STM32蓝牙HID实战：打造低功耗、高性能的客制化键盘

一、项目概述

本项目旨在使用STM32单片机打造一款功能强大的蓝牙客制化键盘，它拥有以下特点：

二、硬件设计

2.1 硬件平台

2.2 电路原理图

2.3 PCB设计

三、软件设计

3.1 开发环境

3.2 软件架构

3.3 代码实现

3.3.1 蓝牙初始化

void Bluetooth_Init(void)
{
  // 设置蓝牙模块波特率为9600
  USART1_Init(9600);

  // 发送AT指令进入AT模式
  USART1_SendString("AT\r\n");
  // 设置蓝牙模块名称
  USART1_SendString("AT+NAME=CustomKeyboard\r\n");
  // 设置蓝牙模块配对密码
  USART1_SendString("AT+PIN=1234\r\n");
  // 设置蓝牙模块为从模式
  USART1_SendString("AT+ROLE=0\r\n");
  // 开启蓝牙模块
  USART1_SendString("AT+CMODE=1\r\n");
}

代码解释:

3.3.2 按键扫描

uint8_t KeyScan(void)
{
  // 扫描按键矩阵
  // ...
  // 返回按键值
  return key_value;
}

代码解释:

3.3.3 旋钮读取

int8_t Encoder_Read(void)
{
  static uint8_t last_state = 0;
  uint8_t current_state = (GPIOB->IDR & 0x03); // 读取A、B相电平

  if (current_state != last_state) {
    if ((current_state == 0x01 && last_state == 0x03) ||
        (current_state == 0x03 && last_state == 0x02) ||
        (current_state == 0x02 && last_state == 0x00) ||
        (current_state == 0x00 && last_state == 0x01)) {
      return 1; // 顺时针旋转
    } else {
      return -1; // 逆时针旋转
    }
  }
  last_state = current_state;
  return 0; // 未旋转
}

代码解释:

3.3.4 数据处理

#define KEY_1 0x01
#define KEY_2 0x02
// ...
#define KEY_9 0x09

uint8_t data_buffer[2];

void Data_Process(uint8_t key_value, int8_t encoder_value) {
  if (key_value != 0) {
    // 处理按键事件
    data_buffer[0] = 0x01; // 数据类型：按键
    data_buffer[1] = key_value; // 按键码
  } else if (encoder_value != 0) {
    // 处理旋钮事件
    data_buffer[0] = 0x02; // 数据类型：旋钮
    data_buffer[1] = (encoder_value > 0) ? 0x01 : 0x00; // 旋转方向
  }
}

3.3.5 蓝牙发送

void Bluetooth_Send(uint8_t *data, uint8_t len) {
  // 通过蓝牙串口发送数据
  for (uint8_t i = 0; i < len; i++) {
    USART1_SendByte(data[i]);
  }
}

代码解释:

代码实例:

// 假设 data_buffer 已经填充了要发送的数据
uint8_t data_buffer[2] = {0x01, 0x03}; // 例如：按键事件，按键码为 KEY_3

// 通过蓝牙发送数据
Bluetooth_Send(data_buffer, sizeof(data_buffer)); 

完整代码示例:

// ... 其他代码 ...

// 蓝牙发送函数
void Bluetooth_Send(uint8_t *data, uint8_t len) {
  // 通过蓝牙串口发送数据
  for (uint8_t i = 0; i < len; i++) {
    USART1_SendByte(data[i]);
  }
}

// 主函数
int main(void) {
  // ... 初始化代码 ...

  while (1) {
    // 扫描按键
    uint8_t key_value = KeyScan();

    // 读取旋钮状态
    int8_t encoder_value = Encoder_Read();

    // 处理数据
    Data_Process(key_value, encoder_value);

    // 如果有数据需要发送
    if (data_buffer[0] != 0) {
      // 通过蓝牙发送数据
      Bluetooth_Send(data_buffer, sizeof(data_buffer));

      // 清空数据缓冲区
      data_buffer[0] = 0; 
    }
  }
}

注意:

四、电脑端软件

为了实现自定义快捷键功能，你需要开发一个电脑端软件，该软件需要实现以下功能：

1. 连接蓝牙键盘: 搜索并连接你的蓝牙键盘设备。
2. 接收数据: 持续接收来自蓝牙键盘的数据。
3. 解析数据: 根据预定义的数据格式解析接收到的数据，识别按键事件和旋钮事件。
4. 执行快捷键: 根据用户预先设置的快捷键映射关系，执行相应的操作。例如，用户可以将 KEY_1 映射为 Ctrl+C 快捷键，将旋钮顺时针旋转映射为 音量+ 操作。

以下是一个使用 Python 实现的电脑端软件示例代码：

import bluetooth
import keyboard  # 需要安装 keyboard 库: pip install keyboard

# 蓝牙键盘设备地址
BT_ADDR = "00:11:22:33:44:55"
# 蓝牙服务UUID
BT_UUID = "00001124-0000-1000-8000-00805F9B34FB"

def handle_data(data):
    """处理接收到的数据"""
    data_type = data[0]
    data_value = data[1]

    if data_type == 0x01:  # 按键事件
        key_code = data_value
        print(f"按键事件: {key_code}")
        # TODO: 根据 key_code 执行相应的快捷键操作
    elif data_type == 0x02:  # 旋钮事件
        direction = "顺时针" if data_value == 0x01 else "逆时针"
        print(f"旋钮事件: {direction}")
        # TODO: 根据 direction 执行相应的操作

def main():
    """主函数"""
    print("正在搜索蓝牙设备...")
    devices = bluetooth.discover_devices(lookup_names=True)
    for addr, name in devices:
        if addr == BT_ADDR:
            print(f"找到设备: {name} ({addr})")
            break
    else:
        print("未找到设备")
        return

    print("正在连接...")
    sock = bluetooth.BluetoothSocket(bluetooth.RFCOMM)
    sock.connect((BT_ADDR, 1))  # 假设蓝牙服务端口号为 1
    print("连接成功")

    try:
        while True:
            data = sock.recv(1024)
            if data:
                handle_data(data)
    except KeyboardInterrupt:
        print("程序退出")
    finally:
        sock.close()

if __name__ == "__main__":
    main()

代码说明:

1. 导入库: 导入 bluetooth 库用于蓝牙通信，导入 keyboard 库用于模拟键盘操作。
2. 定义常量: 定义蓝牙键盘的设备地址 BT_ADDR 和服务 UUID BT_UUID。
3. handle_data() 函数: 该函数用于处理接收到的数据，根据数据类型和数据值执行相应的操作。
4. main() 函数: 该函数是程序的入口点，负责搜索蓝牙设备、连接设备、接收数据并调用 handle_data() 函数处理数据。
5. 模拟快捷键: 在 handle_data() 函数中，你可以使用 keyboard 库提供的函数模拟键盘操作来实现快捷键功能。例如，使用 keyboard.press_and_release('ctrl+c') 模拟 Ctrl+C 快捷键。

注意:

五、总结

本文介绍了如何使用STM32制作一款蓝牙客制化键盘，并详细讲解了硬件设计、软件设计以及数据传输协议等方面的内容。通过该项目，你可以学习到蓝牙通信、按键扫描、编码器读取等知识，并锻炼嵌入式系统开发能力。

你可以根据自己的需求，进一步扩展键盘的功能，例如增加RGB背光、支持多层配置、实现宏定义等。

作者：极客小张