DIY QMK量子键盘

news2025/3/3 19:09:12

最近放假了，趁这个空余在做一个分支项目，一款机械键盘，量子键盘取自固件名称QMK（Quantum Mechanical Keyboard）。

键盘作为计算机或其他电子设备的重要输入设备之一，通过将按键的物理动作转换为数字信号，实现用户与设备的交互。

键盘的工作原理可以分为几个关键部分，包括按键矩阵、扫描电路、信号传输和固件控制等。下面将详细介绍这些基本原理。

1. 键盘按键矩阵

大多数键盘采用按键矩阵结构来实现多个按键的检测。按键矩阵是一种通过行列交叉的方式连接多个按键的电路布局，这样可以减少所需的电线数量。

行（Rows）和列（Columns）：键盘的每个按键通常通过一个行和一个列来标识。当按下某个键时，它连接了一个特定的行和列，这样可以通过电路检测出该按键的位置。
矩阵布局：假设有一个4x4的矩阵布局，代表16个按键。每个按键都由一行和一列组成。按下某个按键时，电路中对应的行和列之间会闭合，从而让控制器可以确定是哪个按键被按下。

* ┌───┬───┬───┬───┐

* │ 7 │ 8 │ 9 │ │

* ├───┼───┼───┤ + │

* │ 4 │ 5 │ 6 │ │

* ├───┼───┼───┼───┤

* │ 1 │ 2 │ 3 │ │

* ├───┴───┼───┤Ent│

* │ 0 │ . │ │

* └───────┴───┴───┘

例如，如果你按下位于第2行和第3列的按键，电路会通过扫描检测到该按键位置，输出6这个数字。

2. 键盘扫描与信号检测

键盘的扫描是通过控制器（通常是微控制器或专用的键盘芯片）完成的。扫描过程可以分为以下步骤：

行激活：控制器逐一激活键盘的每一行，并读取与之连接的所有列。
列检测：在某一行激活时，控制器会读取所有列的信号。如果某个列的信号改变（通常是由按键按下引起的电流流动），说明该行列交点上的按键被按下。
去抖动：按键的物理开关会在按下和松开时发生微小的震动，这会导致信号的不稳定。为了避免错误的按键输入，控制器会进行去抖动处理，即在按键被按下后，控制器会等待短暂时间再确认按键状态。
重复检测：当用户按住某个按键时，键盘通常会以一定的速度重复发送按键信号，直到按键松开。这是为了在长时间按住某个按键时能够持续输入。

提起键盘定制，QMK（Quantum Mechanical Keyboard）固件无疑是其中的佼佼者。作为一个开源项目，QMK固件已经成为了键盘爱好者和DIY者的标配工具。它不仅提供了高度的定制能力，还支持各种复杂的功能和设置，使得用户能够根据自己的需求，打造出个性化的键盘布局和操作体验。QMK固件是一款针对机械键盘的开源固件，基于C语言编写，允许用户自由修改和配置键盘的各项功能。QMK原本是基于一个叫做TMK的开源固件开发的，后来因为功能强大和灵活性高，逐渐成为了社区的主流选择。

QMK的最大亮点在于它的高度可定制性，它不仅支持常见的按键映射和宏命令，还支持更多复杂的功能，如多层布局、特殊键位、RGB灯效等。用户可以通过修改QMK固件中的代码，轻松实现个人化需求。

QMK固件的强大之处还在于它可以对键盘的各个方面进行深入的定制。以下是QMK固件的一些核心功能：

按键映射（Keymap）：QMK允许用户自定义每个按键的功能，包括普通键位、功能键、组合键、宏命令等。通过QMK的配置文件，用户可以为每个按键分配不同的任务，使得每个按键的功能都可以根据需要进行调整。
多层（Layers）支持：QMK固件支持多层布局功能，允许用户通过按下特定的修饰键（如Shift、Ctrl等）来切换不同的键位布局。这使得键盘的功能得到极大的扩展。例如，你可以将一层映射为数字键盘，另一层用于控制媒体播放，或者将一层配置为游戏快捷键。
宏命令（Macros）：QMK支持宏命令功能，允许用户定义一组按键序列，并将其绑定到某个单独的按键上。通过按下这个特定的按键，QMK会自动执行这组按键序列。宏命令功能非常适合需要频繁输入复杂命令的用户，比如程序员、游戏玩家等。
RGB灯效：QMK还支持RGB背光的控制，可以根据需要调整灯效的颜色、亮度以及动态效果。用户可以通过固件代码自定义灯效模式，例如设置呼吸灯、波浪灯、渐变色等效果，或者根据按键的状态变化调整灯光。
定制功能：QMK固件还支持一些特殊的功能，如按键防抖、长按触发、按键禁用、音效反馈等。这些功能可以进一步提升用户体验，使得键盘更加智能和人性化。