この記事は キーボード #2 Advent Calendar 2020 の、5日目の記事です。

前の記事は、s-showさんの”自作キーボード活動2年目の振り返り”でした。
次の記事は、eswaiさんの”エンドゲームに近づいたのか?”です。

この1年は、僕にとっての自作キーボード元年でした。
なんやかんやで、自分で自分のキーボードを作れるようになった自キ活の1年目をふりかえります。
また、キーボードを作る中で偶然（？）使えるようになった総当たりマトリクスについても紹介します。

なお、こちらの記事はダイジェスト版となっております。
お時間のある方はフル版をご覧ください。

自キ活1年目で出来たもの

この1年の自作キーボード活動（＝自キ活）で出来たものを紹介します。

初めての自作キーボード ErgoDash, 2019年11月

肩にやさしく、OTAKUっぽい分離型でエルゴノミクスを感じる配列のErgoDashのキットを、初めての自作キーボードに選びました。

ErgoDash用パームレスト一体型ハイプロアクリルケース, 2019年12月

ErgoDash純正のケースだとキーキャップ下側の角に手が引っかかるのが気になったので、フレーム付きのハイプロケースを作成しました。

SU120基板発注, 2019年12月末

自分用のキーボードを作りたいという思いが強くなり、過去のアドベントカレンダーからe3w2q氏の”レイアウトを試行錯誤しやすくするために作った自作キーボード用基板の開発で試行錯誤した話”という記事を見つけ、基板を作らずに自由なレイアウトが作れるSU120を発注しました。

改造キーボード NumAtreus_Plus8, 2020年1月

遊舎工房の福袋に入っていたNumAtreusですが、どう考えても40%キーボードなんて使える気がしないので、左右に1列ずつ増やす改造を加えてNumAtreus_Plus8を作成しました。

初めて自分で設計したキーボード Colice（コリス）, 2020年1月〜5月

合体構造により左手、右手とテンキーの位置をを変えられ、一体型かつ分離型のキーボード、Coliceを製作しました。

総当たりマトリクスを採用したキーボード Atreus RR, 2020年3月

Pro Micro1個でたくさんのキーを動作させる方法を調べていて、2乗マトリクスで色々やっているうちに偶然（？）不具合を回避する方法を発見し、総当たりマトリクスを採用したAtreus RRが完成しました。

とても具合の良い60%キーボード Jones（ジョーンズ）, 2020年5月末〜現在

通常のロースタガ配列でそこそこ満足という気持ちと、もうちょっと使いやすくしたいという想いから、ロースタガとオルソリニアを組み合わせたGH60型ケース互換の60%キーボード、Jonesを作りました。

総当たりマトリクスの採用や、ロータリーエンコーダや2音同時発音のスピーカーの搭載など、内部は今年1年で得た知識をフル動員した感じです。

Gimme! Gimme! Gimme!#Jones_kbd pic.twitter.com/frBi9FMDjq

— Takeshi Nishio (@jpskenn) October 22, 2020

STM32F303評価ボード STMeishi, 2020年10月〜現在

大きなサイズのファームウェアを使いたくなり、STM32F303を使った名刺サイズの評価用マクロパッド、STMeishiを作りました。

電源LEDが点灯するだけで、ひとっつも動作しません。
失敗から何かを学ぶ予定です…

総当たりマトリクスのご紹介

Atreus RRの製作中に偶然使えるようになった”総当たりマトリクス”を紹介します。

総当たりマトリクスとは

IKeJI氏の”キーボードのマトリクス方式の分類”で取りあげられている”2乗マトリクス”に、ゴースト回避方法を追加したマトリクス方式です。
N個のピンで、N(N-1)個のキーを使用することができます。

回路図が総当たり戦のリーグ表ような形になるため、”総当たりマトリクス”という呼称にしました。

今のところ、Pro Microを含むATMega32u4でのみ動作を確認しています。

詳しくは以前書いた記事をご覧ください。

利点

• 少ないピンで非常にたくさんのキーを使用できる
• Duplex-Matrix（N個のピンで、N^2/2個のキー）よりも使用ピン数を少なくできる
• QMKファームウェア整備作業が多少増える
  一般的なCOL2ROWの設定でOKなので、整備不要になりました。

ゴースト回避方法

ピンから他のピンへ向かう箇所にダイオードを挿入します。

That's it! これだけです。

マクロパッド作成例

総当たりマトリクスを使った、2行×3列で6キーのマクロパッドの作成例です。

回路設計

1. 使用するピンの数を決めます。
   この例では6キーなので、3個のピンを使用して3(3-1)=6キーを接続します。

2. ピンとピンの間にスイッチを配置します。

   	Pin1	Pin2	Pin3
   Pin1	-	SW21	SW31
   Pin2	SW12	-	SW32
   Pin3	SW13	SW23	-

3. ピンから他のピンへ向かう箇所にダイオード（D1, D5, D9）を挿入します。
   

QMKファームウェア整備

rules.mkでのカスタムマトリクス関連の指定は、不要になりました。

• rules.mk
  カスタムマトリクス関連の指定をおこないます。

  • カスタムマトリクスを使用する設定と、総当たりマトリクス方式でのマトリクススキャン方法を記述したmatrix.cを読み込む指定を追加します。

    CUSTOM_MATRIX = yes
    SRC += matrix.c
    

  • matrix.cをquantum/matrix.c（※）を改変して作成し、rules.mkと同じフォルダへ配置します。
    ここに雑なサンプルを用意しました。

    ※：Pro Micro2個の分離型は、quantum/split_common/matrix.cを改変します。

• config.h
  使用するピン数と、ピン番号を指定します。
  総当たりマトリクスでは、ROW、COLともに同じピン数、同じピン番号になります。
  DIODE_DIRECTIONは一般的なマトリクスと同じCOL2ROWを指定します。
  
  Bootmagic liteを使用する場合、ブートローダへ入るためのキーを指定しておきます。
  デフォルトではマトリクスの左上(0,0)のキーとなっているため、この作成例の回路では常に押された状態と判定されて、ずっとブートローダに入りっぱなしになってしまいます。

  #define MATRIX_ROWS 3
  #define MATRIX_COLS 3
  
  #define MATRIX_ROW_PINS { B3, B2, B6 }
  #define MATRIX_COL_PINS { B3, B2, B6 }
  
  #define DIODE_DIRECTION COL2ROW
  
  /* Bootmagic lite用 ブートローダへ入るためのキー指定
     マトリクスで0行2列の位置（＝左下）を指定する例 */
  #define BOOTMAGIC_LITE_ROW 0
  #define BOOTMAGIC_LITE_COLUMN 2
  

• keyboard.h
  回路上のマトリクスと物理的なキー配置を対応づけします。

  • 回路上のマトリクス（下半分）
    3行×3列の回路上のマトリクスのうち、スイッチを配置していない箇所はKC_NOとします。

  • 物理的なキー配置（上半分）
    回路上のマトリクスでKC_NOとなっている部分を詰めて、2行×3列に配置します。

  #define LAYOUT( \
      K12, K21, K31, \
      K13, K23, K32  \
  ) \
  { \
      { KC_NO, K21,   K31   }, \
      { K12,   KC_NO, K32   }, \
      { K13,   K23,   KC_NO } \
  }
  

終わりに

ほぼ知識ゼロの状態からスタートした自キ活でしたが、「これは無理かも」と思うようなときは、”サンボマスター / できっこないを やらなくちゃ”を聴いてなんとかやってこれました。

また、これらのキーボードが作れたのは、先達の知恵のおかげです。
特に過去のアドベントカレンダーは知恵の宝庫で、読み返すたびに発見があり、何かしらの知識を与えてくれ、大変助かりました。

さて、今後の自キ活ですが、Jonesにかなり満足してしまったので少しペースを落としつつ、Jones用オリジナルケースや分離型、STM32化などを進めていこうと思っています。
また、手の大きさ（小ささ）に合わせた、狭ピッチなキーボードも試してみたいです。

キーボードは何かをするための道具だと思っているので、具合の良い道具で楽しく快適に何かをやっていきたいです。

この記事は、Jones(v.0.3.1)のANSIスタイルをKBDfans 5°ケースと組み合わせ、流れるレインボーを見ながら書きました。