本方案是使用SK32F077系列(最高工作频率72MHz)设计的一款高性能有线磁轴键盘。磁轴键盘利用电磁原理,通过霍尔感应器与永磁铁感应来实现触发,相比传统机械键盘具有响应更快、触发和复位行程可调、使用寿命更长等优势。
该MCU集成了丰富的键盘专用外设资源,包括12位ADC、6通道DMA、USB 2.0全速PHY以及串列式LED接口(SLED)等专用外设,配合多达58个GPIO,可直接驱动霍尔传感器矩阵——不仅通过IO为霍尔器件供电,还可独立控制其GND,实现完全断电关断。该方案无需外接模拟多路复用器或电源开关,单芯片即可完成磁轴扫描、RGB灯效控制和USB HID通信,支持全键无冲、可编程触发行程和Rapid Trigger等核心功能,适用于电竞及高端办公场景。
● 磁轴按键检测原理
磁轴键盘的核心是霍尔效应检测。每个按键包含轴芯、永磁铁、弹簧和霍尔传感器。当按键被按下时,磁铁随轴心向下移动,逐渐靠近PCB上的霍尔传感器。磁铁靠近导致霍尔传感器位置的磁通量密度发生变化,霍尔传感器输出的电压随之呈线性变化。
MCU内置的12位ADC持续采集每个霍尔传感器的模拟输出电压。通过将采集到的电压值与预设的触发阈值进行比较,即可精确判断按键的当前状态——包括未触发、触发以及具体行程位置。
● IO双端直驱霍尔矩阵扫描机制
本方案利用MCU丰富的GPIO资源,采用“GPIO分时供电 + 双端电源控制”架构,每个霍尔传感器无需独立电源线,而是按行共享:
行列划分:将按键分为M行×N列(例如6行×10列=60键,或8行×8列=64键)。
双端IO连接:每行的所有霍尔传感器,其VCC引脚共同连接至一个GPIO(行VCC控制),其GND引脚共同连接至另一个GPIO(行GND控制)。每个霍尔传感器的输出端则独立连接至ADC输入通道(或经模拟开关进一步扩展,但本方案无需)。
扫描过程:
扫描某行时,MCU将该行VCC对应的GPIO拉高(输出高电平),同时将该行GND对应的GPIO拉低(输出低电平),该行霍尔传感器获得正常供电(VCC-GND压差≈VDD),开始工作并输出与磁通量成比例的模拟电压。
其余未扫描的行,MCU将其VCC和GND对应的GPIO同时配置为高阻输入,使该行霍尔传感器两端电压差为0V,传感器彻底关断,不消耗电流,也不产生任何输出串扰。
MCU的ADC(配合DMA)依次读取当前供电行的各列输出值,完成该行所有按键的行程数据采集。
关闭当前行供电(VCC/GND均拉低),切换至下一行,重复上述过程,完成全键盘扫描。
● IO双端直驱霍尔矩阵(VCC + GND可控),零漏电零串扰 – 利用高达58个GPIO,每行霍尔传感器的VCC和GND分别由两个独立GPIO控制。扫描时,该行VCC拉高、GND拉低,传感器正常工作;非扫描时,VCC与GND同时拉低(或置高阻) ,传感器两端无压差,实现物理级完全断电,彻底杜绝漏电流和总线串扰。该方案省去了外接模拟多路复用器(如74HC4051/CD4067)及电源开关芯片,进一步优化BOM和PCB面积
● 高精度12位ADC,键程分辨率达0.01mm – 内置12位SAR ADC,支持最多16个外部通道,配合DMA实现多通道连续采样
● 强大的RGB灯效控制能力 – 配备SLED串列LED接口(最大2×4通道),可灵活驱动各类灯珠,实现流光、呼吸、波浪等丰富动态效果
● 多级低功耗管理,延长待机时间 – 支持休眠(Sleep)、停止(Stop)、待机(Standby)三种模式,内置RTC可在停机模式下定时唤醒,实现键盘空闲时自动进入低功耗状态,有效降低整机功耗
● 6通道DMA,提升数据吞吐效率 – 独立DMA控制器支持外设与存储器间的直接数据传输,可在ADC采样、灯效数据搬运等场景中大幅降低CPU介入,确保高速扫描下系统实时性
● 宽压宽温,适应多种应用环境 – 数字/IO电源支持2.0V~5.5V,可直接由USB 5V或锂电池供电