立创EDA开源：基于CH552E的“小乌龟”PCB单桨电键设计与制作全攻略

立创EDA开源基于CH552E的“小乌龟”PCB单桨电键设计与制作全攻略很多刚入门业余无线电HAM的朋友可能都遇到过和我一样的问题想练习莫尔斯电码CW但市面上的电键动辄几百上千对新手来说门槛有点高。有没有一种低成本、好玩又好用的解决方案呢今天我就来分享一个自己动手做的开源项目——“小乌龟”PCB单桨电键。它基于沁恒的CH552E单片机核心成本很低用立创EDA就能完成设计还能直接模拟成键盘兼容各种电台和电脑CW训练软件。最关键的是它真的像个小乌龟底部有磁铁可以“吸”在任何金属表面特别适合野外架台使用。无论你是想DIY一个属于自己的电键还是想学习如何从电路设计到打板焊接的完整流程这篇教程都会手把手带你走一遍。1. 项目核心为什么选择“小乌龟”方案在开始动手之前咱们先搞清楚这个“小乌龟”电键到底是个啥以及它为什么适合DIY。1.1 什么是单桨电键简单来说电键就是发送莫尔斯电码的开关设备。单桨电键是其中一种它只有一个可以上下摆动的“桨片”。向上拨动发送“点”Dit向下拨动发送“划”Dah。通过“点”和“划”的不同组合就能构成所有字母和数字的莫尔斯电码。传统的电键大多是金属机械结构精度高但价格也贵。我们这个“小乌龟”电键用PCB印刷电路板本身作为结构主体用鼠标微动开关作为触发是一种非常巧妙且低成本的设计思路。1.2 “小乌龟”的设计亮点这个开源设计有几个让我觉得很棒的点极低成本核心芯片CH552E很便宜大部分元件都能在立创商城找到。高度兼容芯片模拟成键盘HID设备这意味着它几乎能被任何电脑识别无需安装专用驱动兼容性极强。便携吸附板子背面设计了4个M16磁铁的安装位可以牢牢吸在铁质桌面、机箱、电台外壳上这就是“小乌龟”名字的由来稳定又方便。双版本可选作者提供了“全PCB版”和“半亚克力版”两种结构你可以根据手头的材料和工具选择。一体连接板上集成了3.5mm音频接口连接电台和USB接口连接电脑一板两用。2. 硬件设计与元件选型硬件是整个电键的骨架。咱们先来看看都需要哪些东西以及为什么选它们。2.1 核心大脑CH552E单片机项目的核心是一颗来自沁恒的CH552E单片机。我选择它主要基于以下几点考虑内置USB芯片自带USB控制器可以轻松配置成键盘设备这是本项目能即插即用的关键。基于8051内核对于有过单片机学习经验的朋友来说架构熟悉上手快。性价比高功能足够价格亲民非常适合DIY项目。封装友好CH552E是SSOP-20封装。原文也提到为了方便焊接可以替换为CH552GSOP-16封装引脚数更少焊接难度更低大家可以根据自己的焊接水平选择。注意CH552E和CH552G在核心功能和USB支持上是一致的主要是封装和部分IO口数量不同在这个电键项目上可以互相替换。2.2 关键结构件与手感调节电键的手感至关重要这主要由机械部分决定触发微动开关这是你手指直接按压的部件。原文推荐使用鼠标微动。你可以根据自己的喜好选择不同压力克数手感软硬和行程的微动比如有些微动声音清脆有些则闷一些。这是个性化你电键手感的最重要环节。转轴部分这是桨片摆动的支点要求顺滑且无晃动。原文方案是使用F681XZZ轴承。这里有个安装细节PCB上的安装孔可能需要轻微打磨一下才能让轴承完美压入。不想打磨的替代方案在PCB孔位焊接一个M3*2.5*4的铜柱也称“土八螺母”然后在转轴处安装一个M2.5*2的铜鸡眼一种薄壁铜套。如果找不到这个尺寸可以用M2.5*3的铜鸡眼自己打磨短一点。磁吸底座在PCB背面预留了4个位置用于安装M16规格的锅形磁铁也叫“磁钢”。安装后电键就可以稳固地吸附在任何铁质表面了。2.3 接口部分USB Type-C接口用于连接电脑供电和通信同时这也是刷写固件的通道。Type-C接口正反插都行很方便。3.5mm音频座这是一个三极的音频接口TRS用于直接连接业余无线电电台的电键口。这是最通用的电键连接方式。按键与指示灯板上应该还有一个复位/刷写按键以及一个LED指示灯用于显示工作状态。3. 软件与固件刷写硬件焊好了接下来就要给它注入“灵魂”——刷入固件程序。3.1 获取刷写工具CH552系列芯片的官方刷写工具是WCHISPStudio由芯片厂商沁恒提供。下载地址https://www.wch.cn/downloads/WCHISPTool_Setup_exe.html注意这个工具目前只有Windows版本。下载后直接安装即可。这个工具界面简洁使用起来也不复杂。3.2 刷写固件步骤进入刷写模式首先确保电键没有通过USB连接电脑。然后按住电路板上的**复位按键或特定的刷写按键**不放再将电键通过USB线连接到电脑。此时电脑会识别到一个新的USB设备WCHISPStudio工具中应该也能看到设备。选择固件文件在WCHISPStudio工具中点击“打开”或类似按钮选择你从开源项目页面下载好的固件文件通常是.hex或.bin格式。开始下载确认芯片型号选择正确CH552E或CH552G然后点击“下载”或“编程”按钮。工具会擦除芯片旧程序并写入新固件进度条走完就成功了。重启设备刷写完成后断开USB线再重新连接。这时电脑会将它识别为一个键盘设备。你可以在系统的设备管理器里看到它。固件刷好后你的“小乌龟”电键就具备了核心功能将桨片的动作转化为特定的键盘按键信号。3.3 在线键位配置高级功能这是一个非常实用的功能固件默认可能将“点”和“划”映射为某个键盘按键比如“F1”和“F2”。但不同的CW练习软件或电台控制软件需要的触发按键可能不同。原作者特别感谢了“石家庄业余无线电SRAC”因为他们提供了一个在线上位机配置平台。访问地址https://www.srac.cn/tool/cwkeylink/使用方法使用Chrome浏览器访问上述网址。按照页面提示连接你的“小乌龟”电键。在网页上你可以重新定义“点”和“划”分别对应电脑键盘上的哪个按键。配置完成后新的键位映射会保存到电键里。这样你就可以让电键完美适配N1MM、Morse Runner等任何你喜欢的软件了。4. 两种版本的制作要点开源项目提供了两个版本的PCB设计文件你可以根据喜好和加工能力选择。4.1 全PCB版本特点整个电键的结构包括底座、立柱、桨片全部由不同形状的PCB板拼装而成。优点风格统一整体感强一次性打板就能获得所有结构件。制作注意需要将PCB文件中的不同板块底板、侧板、桨片等分别排列在打板文件中。拼装时可能需要使用螺丝、螺母或胶水进行固定注意孔位对齐。4.2 半亚克力版本特点主体结构如侧板、装饰板使用亚克力激光切割制作核心的功能PCB板嵌入其中。优点外观更灵活可以制作透明、彩色等多种效果手感也可能有所不同。制作注意需要另外进行亚克力板的激光切割加工。在组装时要确保亚克力板上的孔位与PCB板上的安装孔精确对准。无论选择哪个版本核心的电路部分那块集成了芯片、USB、音频口的PCB都是相同的都需要你仔细焊接。5. 连接与使用制作完成终于到了激动人心的使用阶段5.1 连接电脑进行CW训练这是最常用的场景。直接用USB线将“小乌龟”电键连接到电脑。系统会把它识别为键盘。打开你电脑上的CW训练软件比如LCWO、Morse Trainer等。在软件的设置中找到“电键设置”或“输入设备设置”。将“点”信号设置为电键映射的按键如“F1”“划”信号设置为另一个按键如“F2”。如果你用在线工具配置过这里就选你配置好的键。现在拨动电键的桨片软件就应该能接收到信号了。你可以开始练习字母、单词甚至进行模拟通联。5.2 连接业余无线电台如果你想用它在真正的电台上发射CW信号准备一根3.5mm音频头转电台电键接口的线。通常电台的电键接口是3.5mm或者大型的耳机插口。将线的一端插入“小乌龟”电键的3.5mm座另一端插入电台的“KEY”或“CW”接口。非常重要在连接前请务必查阅你的电台说明书确认其电键接口需要的极性是闭合电路触发还是断开电路触发以及电压/电流要求。我们的电键输出的是无源触点信号兼容大部分电台但安全第一。将电台模式切换到“CW”或“CW-U”。调整好电台的发信频率和功率建议先从低功率开始然后你就可以用电键控制电台发射莫尔斯电码了。5.3 作为CW连接器“小乌龟”电键还有一个妙用它本身可以作为一个CW连接器。 如果你有一个传统的机械电键或手键你可以用音频线将传统电键连接到“小乌龟”的3.5mm口再将“小乌龟”用USB连接电脑。这样传统电键的信号就能通过“小乌龟”转换成键盘信号给电脑软件使用了相当于一个信号转换器。自己从零开始设计、焊接、调试一个能用的设备这种成就感是买成品无法比拟的。这个“小乌龟”电键项目不仅成本低、实用性强更是一个学习嵌入式硬件开发、USB-HID协议和机械结构设计的绝佳练手项目。我在制作过程中觉得最需要耐心的是机械结构的组装和调试特别是微动手感和轴承顺滑度的调整可能需要反复几次才能达到最满意的状态。但当你调校好听到清脆的“滴答”声并通过它发出第一段完整的电码时会觉得所有的努力都值了。希望这篇教程能帮你成功做出自己的“小乌龟”。73注业余无线电中“73”代表美好祝福