Osu! Näppäimistö: 8 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Aloitin äskettäin rytmipelin nimeltä osu! ja nähtyäni videon kaupallisesta mininäppäimistöstä ajattelin, että olisi hauskaa suunnitella sellainen itse. Pian sen jälkeen päätin, että olisi hyvä idea laittaa se ohjeisiin ensimmäiseksi projektikseni.

Jos haluat toistaa tämän projektin tarkasti viimeiseen ohjeeseen, ole vieraani, mutta jotkut tekemistäni päätöksistä eivät perustu alhaisimpaan hintaan tai parhaaseen laatuun. Jotkut komponentit valitaan melkein puhtaasti siksi, että minulla oli niitä makaamassa. Jos pystyt käsittelemään sitä, rohkaisen sinua muokkaamaan projektiasi.

Huomautus 1: SMD -komponentteja (pientä elektroniikkaa) käytetään, joten jos toistat tämän projektin, tarvitset juotostaitoja. ehkä helppo juottaa versio lisätään, mutta nämä ledit eivät tule reikäpakkauksessa

Huomautus 2: Olen päivittänyt koodin useita kertoja ja olen nyt versiossa 3ish. Jätän kaikki koodit verkkoon, mutta suosittelen käyttämään viimeistä versiota. Siinä ei tällä hetkellä ole led -toimintoja, mutta sen pitäisi olla parhaiten toimiva.

Vaihe 1: Materiaalit ja selitykset

Riippuen siitä, miten teet projektisi, saatat tarvita erilaisia komponentteja, mutta nämä komponentit ovat käyttäjiäni. Jos sinulla on aikaa ja haluat säästää rahaa, tilaa aliexpress -lomake äläkä tilaa piirilevyä.

1 Arduino pro micro + USB -kaapeli

3 Kailh BOXin punaista kytkintä

3 10k vastus (0805 SMD)

3 100nF kondensaattori (0805 SMD)

4 APA102 rgb LED (5050 SMD)

3 Näppäimistöt

1 Tässä projektissa toimitetaan piirilevy (PCB)

1 3D -tulostettu kotelo toimitetaan tässä projektissa

Miksi käytän Arduino pro micro -laitetta?

Useimmilla arduino -levyillä, kuten Unolla (Atmega328), ei ole natiivitukea USB -viestinnälle. Kyllä, voit ohjelmoida ne USB: n kautta erittäin helposti, ja mielestäni on olemassa kiertotapoja, mutta pidän siitä yksinkertaisena USB -viestinnän suhteen, enkä tiedä, ovatko ratkaisut yhtä reagoivia. Nämä levyt käyttävät ulkoista sirua mahdollistamaan USB -tiedonsiirto, kun taas Arduino pro micro (Atmega32U4) on sisäänrakennettu.

Kytkimet

Voit käyttää monia mekaanisia kytkimiä. Lineaarinen, tuntuva tai napsauttava Kailhilta tai Cherry MX: ltä. Valitse haluamasi. Käytin Kailh -kytkimiä, koska ne olivat halpoja Ailexpressissä. Jos päätät käyttää piirilevyä, tarvitset Kailh BOX -kytkimet. Väri määrää tunteen.

Elektroniset komponentit

Ei paljon selitettävää niistä tässä luvussa, mutta jos et käytä piirilevyä, suosittelen vain tavallisia kourun reikäosia juottamisen helpottamiseksi. Valitettavasti käytetyt ledit eivät ole saatavana reiän pakkauksissa. En myöskään suosittele lankojen käyttöä SMD -pakkauksissa, ellet ole erittäin varma juotostaidoistasi. Jopa piirilevyn SMD: lle "edistyneet" juotostaidot ovat välttämättömiä.

Kotelo

Tarjoan asunnon tässä projektissa, mutta se on tällä hetkellä puutteellinen. Pultteja on muutettava, ledien aukot eivät ole optimaaliset, arduino paljastuu ja osa on leikattava ulos, jotta USB sopii. Tulevaisuudessa voidaan rakentaa uusi asunto. Jos sinulla on 3D -tulostin, mene eteenpäin ja tulosta se, mutta älä yritä tulostaa tätä viallista koteloa, jos et, vaan käytä vain jonkinlaista projektilaatikkoa.

Vaihe 2: Kaavio

Tämän projektin kaavio on melko yksinkertainen, mutta haluan selittää komponentit ihmisille, jotka ovat kiinnostuneita eivätkä tunne tätä toteutusta.

Vaihda yhteydet Arduinoon

Kytkimet on kytketty Arduino -nastoihin 0, 2 ja 3, koska niitä voidaan käyttää ulkoisina katkaisijoina. Tämä selitetään tarkemmin koodiosassa.

Kytkentäpiiri

Kaavion vasemmalla puolella on piiri, joka kopioidaan 3 kertaa. Tätä piiriä käytetään kytkimen purkamiseen. Jos haluat tietää, mikä purkaminen on, sinun on ymmärrettävä kytkimen pomppiminen, eikä sitä ole vaikea ymmärtää.

Katso ensin tätä simulaatiota ensimmäisen kuvan maalaamiseksi (napsauta kytkintä nopeasti ja katso alla olevaa signaalia)

Kun painat tai vapautat kytkimen, se pomppii ja signaali vuorottelee korkean ja matalan välillä muutaman kerran muutaman millisekunnin ajan. Arduino on todella nopea ja lukee jokaisen korkean ja matalan tämän lyhyen ajan. Ohjelma lähettää näppäimen painalluksen tai vapautuksen aina, kun luetaan korkea tai matala, joten tietokoneesi painaa useita näppäimiä joka kerta. Ei ihanteellinen rytmipelille.

Tämä kytkentäpiiri hidastaa signaalin putoavaa reunaa. Signaali Arduinolle ei voi muuttua niin nopeasti kuin pomppiminen tapahtuu, joten se luetaan yhdellä painalluksella. Älä huolehdi siitä, että se laskee hitaasti seuraavaan todelliseen lehdistöön, koska se tulee.

Pitkälle kehittynyt:

Atmaga32U4 lukee digitaalisen matalan 0,2 Vcc - 0,1 V = 0,9 voltin jännitteellä. Kondensaattorin jännite milloin tahansa purkaessaan on Vcc * e^(-t/RC). Jos mittaat kytkimen eri laukaisuajan, voit laskea vastuksen ja kondensaattorin arvot.

kaavamuoto

LEDit

RGB -LEDit ovat APA102 -ledejä, jotka voidaan yksilöidä osoittamaan kellon ja datalinjan avulla. Niiden toimimiseen ei tarvita ulkoisia komponentteja. Monille LEDeille kannattaa käyttää kondensaattoria, joka on yhdensuuntainen 5 voltin ja maadoituksen kanssa, mutta vain 4 LEDillä et tarvitse sitä.

Vaihe 3: Hallituksen suunnittelu

Piirilevy on suunniteltu JLCPCB: ssä. En ole heidän sponsoroimansa, mutta halpojen prototyyppien vuoksi he tekevät erinomaisia piirilevyjä. 2 dollarilla saat 10 samaa levyä, mutta toimituskulut olivat minulle noin 11 dollaria. Jos et välttämättä halua rgb -valaistusta ja aiot tehdä vain yhden, sinun kannattaa harkita näppäimistön tekemistä ilman piirilevyä.

Taulun suunnittelu oli melko suoraviivaista. Minun piti vain lisätä komponentti kytkimille, mutta muutaman videon katsomisen jälkeen sain sen kiinni. Ainoa virhe, jonka tajusin, on reikien sijoittaminen hieman liian lähelle kytkimiä.

Voit tilata piirilevyn siirtymällä osoitteeseen https://jlcpcb.com/ ja valitsemalla 2 -kerroksinen vaihtoehto. Se pyytää sinulta Gerber -tiedoston. lataa.zip -tiedosto ja vedä se ikkunaan. Sinun ei tarvitse purkaa sitä. Asetusten pitäisi olla kunnossa ja voit jatkaa tilauksen suorittamista.

Vaihe 4: Vinkkejä kotelon suunnitteluun ja kokoonpanoon

Design

Kuten aiemmin todettiin, suunnitteluni on virheellinen, mutta voit silti tulostaa sen, jos haluat. Suunnittelu tehtiin Fusion 360: ssä. Se on ilmainen 3D -mallinnusohjelmisto, ja keksijä- ja solidworks -kokemukseni mukaan se oli melko helppo työskennellä. Kotelon kulmissa olevat ympyrät estävät kuorimisen tulostuslevystä.

Jos teet oman tapauksesi, vain yksi asia on todella tärkeä. Kytkimien on oltava tiukasti paikallaan, eivätkä ne voi liikkua. Olen toimittanut kuvia neliömäisistä leikkauksista, joiden mitat ovat, joten voit käyttää sitä omaan suunnitteluusi olettaen, että käytät Kailh BOX -kytkimiä.

Kokoonpano

Nyt sinulla on kaikki kokoonpanoon tarvittavat komponentit. Tämän ensimmäisen version kokoaminen on järjestetty, koska kytkimet on juotettu.

1. Juotos SMD -komponentit. nämä ovat vastukset, kondensaattorit ja LEDit.

2. Juotos Arduino pro micro.

3. Aseta 3 kytkintä 3D -tulostettuun peitelevyyn ennen juottamista. Suojalevyä ei voi irrottaa kytkinten juottamisen jälkeen. Kytkinten juottamista ei suositella ja ne voivat tuhota.

4. Juotos nyt kytkimet paikalleen. Tee tämä mahdollisimman nopeasti, koska muovikytkimet voivat sulaa ja pilata ne tai vähentää niiden napsautusten määrää huomattavasti.

5. Aseta koottu kansilevy 3D -tulostettuun koteloon ja kiinnitä teipillä tai ruuveilla, jos ne eivät häiritse näppäinkorkkeja.

6. Aseta keyCaps kytkimiin ja olet valmis.

Suositukset

Irrota tai peitä arduinon LEDit koodin lataamisen jälkeen. Ledit ovat mukavia, jos koodisi ei lataudu, mutta niitä ei ole mukava katsoa valmiina tuotteena. Vaaditaan taitoa ja teräviä pinsettejä.

Myös jotkut pohjassa olevat kahvat ovat mukavia liukumisen estämiseksi ja antavat rgb -valon loistaa.

Vaihe 5: Koodi V1 (laitteiston purku)

Tämän projektin koodi ei ole aloittelijaystävällinen, joten jos olet vasta aloittamassa ohjelmointia arduino -ohjelmassa, tämä koodi mahdollisesti pelottaa sinua hieman. Yritän kuitenkin parhaani mukaan selittää, mitä tapahtuu. Jotkut asiat selitetään myöhemmin tässä tekstissä, joten jos sinulla on kysyttävää, lue ensin koko juttu.

Koodin lataaminen

Lataa ensin kaikki 3.ino -tiedostoa ja laita ne yhteen kansioon. Jos sinulla ei ole Arduino IDE: tä, lataa se ilmaiseksi viralliselta arduino -sivustolta.

Liitä Arduino tietokoneeseen ja avaa "OSU_Keyboard_code_V1.ino". Valitse Työkalut -paneelista "Arduino/Genuino Micro". Valitse myös Työkalut -valikosta oikea COM -portti. Tämä voi joskus muuttua. Lähetä koodi Arduinoosi napsauttamalla näytön vasemmassa yläkulmassa olevaa nuolta ja odota, kunnes se ilmoittaa, että se on valmis vasemmassa alakulmassa.

OSU_Keyboard_code_V1

Sisältää ja määrittelee

Sinun on ensin sisällytettävä näppäimistökirjasto. Tämä mahdollistaa Arduinon käytön näppäimistönä.

Seuraavaksi määrittelen joitain arvoja. Define on aivan kuin muuttuja, mutta ne eivät voi muuttua ohjelman ollessa käynnissä. Ensimmäiset 9 ovat näppäimistöhahmoa, arduino -pin -numeroa ja porttibittejä.

Sitten LED -datan ja kellon porttibitit.

Myös ledien lukumäärä on määritelty ja muuttuva väripyörän kulmalle.

Perustaa

Tämä koodin osa suoritetaan vain kerran, kun arduino on kytketty verkkovirtaan.

Ensin LEDien kello ja datanastat asetetaan lähtöiksi ja kytkimen nastat tuloiksi. Tämä on pinMode (): n edistynyt versio. Jos olet kiinnostunut, hae "suora portin manipulointi".

Keyboard.begin () aloittaa USB -yhteyden näppäimistönä.

Seuraavat 3 keskeytystä on kytketty kytkimen nastoihin. Aina kun muutos havaitaan kytkimen nastassa, suoritetaan pieni ohjelma. Tämä pieni ohjelma tehdään jatkossa.

Silmukka

Tämä osa toistuu jatkuvasti, kun arduino on päällä.

Käytän sitä vain LEDien värin muuttamiseen ja päivittämiseen.

Keskeyttää

Tässä tehdään pieniä ohjelmia, jotka suoritetaan vasta, kun kytkimen nastoissa havaitaan muutos. Ne ovat identtisiä lukuun ottamatta sitä, mihin neulaan ne reagoivat.

Ensin se tarkistaa, onko painiketta painettu tai vapautettu, ja lähettää oikean näppäinkomennon.

LED (selitetty eri järjestyksessä)

Jos olet utelias siitä, miten LED -valoja ohjataan, katso APA102 -tietolomaketta.

Lainkaan

Tämä on jälleen digitaalisen kirjoituksen suora porttikäsittelyversio.

Ensin se tarkistaa, onko sen lähetettävä 0 tai 1, ja vetää vastaavasti datanapin matalalle tai korkealle. Sitten se kirjoittaa kellonapin korkealle hyvin lyhyeksi ja kirjoittaa sen uudelleen alhaiseksi.

OneByte

Tämä toistaa yhden bitin 8 kertaa "for" -silmukalla. Se lukee tavun ensimmäisen bitin ja välittää sen arvon oneBit -funktiolle ja tekee saman seuraaville 7 bitille.

LedData

Tämä toistaa oneByte 4 kertaa, jotta saadaan tarvittavat tiedot yhdelle ledille. Ensimmäinen tavu alkaa 111xxxxx ja 5 -bittinen kirkkausarvo xxxxx -paikassa. Kirkkaus voidaan asettaa väliltä 0-31 (2^5 = 32 tasoa).

Seuraavat 3 tavua koskevat sinistä, vihreää ja punaista arvoa. Yksi tavu kutakin väriä kohden.

VäriPyöräTämäLed

Tämä toiminto kutsuu ledDataa ja antaa sille rgb -värit väripyörän kulmasta riippuen.

16 -bittinen arvo on osinko kuudessa tasaisessa 60 asteen osassa. Kuvien katsominen voi auttaa sinua ymmärtämään paremmin.

(mukana on myös 8 -bittinen versio, mutta kommentoitiin, koska se on liian välkkyvää)

StartEndFrame

Aloituskehystä on käytettävä aina, kun haluat lähettää uusia värejä ledeille ja haluat päivittää ledien todellisen värin

Käytän vain aloituskehystä, koska loppukehystä ei tarvita. Aloituskehys on 4 tavua 0. Päätöskehys on 4 tavua 255 (11111111).

Vaihe 6: Code V2 (ohjelmisto käynnistyy ajastimilla)

Hetken pelaamisen jälkeen huomasin joitain kaksoisnapautusongelmia laitteiston purkamisessa. Tämä voidaan korjata joillakin muilla arvoresistoreilla tai kondensaattoreilla, mutta koska painikkeet ja kansi eivät ole irrotettavissa, ajattelin, että ohjelmiston poistaminen olisi mukava ratkaisu. Ohjelmiston purkamisen pitäisi toimia, onko laitteiston purku toteutettu vai ei. Nykyisessä kokoonpanossani en voinut irrottaa kantta, joten jätin vain vastukset ja kondensaattorit paikoilleen.

En selitä koodia niin laajasti kuin edellinen versio, koska sitä on hieman vaikeampi selittää.

Pohjimmiltaan suurin osa koodista toimii samalla tavalla ja led -koodi jätetään koskemattomaksi. Ulkoiset keskeytykset eivät enää käytä arduino -toimintoja. Nyt se toimii puhtaalla C -koodilla. Ja nyt lisätään ohjelmiston keskeytys. Tätä varten käytin AVR -ajastimia odottamaan tietyn ajan, kunnes pomppiminen on pysähtynyt. Koska ajastimet keskeytyvät, silmukassa tapahtuva ei vaikuta katkaisuaikaan.

Ainoa haittapuoli, jonka voin keksiä, on se, että arduino -viivetoimintoja ei voi enää käyttää. Koska viivetoiminnot käyttävät ajastinta 0 ja tämä ohjelma käyttää ajastinta 0 virran katkaisemiseen.

Kuvasta näet kuinka koodi toimii suunnilleen. Muistibitti osoittaa, onko ajastin käynnissä. Sitä ei ole kuvattu, jos painikkeen lopussa tulo on alhainen. Tässä tapauksessa vain näppäimen painallus lähetetään, kun painike on jo vapautettu. Tämä tarkoittaa, että avainta pidetään painettuna tietokoneen suhteen. Tätä harvinaista poikkeusta varten tarkistus suoritetaan etukäteen, kun ajastin päättyy. Jos painiketta ei paineta ajastimen lopussa, näppäimen vapautuskomento lähetetään.

Vaihe 7: Koodi V3 (ohjelmiston palautus pystylaskurilla) (suositus) (ei LED -valoa)

Tästä koodista on myös versio, jossa sinun ei tarvitse vetää alasvastuksia. Muista kytkeä jokainen painike tuloon ja maadoitukseen! Sisäänrakennettua vetolaitetta käytetään

Koin myös joitain rekisteröimättömiä puristimia koodissa V2. Luulen, että koodista tuli liian monimutkainen ajastimen ja ulkoisen keskeytyksen kanssa, ja olen saattanut jättää joitakin poikkeuksia huomiotta. Tästä syystä lähdin tyhjästä etsimällä Internetistä ohjelmistojen poistomenetelmiä.

(rehellisesti, ainakin puolet tästä projektista on tullut painikkeiden poistamiseen tässä vaiheessa)

Hetken etsinnän jälkeen törmäsin tähän viestiin:

www.compuphase.com/electronics/debouncing….

Rehellisesti sanottuna kesti jonkin aikaa ymmärtää täysin, miten se toimii. Se sisältää melko monimutkaisia bittikäsittelyjä, mutta yritän tehdä siitä mahdollisimman helppoa. Selitykseni ovat kuitenkin vain lisäys viestiin, joten sinun tulee ainakin lukea "vertikaaliset laskurit", "huomautuksilla varustettu toteutus" ja "viiveen vähentäminen".

Minun selitykseni

Lisätämäni ajoituskaavion (tehty WaveDromissa) pitäisi tehdä tästä vaikeasti ymmärrettävä bittimatematiikka ainakin hieman ymmärrettävämmäksi. Huomaa, että kuvassa on 2 laskuribittiä, mutta koodissani on 3. Tämä tarkoittaa pidempää poistumisaikaa.

Yksi bitti per arvo

Pystysuuntaisen laskurin toteutuksen avulla on mahdollista poistaa useita painikkeita samanaikaisesti rinnakkain. Kaikki arvot ovat tyyppiä tavu (uint8_t) ja koostuvat 8 bitistä. emme ole huolissamme siitä, mitä arvoa näistä tavuista on, vaan pikemminkin olemme kiinnostuneita bitistä yksinään. Jokainen poistettava painike käyttää vain yhtä bittiä jokaisesta tavusta. Ensimmäinen painike käyttää vain kunkin tavun ensimmäistä bittiä, toinen painike käyttää toista bittiä jne.

Kaikki samaan aikaan

Käyttämällä bittimatematiikkaa on mahdollista suorittaa nämä nastan purkaukset rinnakkain. Ja vaikka bittilaskenta on melko monimutkaista, se on erittäin tehokas prosessorille.

8 -bittisellä tietotyypillä tämä on siis mahdollista tehdä kahdeksalle painikkeelle. Suurempien tietotyyppien käyttäminen mahdollistaa useampien poistumisten kerralla.

Pudotus

Kytkentärutiini suoritetaan 1 millisekunnin välein ajastinkeskeytyksellä.

kun painiketta painetaan, tila, joka on poistettu tila, laskee heti alhaiseksi, mikä osoittaa painikkeen painamisen. Vapautuksen havaitsemiseksi painikkeen on oltava riittävän pitkään korkealla, mikä osoittaa, että painike ei ole pompsahtanut tiettyyn aikaan. Toggle -painiketta käytetään osoittamaan painikkeen vaihtoa. Laskureita käytetään…. laskemalla kuinka kauan ei ole tullut pomppia.

Delta osoittaa tulon ja poistetun tilan välisen eron. Vasta kun ero on, laskuri laskee. laskuri nollautuu, kun havaitaan pomppiminen (delta on 0).

Vaihe 8: Tulos

Jos kaikki meni hyvin, sinulla pitäisi nyt olla toimiva näppäimistö Osun pelaamiseen! päällä. Itse en ole huomannut latenssia lainkaan. Jos teet niin kerro minulle. Lisäksi jos sinulla on kysyttävää, kysy rohkeasti mitä tahansa.

Edelliset maininnat V2: sta eivät ole lupauksia, joten älä lykkää tätä projektia, koska haluat odottaa V2: ta.

Toivottavasti pidät näppäimistöstäsi!

Osu! nimi: Thomazzz3

Ongelmien karttoittaminen

Jos luulet, että sinulla on ongelmia näppäimistön kanssa, avaa ensin tekstieditori ja paina kutakin näppäintä kerran lyhyen ajan.

Eikö yksi tai useampi avain toimi?

On mahdollista, että olet tuhonnut kytkimen sisäisesti juottamisen aikana. Jos sinulla on yleismittari, joka asettaa sen jatkuvuuteen/piippaukseen, aseta se rinnakkain kytkimen kanssa, kun Arduinoa ei ole kytketty, ja paina näppäintä. Sen pitäisi piipata.

Vastaavatko juuri kirjoittamasi merkit Osussa määrittämiäsi näppäimiä! ?

Vaihda arduino -koodin merkit ensimmäisten 3 #Defines ('' on tarpeeton!).

Tai vaihda Osu! asetuksia käyttääksesi määritettyjä näppäimiä.

Toistetaanko yksi tai useampi näppäin muutaman kerran?

Kytkentäpiiri ei todennäköisesti toimi kytkimillesi tai se ei ole oikein juotettu. Tarkista juotosliitännät. Jos se jatkuu, kokeile kondensaattorin arvoa 1uF. Tämä on erittäin vaikeaa PCB -käyttäjille.

Jos LED -valojen kanssa on ongelmia

Vilkuvatko LEDit?

Juotosliitäntä voi olla löysä. Jos käytät piirilevyä, varmista, että juotospurkki on todella valunut tulosteen tyynylle.

Eikö mikään led -valoista toimi tai tietty määrä LED -valoja lakkaa toimimasta?

Tarkista, onko ensimmäisen LED -liitännän välissä oikosulkuja (seuraa raitoja), ja tarkista, onko Arduino -lähdöissä ja ensimmäisessä LED -valossa hyvin liitetty tina. Jos vahvistettu oikea ja edelleen viallinen, ensimmäinen LED on ehkä vaihdettava.

Jos tämä korjaa ongelman, toista se tarvittaessa seuraaville LEDeille.