Arduino学习笔记A11 - Arduino模拟电脑键盘（基于AVR-USB的USB-HID设备）

Ansifa

Arduino模拟电脑键盘（基于AVR-USB的USB-HID设备）

关于此帖子的其他讨论，还可以看看
http://geek-workshop.com/thread-2303-1-1.html
http://geek-workshop.com/thread-2310-1-1.html


键盘作为经典的输入设备，使用在很多互动中都有特别的优势，比如我们可以通过键盘直接给flash传递按键事件。而无需通过串口之类的特殊接口，虽然我们可以拆一个传统的键盘，然后将里面的按键引出来，但是这样有一个缺点，就是键值不能动态改变并且不能一次多键。使用模拟键盘的话，我们就可以随意在程序设置按键的时间和键值。比如本文的例子就是按下一个按键，模拟键盘就在电脑输入“HELLO WORLD”。

硬件部分：
材料清单：
Arduino x1
68Ω电阻 x2 (没有68Ω的话，用50~100Ω电阻也行)
2.2kΩ电阻 x1 (没有2.2kΩ的话，用1.5k~2.2k电阻也行)
USB连接线（一端是USB口，另一端是电线） x1
3.6v 稳压管（建议选用功耗0.25~0.5w的）x2


电路原理图：

电路图解说：
1、两个68Ω的电阻起到限流和保护作用，防止在意外情况下损坏计算机的USB端口或单片机的端口。
2、2.2kΩ电阻是上拉电阻，用于分辨总线状态。如果上拉电阻接于D+和+5v端则是高速USB设备，接于D-与+5v端，则是低速设备。此处键盘传输速率不高，接到D-作为低速设备即可。
3、D+和D-上的3.6V稳压二极管D1和D2起到限制数据线上的电平的作用。因为在USB规范中规定数据线D+和D-上的电平范围是3.0V至3.6V，而AVR单片机的输出电平是Vcc。如果单片机的Vcc是5V，在没有D1和D2的情况下将造成电平不匹配，会造成在很多计算机中无法正确识别出USB设备。如果用户系统的Vcc在3.0V至3.6V之间，就可以省略这两个稳压二极管。从这里也可以看出用户系统的Vcc必须高于3V。
4、由于低速AVRUSB所需要的是1.5MHz时钟，而单片机每8条指令就能精确完成一个数据位的采集。所以AVRUSB最小单片机时钟频率是12MHz。并且可以使用的时钟频率有12MHz、12.8MHz、15MHz、16MHz、16.5MHz、20MHz，其他的不支持。所以如果使用最小系统制作此模拟键盘的话8MHz的话，ATMega8L不能用。
————————
软件部分：

Arduino支持库文件：
http://soft1.wmzhe.com/download/ ... ino/UsbKeyboard.zip

文件下载后解压到arduino编译器的libraries文件夹下面。

注意：

1、UsbKeyboard库中，usbconfig.h里面可以更改USB接线的引脚定义，下面给出一个大概解释（下面的PORTD是指AVR单片机的PORTD，要查询Arduino原理图才能得到是Arduino的哪个引脚）：

#define USB_CFG_IOPORTNAME D	USB输入输出引脚使用AVR单片机的PORTD，如果改成B就是使用PORTB
#define USB_CFG_DMINUS_BIT 4	USB的D-接PORTD的第四位PD4，对应Arduino D4
#define USB_CFG_DPLUS_BIT  2	USB的D+接PORTD的第二位PD2，对应Arduino D2
#define USB_CFG_PULLUP_IOPORTNAME D	USB上拉引脚使用AVR单片机的PORTD，如果改成B就是使用PORTB
#define USB_CFG_PULLUP_BIT  5	USB的上拉电阻接PORTD的第五位PD5，对应Arduino  D5

2、在UsbKeyboard库的UsbKeyboard.h里面，有关于模拟键值的表
#define KEY_A       4
#define KEY_B       5
#define KEY_C       6
#define KEY_D       7
#define KEY_E       8
等。但不齐全。经过测试，其实这个键盘基本可以模拟几乎所有键值（Power，Sleep，Pause似乎不能）。
比如方向键右左下上分别对应79,80,81,82数字。即写成
UsbKeyboard.sendKeyStroke(79);
UsbKeyboard.sendKeyStroke(81);
等。由于整理比较麻烦，大家可以自己下载个KeyboardTest软件测试不同数字下面的键值。

程序示例：
下面的例子演示了用Arduino虚拟键盘的应用例子。打开记事本，然后将Arduino的D12引脚和GND连起来，就会打印HELLO WORLD字样。

1. 
   
2. /*
   
3. Arduino模拟键盘 by Ansifa
   
4. 2012.6.8
   
5. 
   
6. 功能描述：插上此模拟键盘，打开记事本，然后按下按钮，即可在记事本打印出HELLO WORLD字样
   
7. 
   
8. 接线方法：
   
9. <img src="http://www.geek-workshop.com/forum.php?mod=image&aid=5359&size=300x300&key=e9fa5559e6d5724d51f770bc6c55b941&nocache=yes&type=fixnone" border="0" aid="attachimg_5359" alt="">
   
10. Arduino D2接68Ω电阻后，接USB线D+
    
11. Arduino D4接68Ω电阻后，接USB线D-
    
12. Arduino D5接2.2kΩ电阻后，接USB线D-
    
13. Arduino D2接3.6v稳压管到GND
    
14. Arduino D4接3.6v稳压管到GND
    
15. +5v接USB线VCC
    
16. GND接USB线GND
    
17. Arduino D1接一个开关到GND
    
18. 
    
19. 附：USB线序颜色（由于各生产厂不同，不一定准确，仅供参考）
    
20. *USB键鼠：      |        *USB接口
    
21. 白<->VCC        |        红<->VCC
    
22. 橙<->D-         |        白<->D-
    
23. 绿<->D+         |        绿<->D+
    
24. 蓝<->GND        |        黑<->GND
    
25. 
    
26. */
    
27. 
    
28. #include "UsbKeyboard.h"
    
29. int KEYPIN = 1;                //按键接在D1引脚，也可以改成任何引脚
    
30. void setup()
    
31. {
    
32.   TIMSK0 &= !(1 << TOIE0);        //
    
33.   pinMode(KEYPIN, INPUT);
    
34.   digitalWrite(KEYPIN, HIGH);
    
35. }
    
36. void loop()
    
37. {
    
38.   UsbKeyboard.update();
    
39.   if(digitalRead(KEYPIN) == HIGH)
    
40.   {
    
41.     delay(100);
    
42.     if(digitalRead(KEYPIN) == LOW)
    
43.     {
    
44.       UsbKeyboard.sendKeyStroke(KEY_H);
    
45.       UsbKeyboard.sendKeyStroke(KEY_E);
    
46.       UsbKeyboard.sendKeyStroke(KEY_L);
    
47.       UsbKeyboard.sendKeyStroke(KEY_L);
    
48.       UsbKeyboard.sendKeyStroke(KEY_O);
    
49.       UsbKeyboard.sendKeyStroke(KEY_SPACE);
    
50.       UsbKeyboard.sendKeyStroke(KEY_W);
    
51.       UsbKeyboard.sendKeyStroke(KEY_O);
    
52.       UsbKeyboard.sendKeyStroke(KEY_R);
    
53.       UsbKeyboard.sendKeyStroke(KEY_L);
    
54.       UsbKeyboard.sendKeyStroke(KEY_D);
    
55.       UsbKeyboard.sendKeyStroke(KEY_ENTER);
    
56.     }
    
57.   }
    
58. }
    

复制代码

注意，先插上Arduino数据线，将程序写入Arduino。然后拔掉数据线，将模拟键盘USB线接到电脑，即可使用。

下面随便点实物图

刚焊好的正反面


插数据线写程序进Arduino：

yyy_zc

这么好的贴，要顶哟

zhangsiyan12134

按键精灵？

大火炉

你好。我看了你的模拟键盘的教程，我照着做了一遍，但是我接usb线到pc时，提示不能识别的设备。我确定稳压二极管方向是对的，电阻也是对的。我也将程序刷到arduino了。（我用的ＵＮＯ）
我量了一下D2跟GND之间的电压时2.8v，D1的电压是 -0.3v。这正常么？
非常感谢。

漫步年华。。。

我用usb转TTL来代替USB线可以么……我也是UNO

漫步年华。。。

漫步年华。。。 发表于 2012-8-1 00:13
我用usb转TTL来代替USB线可以么……我也是UNO

还有这句有什么用？
  TIMSK0 &= !(1 << TOIE0);        //
看头文件吃力@-@

939670129

看不懂，能详细解析下吗？谢谢

无名

典型的AVRUSB程序，建议先看看“AVRUSB技术探讨”一文

maybachwang

好贴啊~~~~~

tyroeg

大火炉 发表于 2012-7-31 22:16
你好。我看了你的模拟键盘的教程，我照着做了一遍，但是我接usb线到pc时，提示不能识别的设备。我确定稳压二 ...

我开始也是这样，后来发现有一只二极管两端同时碰到USB B母口的金属壳子，短路了
-0.3V那只肯定短路了。

tyroeg

漫步年华。。。 发表于 2012-8-1 00:15
还有这句有什么用？
  TIMSK0 &= !(1

好像是AVR单片机系统里的东西
“Enable timer 0 interrupt”

Thanks to xSmurf the apparent cause of the instability has been identified. It appears the timer0 interrupt routine causes the USB side of things to barf. Interim work-around is to disable the timer in setup with:
        // disable timer 0 overflow interrupt (used for millis)
        TIMSK0&=!(1<<TOIE0);
Note that this "fix" will cause delay and millis to no longer function.
With this workaround in place I can reliably repeat typing.
In the interim I am using this for delays:
void delayMs(unsigned int ms) {
   /*
  */
  for (int i = 0; i < ms; i++) {
    delayMicroseconds(1000);
  }
}
xSmurf suggested modifying the pre-scaler value for the timer as a possible solution.

/ka小菜一碟

好贴，要顶

zhangyanbo3

{:soso_e113:}硬件版按键精灵,游戏外挂,哈哈.

异人承诺

号哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈

异人承诺

谁会做啊，我做的没反应，谁教我一下。加我QQ1105731580