用 QMK 为 HP 46010A 老式键盘制作 USB 转换器：引脚接线、位带 SPI 矩阵读取与固件编译

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HP 46010A 是惠普早期生产的一款老式终端键盘，其内部通过"时钟 + 复位 + 单线数据"的串行协议输出键位，无法直接连接现代电脑。QMK 仓库中keyboards/converter/hp_46010a提供了一个完整的转换器方案：以 Teensy 2.0（ATmega32u4）为桥接 MCU，通过自定义矩阵扫描逐行读回 14×8 键位矩阵，最终以标准 USB HID 键盘形态输出。读完本文，你将掌握该转换器的完整接线方法、引脚定义、固件编译烧录流程，以及自定义矩阵（CUSTOM_MATRIX）位带实现的工作原理。

项目定位：converter 目录下的老键盘复活方案

在 QMK 中，keyboards/converter/目录专门收录"键盘转接器"类目标——它们本身不是键盘，而是把老式或专用键盘的私有协议翻译成 USB HID 的设备固件。hp_46010a就位于其中，与adb_usb、ibm_terminal、m0110_usb、sun_usb、xt_usb等转换器并列。

从 keyboard.json 可以看出它的自我定位：

• 键盘名称为 "HP 46010A to USB Keyboard Converter"；
• 维护者为 listofoptions；
• USB 标识为 VID0xFEED、PID0x6060、设备版本0.0.1，并开启wait_for_enumeration；
• 处理器为atmega32u4，引导加载程序为halfkay——这正是Teensy 2.0的典型配置；
• 固件特性中启用了mousekey、extrakey、console、nkro，并关闭了bootmagic。

原 readme.md 明确给出硬件支持范围：HP 46010A 键盘 + Teensy 2.0。换言之，这是一个"协议转换器"固件：键盘内部逻辑负责扫描，Teensy 负责把扫描结果翻译成 USB 键码。

接线准备：认识 6P6C 接口与 PCB 引脚定义

转换器最关键的第一步，是把键盘线缆与 MCU 正确对接。原 readme 给出的做法是：

1. 购买一个6P6C（六位六芯）模块化连接器，插入键盘对应的接口；
2. 剪掉线缆另一端，把内部导线逐根剥出；
3. 用万用表的蜂鸣/欧姆档（ohm-meter），逐根确认与 PCB 底部引脚对应的导线。

从 PCB 底部看，引脚排布如下（注意这是"底视图"编号）：

4 5 6 3 2 1

各引脚含义为：

其中reset用于把键盘内部的扫描计数器复位到已知状态，clock驱动逐位移位，data out则是串行输出的单线数据——这三个信号构成了下文要讲的"位带 SPI"协议基础。

Teensy 与键盘的连线表

确认好每根导线对应哪个引脚之后，按下表把键盘接到 Teensy 2.0（其他 AVR 设备亦可，但需要自行核对引脚定义）：

这里PB0 / PB1 / PB3是 AVR 芯片端口 B 的位，对应 Teensy 2.0 上具体引出的物理引脚。readme 特别注明：引脚 2 为空脚，把 Teensy 的 gnd 也接到它是可选项（不接也不影响工作）。

这段连线表与固件源码中的引脚宏完全一一对应，见 matrix.c：

#define HP_46010A_RESET_PIN B0 #define HP_46010A_SCLK_PIN B1 #define HP_46010A_SDATA_PIN B3 #define HP_46010A_LED_PIN D6

固件还会把 Teensy 的D6配置为输出并拉低——这是一个 LED 控制脚位，与键盘数据线无关。

编译与烧录固件

完成接线后，在 QMK 构建环境中执行原 readme 给出的编译命令：

make converter/HP_46010A:default

• 第一次使用 QMK 的用户，可先阅读 newbs.md（入门指南）与 getting_started_make_guide.md（make 用法）完成构建环境搭建；
• 目标名converter/HP_46010A:default表示编译keyboards/converter/hp_46010a下的default键位映射，产出对应 Teensy 2.0（halfkay引导）可用的固件；
• 由于引导加载程序为halfkay，烧录方式遵循 Teensy 标准流程（进入编程模式后由 Teensy 加载器写入），这正是 keyboard.json 中"bootloader": "halfkay"的含义。

键盘内部原理：7 位计数器驱动的 14×8 矩阵

要理解固件为何这样写，必须先知道 HP 46010A 键盘内部是如何扫描矩阵的。matrix.c 的注释给出了完整说明：

• 键盘内部有一个7 位计数器，由外部输入的clock信号驱动，每来一个时钟脉冲计数加一；
• 计数器低 3 位接到一个1-of-8 多路复用器，选中 8 列之一——这就是矩阵的列选择；
• 计数器高 4 位经过BCD 转十进制译码器（bcd-to-decimal），14 路输出接到 14 行（16 个输出中实际使用 14 个）——这就是矩阵的行选择；
• 每个按键串联一颗二极管：行信号 → 开关 → 二极管 → 列线，二极管的作用是防止多键同时按下时发生"鬼键"串扰；
• reset引脚用于把整个计数器复位到初始状态。

因此，Teensy 读矩阵的方式不是逐行列扫，而是给 128 个时钟脉冲（7 位计数器周期），同时监听单线data out，把每次行选择对应的 8 位列状态按字节收回来。这就是 config.h 中MATRIX_ROWS 14、MATRIX_COLS 8的来源——14 行 × 8 列 = 112 个扫描位置，对应键盘上全部物理按键。

自定义矩阵：位带 SPI 逐字节读回键位

HP 46010A 的扫描逻辑与 QMK 默认矩阵驱动完全不同，因此该目标采用了 QMK 的完整自定义矩阵（Full Replacement）方案。rules.mk 只有两行：

CUSTOM_MATRIX = yes SRC = matrix.c

其中CUSTOM_MATRIX = yes表示完全替换矩阵扫描实现，SRC = matrix.c把自定义扫描源码加入编译——这一配置方式与官方 custom_matrix.md 中"Full Replacement"一节的约定一致。

固件用**位带（bit-banging）**方式模拟 SPI 时序。原作者在注释中说明：键盘的输入是时钟与复位两条线，输出是单条数据线，本来也可以直接用 AVR 的 SPI 硬件外设，但这里选择了逐位翻转 GPIO 的软件实现。matrix.c 中的四个核心原语如下：

1.SCLK_increment()——产生一个时钟脉冲

gpio_write_pin_low(HP_46010A_SCLK_PIN); _delay_us( 4 ) ; // make sure the line is stable gpio_write_pin_high(HP_46010A_SCLK_PIN); _delay_us( 4 ) ;

时钟先拉低再拉高，每个电平状态保持 4 微秒以确保信号稳定——这既推动键盘内部计数器前进，也是数据采样的节拍。

2.Matrix_Reset()——高有效复位计数器

gpio_write_pin_high(HP_46010A_RESET_PIN); _delay_us( 4 ) ; gpio_write_pin_low(HP_46010A_RESET_PIN);

与常规"低有效"的复位不同，这块板子的reset是高有效：拉高后复位，再拉低回到正常工作状态。matrix_init()中把复位线初始状态设为低电平，正是为后续Matrix_Reset()的高脉冲做准备。

3.Matrix_ReceiveByte()——读回一个 8 位列字节

for ( uint8_t bit = 0; bit < MATRIX_COLS; ++bit ) { SCLK_increment(); temp = gpio_read_pin(HP_46010A_SDATA_PIN) << 4 ; received |= temp >> bit ; }

每给一个时钟脉冲就读一次data out，把读到的位拼进字节——一个字节对应一行 8 列的状态。MATRIX_COLS在这里充当循环次数，从 config.h 可知其为 8。

4.Matrix_ThrowByte()——丢弃数据流的首字节

for ( uint8_t bit = 0; bit < MATRIX_COLS - 1; ++bit ) { SCLK_increment(); }

注释指出键盘输出数据的第一个字节可以忽略，因此只需给出 7 个时钟（MATRIX_COLS - 1）把它"跳过"。

扫描主流程matrix_scan()的工作顺序为：

1. Matrix_ThrowByte()丢弃首字节；
2. 逐行调用Matrix_ReceiveByte()读取 14 行 × 8 列的状态；
3. 配合软件去抖逻辑（见下）；
4. 本轮结束后调用Matrix_Reset()复位计数器，为下一轮扫描做好准备。

去抖实现：matrix.c在未定义DEBOUNCE时默认设为 5（毫秒），并通过三份矩阵状态matrix、matrix_debounce_old、matrix_debounce_new实现"新状态与旧状态不同则启动去抖计时，超过DEBOUNCE毫秒才提交"的软件消抖逻辑，与 QMK 常规去抖思路一致。

初始化matrix_init()完成的事包括：把PB0（复位）、PB1（时钟）设为输出，PB3（数据）设为输入；复位线置低、时钟线置高；D6LED 脚设为输出并拉低；调用matrix_init_kb()回调链；最后执行一次Matrix_Reset()让键盘逻辑进入已知状态。

默认键位：LAYOUT 与键码映射

键盘矩阵本身只有"行、列"编号，把矩阵坐标映射到物理键位与键码的是LAYOUT布局与键位映射文件。

keyboard.json 中的LAYOUT定义了每个矩阵坐标matrix: [row, col]对应的物理位置x / y及键帽宽度w、高度h。从布局数据可以看出键盘的物理分区：

• 顶部一排功能键F1~F12加 Esc；
• 主键区：数字行、Q/W/E/R/T/Y 行、A/S/D/F 行、Z/X/C/V 行与空格行；
• 编辑键区：Insert/Home/Del/End/PageUp/PageDown 与方向键；
• 右侧独立的数字小键盘区（含KC_P0、KC_PDOT、KC_PENT等）。

默认键位映射见 keymaps/default/keymap.c：源文件头部用 ASCII 图完整画出了键位分布，代码中以LAYOUT(...)按行填入键码。其中多处使用KC_NO（无功能占位）对应 ASCII 图中标注为xxxx的位置——这些是原键盘上实际不存在或未接线的键位，例如 F5/F6 上方的空位。这种"占满矩阵、空位用KC_NO"的写法，正是 14×8 矩阵中部分坐标无实体键的标准处理方式。

非美式布局：如何生成自己的矩阵

原 readme 特别提醒：如果你的 HP 46010A 与作者手中的布局不同（作者以美式 US 布局为例），矩阵定义也需要相应调整。为此 readme 附带了两个工具性参考：

• 一个是矩阵定义本身的示例（对应 US 布局下 14×8 的键位坐标表）；
• 另一个是用于生成矩阵的程序——根据你的键盘实际键位，程序化地输出与LAYOUT兼容的矩阵定义。

这两个资源以 gist 形式由维护者提供（详见原 readme.md 中的链接）。对于拿到不同地区版本的玩家，正确做法是：先按本文接线并跑通默认固件，再用矩阵生成程序推导自己这块板子的坐标表，替换 keyboard.json 中的LAYOUT或直接调整键位映射。

调试与扩展方向

• 串口调试：keyboard.json 开启了console特性，配合matrix.c中的matrix_print()（按行打印r/c 01234567格式的二进制矩阵状态）可以在开发阶段直接观察 14 行矩阵每一位的读取结果，非常适合验证接线是否正确；
• 矩阵实时观测：matrix.c中保留了被注释掉的debug_matrix = 1;开关，打开后即可输出扫描过程；
• 键位定制：由于输出端是标准 USB HID 键盘，你可以像普通 QMK 键盘一样修改 keymaps/default/keymap.c，甚至为这块老键盘添加层、宏、组合键等现代功能；
• 同类方案参考：keyboards/converter/目录下其他目标（如m0110_usb、ibm_terminal、xt_usb等）同样采用"自定义矩阵 + 协议翻译"的思路，其中多块板子也使用CUSTOM_MATRIX = yes，遇到共性问题时可横向对比它们各自的matrix.c实现。

总结

HP 46010A 转换器的核心价值在于：它证明了一块 1980 年代的终端键盘，通过一个几十元的 Teensy 2.0 和一份精心编写的自定义矩阵驱动，就能完整融入现代 USB 生态。整个过程包含三条主线——硬件层（6P6C 接线与引脚定义）、协议层（时钟/复位/单线数据的 7 位计数器扫描逻辑）、固件层（CUSTOM_MATRIX位带实现与 14×8 矩阵读取）。对照 matrix.c、rules.mk 与 keyboard.json 三份源码，即可完整还原从物理接线到 USB 键码输出的全部链路。

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