Arduinoでキーボードを作る

Aruduino pro microを触ってみる

Koolertron 片手キーボード マクロキーボード OSUキーボード ゲーミングキーボード メカニカルキーボード RGBバックライト カスタマイズ可能 左手デバイス 9キーフルプログラマブル ブラック 赤軸 ミニキーボード ショットカットキー 小型キーボード Type-C有線 ポータブル イラストレーション＆動画編集＆絵描き適用 保証期間 DIY AE-AMAG09

こういったマクロキーボードがあるのですが、割といい値段がします。
また、カスタマイズ性ももう一歩かな？と思いながら見ていたのですが、せっかくなのでArduinoで作ってみようと思いました。

一般に自作キーボードに使われるのがPro microというタイプのもののようですが、USB micro なのです。

Pro Micro - 青基板 2個セット

今時Type Cでなきゃ、と探してみると以下のもの（互換品）を見つけました。

RASBEE Leonardo Pro Micro Type C USB 32U4 5V 16M ブートローダ マイクロ USB Pro Mini 開発ボード DIY 32 マイクロコントローラ ブートローダー IDE PCB 基板 MCU 開発モジュール (Type-C)

ちなみに、以下のようなものもキーボードとして使えるようです。

Tiny 2040

Raspberry Pi Pico ラズベリーパイピコ マイコンRP2040(Arm Cortex-M0+デュアルコア@133MHz (1個)

こちらを参考にArduino（互換品）にキーボードとしてのプログラミングをします。
okiraku-camera.tokyo
キーボードのハードウェアはまだ手元にないので、タクトスイッチで動かしてみます。

SparkFunのPro microをボードマネージャーから追加し、上記の参考ページのサンプルコードを書き込みます。

環境設定の追加のボードマネージャのURLに追加
https://raw.githubusercontent.com/sparkfun/Arduino_Boards/master/IDE_Board_Manager/package_sparkfun_index.json

タクトスイッチでキー入力

Arduinoをキーボードにする pic.twitter.com/VM7llJRLlV

— とりてん (@s51517765) 2023年11月25日

キー入力マクロ

Arduinoでキーボードマクロ。 pic.twitter.com/p43GgYX9wN

— とりてん (@s51517765) 2023年11月25日

こちらのサンプルコードでは7ピンの入出力を使って12のキーを受け付けるようになっています。
これは一般的なキーボードの入力方法らしいですし、またリモコンのキー入力なども同様の方法が使われています。
どのような仕組みでピン数より多いキーの入力を受け取れるのかコードを見てみます。

その仕組みに相当するのが以下のコードです。

// 全キースキャンして、押下されているキーのビットを1にしたビットマップを返す。
int key_scan() {
  int key_pressed = 0;
  for(int col = 0; col < sizeof(scan_port); col++) {
    digitalWrite(scan_port[col], LOW);
    int row_data = 0;
    for(int row = 0; row < sizeof(data_port); row++) 
      row_data |= (digitalRead(data_port[row]) ? 0 : 8 >> row);
    key_pressed |= (row_data << (sizeof(data_port) * col));
    digitalWrite(scan_port[col], HIGH);
  }
  return key_pressed;    
}

これを2 x 2として模式的に表すと以下のようになります。

通常は入力側はPULLUPされているのでどちらのINPUTもHIGHとなっています。
スイッチが押されると、OUTPUTがLOWになったタイミングでINPUTがLOWになります。

上図の●位置のスイッチが押されたら、OUTPUT2がLOWのタイミングでINPUT1がLOWになり、INPUT2は常にHIGHのままです。
これによってこの位置のスイッチが押されたことが分かります。
また、キー入力に抵抗が不要なのはPULLUPになっているからです。

これで基本的な機能は作れそうな気がします。
思っていた以上に簡単です。

まとめ

自作キーボードを作ってみようと思い立ちました。
キーボードの基板とスイッチ、キーキャップも発注中です。
3 x 4の基板ですが、シフトキーのような機能を付ければこれを3 x 4 x 2の機能を持たせることも可能だと思います（そんなもの必要かどうかはわかりませんが）。
またWindowsのLogin passwordの自動入力とかも出来そうです。
組み立てたらまた報告します。