 • マイコンなどがあり、ちょっと難易度up • ファームウェアの書き込みが必要 • ちょっと知識が必要 © 2017 Retrieva, Inc. 7
- 8. 自作キーボードレベル：中級 • PCB（基盤）の作成 • 基盤の設計ファイルが共有されている • 設計ファイルを基に基盤作成サービスに発注 • １週間ぐらいでできる（けどちょっと高い） • 必要な部品を別途買い揃える • マイコン、キースイッチ、ダイオードなど • はんだ付けが必要 • ファームウェア書き込みが必要 © 2017 Retrieva, Inc. 8
- 9. 自作キーボードレベル：上級 • PCB（基盤）の作成 • 基盤の設計ファイルが共有されている • 設計ファイルを基に基盤作成サービスに発注 • １週間ぐらいでできる（けどちょっと高い） • 必要な部品を別途買い揃える • マイコン、キースイッチ、ダイオードなど • 表面実装系の難易度の高いはんだ付けが必要 • ファームウェア書き込みが必要 © 2017 Retrieva, Inc. 9
- 10. 自作キーボードレベル：プロ級 • 勝手にやってください © 2017 Retrieva, Inc. 10
- 11. 有名な自作キーボード：ErgoDox • Dox氏（Dominic Beauchamp氏）らによって作られた • DIYキーボードのための設計図・ファームウェアなどを公開 • 人間工学に基づいたキー配置、左右セパレート型 • キー配置のカスタマイズ可能 • 完成品やキットも売ってる • 超有名 © 2017 Retrieva, Inc. 11
- 12. 有名な自作キーボード：MiniVan • 40% keyboardプロジェクトの代表格 • 日本じゃあまり有名ではない？ • Vortex COREみたいなキー配置 • いろんなキー配置ができるのもある • キー配置のカスタマイズ可能 © 2017 Retrieva, Inc. 12
- 13. 有名な自作キーボード：Planck • 40% keyboardプロジェクトの代表格 • ortholinear（直行配列） • “一般的なキーボードのキーが互い違い (staggered) に配置されてるの は、かつてのタイプライターの機構上の都合 でしかない” • ミニマルデザイン • ホームポジションの隣のキーのみ • 47〜48キーしかない • キー配置のカスタマイズ可能 © 2017 Retrieva, Inc. 13
- 14. 有名なキーボード：Let’s Split • Planck割っちゃいました（通称レツプリ） • 日本の自作キーボードの火付け役？ • 簡単な自作キットがなく、難易度初級以上 • PCBのセット販売あり （片方は引っくり返して使う） • ケースは自作する必要あり （売ってるのもあるが。。。） • ファームウェアの焼き込みが必要 © 2017 Retrieva, Inc. 14
- 15. 個人的な押しキーボード：Gherkin • 30% keyboard！（ガーキン：ピクルスに使うキュウリ） • 正直キーが少なすぎて使えるのかわからん • キットとかないのでPCBの発注が必要 • PCB最小発注単位は5からが多い • メインのPCBだけで20$以上 • グループバイを狙うのも手 • ファームウェアの焼き込みが必要 © 2017 Retrieva, Inc. 15
- 16. 個人的な押しキーボード：foobar • Gherkin割っちゃいました（名前テキトーすぎ。。。） • Let’s Splitの30% keyboard版（てかパクリ？） • キットとかないのでPCBの発注が必要 • PCB最小発注単位は5からが多い • メインのPCBだけで20$以上 • グループバイを狙うのも手 • ファームウェアの焼き込みが必要 © 2017 Retrieva, Inc. 16
- 17. 自作キーボード基礎知識：メカニカルキー • 機械式のキースイッチ • キーボードのスイッチとしていっぱい並べる • 軸の色で押し心地が違う • 好みのスイッチで自作するのが醍醐味 • Cherry MXが有名 © 2017 Retrieva, Inc. 17
- 18. 自作キーボード基礎知識：抵抗 • 電流を制限する電子素子 • オームの法則を思い出せ！ E(V) = I(A) x R(Ω） • 5Vマイコンだと使うのだいたい２種類 • 1K, 4.7K, 10KΩ：プルアップ抵抗に使う • 470Ω：LEDに使う（10mAぐらいに制限） © 2017 Retrieva, Inc. 18
- 19. 自作キーボード基礎知識：ダイオード • 電流を一定方向にしか流さない電子素子 • 電流が逆流するのを防ぐ • 逆につけちゃうと回路が動かなくなるので注意 • 自作キーボードだといっぱい使う © 2017 Retrieva, Inc. 19
- 20. 自作キーボード基礎知識：マイコン © 2017 Retrieva, Inc. 20 • Arduino互換ボードを使うことが多い • SparkFun社のAtmega32U4搭載ボード（通称：Pro Micro） • USBシリアル機能が内蔵 • ワンチップでキーボードができちゃう！ • マイコン直接使う場合 • 動作電圧 ：5V • 動作クロック ：16MHz • ピンアサイン ：デジタル入出力ができるピンを使用 • ポート名、物理ピン番号、Arduinoピン番号の対応に注意
- 21. 参考情報：ATmega32U4ピンアサイン © 2017 Retrieva, Inc. 21 • 物理ピン数：44ピン • ポート • PA,PB,PC,PD,PE,PFの6ポート • ポートごとに機能が違う • 各ポートに入出力が数個 例）PA1：ポートAの入出力1 • 欠番あり • Arduinoピン番号も参考に
- 22. 自作キーボード基礎知識：出力回路 © 2017 Retrieva, Inc. 22 マイコン GND VCC 出力：HIGH 端子 マイコン GND VCC 出力：LOW 端子 VCC（HIGH）が 出力される GND（LOW）が 出力される
- 23. 自作キーボード基礎知識：入力回路 © 2017 Retrieva, Inc. 23 マイコン 端子 GND VCC スイッチ回路 オープン時の 電圧が不安定 マイコン 端子 GND VCC プルアップ回路 オープン時：HIGH クローズ時：LOW マイコン 端子 GND VCC プルダウン回路 オープン時：LOW クローズ時：HIGH 安定
- 24. 自作キーボード基礎知識：キーマトリックス © 2017 Retrieva, Inc. 24 マイコン 端子 GND VCC プルアップ回路 オープン時：HIGH クローズ時：LOW GND VCC ピ ン １ ピ ン ２ ピ ン ３ ピ ン ４ ピ ン ５ ピ ン ６ マイコン キーの数だけ マイコンの入力が必要
- 25. 自作キーボード基礎知識：キーマトリックス © 2017 Retrieva, Inc. 25 マイコン GND VCC 内部プルアップ 外部抵抗が不要！ マイコン VCC 入力 出力 GND 出力：LOW スイッチ押すと 電流が流れる マイコン VCC 入力 出力 GND 出力：HIGH スイッチ押しても 電流が流れない スイッチの有効化・無効化
- 26. 自作キーボード基礎知識：キーマトリックス © 2017 Retrieva, Inc. 26 出 力 １ 出 力 ２ 出 力 ３ 出 力 ４ 出 力 ５ 入力1 入力２ 入力３ 入力ピンと出力ピンを使って スイッチのオンオフを検知 入力ピン数 x 出力ピン数の スイッチのオンオフを検知可能！
- 27. 自作キーボード基礎知識：キーマトリックス © 2017 Retrieva, Inc. 27 出 力 １ 出 力 ２ 出 力 ３ 出 力 ４ 出 力 ５ 入力1 入力２ 入力３ LOW HIGH HIGH HIGH HIGH 確認したい列の出力：LOW それ以外の列の出力：HIGH
- 28. 自作キーボード基礎知識：キーマトリックス © 2017 Retrieva, Inc. 28 出 力 １ 出 力 ２ 出 力 ３ 出 力 ４ 出 力 ５ 入力1 入力２ 入力３ LOW HIGH HIGH HIGH HIGH 入力チェック 入力側は内部プルアップ スイッチオン：LOW スイッチオフ：HIGH 入力チェック 入力チェック
- 29. 自作キーボード基礎知識：キーマトリックス © 2017 Retrieva, Inc. 29 出 力 １ 出 力 ２ 出 力 ３ 出 力 ４ 出 力 ５ 入力1 入力２ 入力３ HIGH LOW HIGH HIGH HIGH
- 30. 自作キーボード基礎知識：キーマトリックス © 2017 Retrieva, Inc. 30 出 力 １ 出 力 ２ 出 力 ３ 出 力 ４ 出 力 ５ 入力1 入力２ 入力３ HIGH HIGH LOW HIGH HIGH
- 31. 自作キーボード基礎知識：キーマトリックス © 2017 Retrieva, Inc. 31 出 力 １ 出 力 ２ 出 力 ３ 出 力 ４ 出 力 ５ 入力1 入力２ 入力３ HIGH HIGH HIGH LOW HIGH
- 32. 自作キーボード基礎知識：キーマトリックス © 2017 Retrieva, Inc. 32 出 力 １ 出 力 ２ 出 力 ３ 出 力 ４ 出 力 ５ 入力1 入力２ 入力３ HIGH HIGH HIGH HIGH LOW 出力側のHIGH/LOWを高速 に切り替えスキャニングする
- 33. 自作キーボード基礎知識：キーマトリックス © 2017 Retrieva, Inc. 33 出 力 １ 出 力 ２ 出 力 ３ 出 力 ４ 出 力 ５ 入力1 入力２ 入力３ HIGH オシタ！ LOW HIGH HIGH HIGH
- 34. 自作キーボード基礎知識：キーマトリックス © 2017 Retrieva, Inc. 34 出 力 １ 出 力 ２ 出 力 ３ 出 力 ４ 出 力 ５ 入力1 入力２ 入力３ HIGH キタコレ！ LOW HIGH HIGH HIGH スイッチの状態を検知 スイッチオン：LOW
- 35. 自作キーボード基礎知識：キーマトリックス © 2017 Retrieva, Inc. 35 出 力 １ 出 力 ２ 出 力 ３ 出 力 ４ 出 力 ５ 入力1 入力２ 入力３ HIGH LOW HIGH HIGH HIGH オシタ！オシタ！ オシタ！
- 36. 自作キーボード基礎知識：キーマトリックス © 2017 Retrieva, Inc. 36 出 力 １ 出 力 ２ 出 力 ３ 出 力 ４ 出 力 ５ 入力1 入力２ 入力３ HIGH LOW HIGH HIGH HIGH キタコレ？ 対象のスイッチが押されてな くても誤認識してしまう。
- 37. 自作キーボード基礎知識：キーマトリックス © 2017 Retrieva, Inc. 37 出 力 １ 出 力 ２ 出 力 ３ 出 力 ４ 出 力 ５ 入力1 入力２ 入力３ HIGH LOW HIGH HIGH HIGH キタコレ？ ダイオードで逆流防止！
- 38. 自作キーボード基礎知識：ファームウェア • 自作キーボード向けのファームウェアが公開されてる • TMK Firmware：自作キーボード向けの様々な機能を提供 https://github.com/tmk/tmk_keyboard • QMK Firmware：TMKの派生、機能拡張されてて便利 https://github.com/qmk/qmk_firmware © 2017 Retrieva, Inc. 38
- 39. 自作キーボード基礎知識：FW機能（一部） • キーマップの切り替え • 複数のキーマップを定義して切り替えられる（最大32レイヤー） • ファンクションキー • 定義したアクションやマクロなどを実行できる（最大32キー） • キーアクション • 複数の修飾キーと1つの通常キーの組み合わせなどを1キーで押せる • レイヤーアクション • 一時的や永続的にレイヤーの切り替えを行うことができる © 2017 Retrieva, Inc. 39
- 40. 本題：foobar作りました！ © 2017 Retrieva, Inc. 40
- 41. foobar作成：作業のあらすじ • PCB発注 • 部品調達 • 組み立て • ファームウェア書き込み © 2017 Retrieva, Inc. 41
- 42. foobar作成：PCB発注 • 設計ファイルダウンロード • https://github.com/di0ib/Misc/tree/master/foobar • foobar1_1.zip, foobarplate.zip, foobarbottom.zip • 解凍する必要はない © 2017 Retrieva, Inc. 42
- 43. foobar作成：PCB発注 • JLCPCBへ発注 • https://jlcpcb.com/ • 10cm x 10cmの基盤作成が2$〜 • 早くて安い！ • 発注チュートリアル • https://vimeo.com/234046247 © 2017 Retrieva, Inc. 43
- 44. © 2017 Retrieva, Inc. 44 さっきのファイル アップロードするだけ
- 45. foobar作成：部品調達（部品リスト） • キースイッチ（GATERONなど） x 30：AliExpress • キートップ（DSAなど） x 30 ： AliExpress • ダイオード（1N4148） x 30：秋月電子通商 • マイコン（Pro Micro） x 2：AliExpress • 5.2mm SMTスイッチ x 2：Amazon • TRRSジャック（Sparkfun PRT-12639） x 2 ：千石電商 • TRRSケーブル（0.5m – 1.0m） x 1 ：千石電商 • 12mmスペーサー x 12 ：Amazon • M2ネジ x 24 ：Amazon © 2017 Retrieva, Inc. 45
- 46. foobar作成：部品調達 • AliExpress • 輸送に時間がかかる恐れあり（10日〜30日程度） • 最近はちゃんと届く • 秋月電子通商 • 平日18:30閉店なので注意 • 千石電商 • ジャックは１号館（ Sparkfunコーナー） • ケーブルは２号館（レジ横あたり） © 2017 Retrieva, Inc. 46
- 47. foobar作成：組み立て（手順） • キースイッチ並べ ← はじめにやる、向きに注意 • ダイオードつける ← 向きに注意 • TRRSジャック、SMTスイッチ、ピンヘッダつける • キースイッチつける • マイコンつける ← 必ず最後につける、向きに注意 • 底用基盤ねじ止め © 2017 Retrieva, Inc. 47
- 48. foobar作成：組み立て（キースイッチ並べ） © 2017 Retrieva, Inc. 48
- 49. foobar作成：組み立て（キースイッチ並べ） © 2017 Retrieva, Inc. 49
- 50. foobar作成：組み立て（キースイッチ並べ） © 2017 Retrieva, Inc. 50 注意：向きを揃える
- 51. foobar作成：組み立て（ダイオード） © 2017 Retrieva, Inc. 51 向きに注意 ■にダイオードの線を合わせる キースイッチ側につける （逆に付けるとマイコンにぶつかる） はんだ付け後 ピンヘッダの足を切る （基盤にぶつかる）
- 52. foobar作成：組み立て（ピンヘッダなど） © 2017 Retrieva, Inc. 52 表面実装のはんだ付けテクニック ・部品を置く前に１箇所はんだを盛る ・部品をおいて盛っておいたはんだを温める ・他の部分をはんだ付けする キースイッチ側と逆に付ける しっかり押し付けてはんだ付けする
- 53. foobar作成：組み立て（キースイッチつけ） © 2017 Retrieva, Inc. 53 必ずマイコンをつける前に はんだ付けする
- 54. foobar作成：組み立て（マイコンつけ） © 2017 Retrieva, Inc. 54 マイコンの向きに注意 Bar側はマイコンが裏になるように付ける
- 55. foobar作成：組み立て（マイコンつけ） © 2017 Retrieva, Inc. 55 マイコンの向きに注意 foo側はマイコンが表になるように付ける
- 56. foobar作成：FW書き込み（環境構築） • git $ brew install git • avrdude $ brew install avrdude –with-usb • ファームウェアのダウンロード $ git clone https://github.com/di0ib/tmk_keyboard • カレントディレクトリの変更 $ cd tmk_keyword/keyboard/foobar © 2017 Retrieva, Inc. 56
- 57. foobar作成：FW書き込み（左側） • 左側（メイン基板の裏がbar）セットアップ マイコンにUSBケーブルつなぐ $ COM_PORT=/dev/tty.wchusbserial1410 make eeprom-left（3秒以内に基板のSMTスイッチ押す） $ COM_PORT=/dev/tty.wchusbserial1410 make program（3秒以内に基板のSMTスイッチ押す） © 2017 Retrieva, Inc. 57
- 58. foobar作成：FW書き込み（右側） • 右側（メイン基板の裏がfoo）セットアップ マイコンにUSBケーブルつなぐ $ COM_PORT=/dev/tty.wchusbserial1410 make eeprom-right （3秒以内に基板のSMTスイッチ押す） $ COM_PORT=/dev/tty.wchusbserial1410 make program （3秒以内に基板のSMTスイッチ押す） © 2017 Retrieva, Inc. 58
- 59. foobar作成：FW書き込み（動作確認） • 左側のマイコンにUSBケーブルをつなぐ • 右側と左側をTRRSケーブルでつなぐ • パソコン側でキーボードの設定を行う（USキーボードに設定） © 2017 Retrieva, Inc. 59
- 60. © 2017 Retrieva, Inc. 60
- 61. デフォルトキーマップ：レイヤー０ Retrieva, Inc. A S D F G H J K L ESC Q W E R T Y U I O P Z X C V BS SPC B N M ENT 61
- 62. デフォルトキーマップ：レイヤー０ 長押し Retrieva, Inc. LCTL LALT TL3 TL4 TL2 TL1 TL5 RALT RCTL RSFT 62
- 63. デフォルトキーマップ：レイヤー１ Retrieva, Inc. F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 TRNS TRNS TRNS TRNS DEL TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS 63
- 64. デフォルトキーマップ：レイヤー２ Retrieva, Inc. F11 F12 TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS ! “ # $ % & ‘ ( ) 0 TRNS TRNS TRNS TRNS DEL TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS 64
- 65. デフォルトキーマップ：レイヤー３ Retrieva, Inc. TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS , . / ; ` TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS - = [ ] ¥ TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS ← ↓ ↑ → 65
- 66. デフォルトキーマップ：レイヤー４ Retrieva, Inc. < > ? : “ _ + { } | TRNS HOME PGDN PGUP END TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS TRNS 66
- 67. © 2017 Retrieva, Inc.