Webseite: „This new wire is a great step up from my previous efforts, and allow the „sould“ of the original Cynosure to stay intact, while allowing the cable to be even more quiet than before, and reveal even more inner details.“
Ich: „Aehm… USB ist digital…“
Webseite: „Locus Design was one of the first, if not the first, to come out with an „audiophile“ USB cable.“
Ich: „Aber… aeh… digital?“
Webseite: „Everything about the Cynosure is custom, the connectors, the wire, the way I damp and shield it, and even how I terminate it with the best Mundorf solder and a special adhesive material that not only does not negatively impact the sound, but makes the ends very strong and durable.“
Ich: „Mundorf… was!? DIGITAL!“
Webseite: „Starting at $3549 for 3FT.“
Ich: *krampf* *zuck* *umfall*

Als ich letzte Tage das Dulcimer-Projekt vorgestellt habe, habe ich auch eine Mail an Objective Development geschrieben. Das sind die Leute die den USB-Treiber gemacht haben den ich jetzt zum wiederholten Mal benutzt habe. Die haben Links auf alle USB-Projekte die damit gemacht wurden. Auf der Seite mit den HID-Geräten findet sich seit Gestern auch mein Dulcimer.

Die Seite habe ich mir in den letzten zwei Monaten auch öfter angesehen, weil ich andere Projekte gesucht habe aus denen ich lernen kann. Allerdings sind da in den letzten Wochen einige dazu gekommen, unter anderem RUMP – Real USB Model M PCB. Da hat offenbar jemand das gleiche Projekt gemacht wie ich, parallel und ohne es zu wissen. :-)

Ich werde den jetzt gleich mal anschreiben und ihm meine Version vorstellen. Vielleicht will er sich ansehen wie ich es hingekriegt habe die LEDs der Tastatur zu benutzen. Ich werde seinen Algorithmus zur Verhinderung von Ghost-Keys nochmal eingehend studieren…

Zwei Kleinigkeiten habe ich gerade an dem Dulcimer-Projekt gefixt. Eine Fehlerkorrektur in einer Funktion die eigentlich eh nicht aufgerufen wird. Naja, später schon, wenn die Tastatur zusätzliche Features kriegt. Jetzt habe ich die nämlich beim Debuggen benutzt. Der andere Fehler ist für Nachbauer unangenehmer, und aufgrund der merkwürdigen USB-Spezifikation nicht leicht zu sehen: die Backslash-Taste ist da an zwei Stellen definiert. Und ich habe natürlich direkt die falsche gewählt… :-/

Naja, ist gefixt. Die neuen Pakete stehen zum Download auf der Seite.

Dieses Projekt war 2008 noch nicht im Blog, ich habe es 2015 aus dem alten CMS kopiert.

Das fertige Hackbrett -- äußerlich original, bis auf das Kabel

Das fertige Hackbrett — äußerlich original, bis auf das Kabel


Die Version, die sich in Frankreich aus dem Psalterium entwickelte, wurde auf französisch ‚doulcemér‘ genannt, dieser Name stammt vermutlich vom lateinischen ‚dulce melos‘, ’süßes Lied‘ oder ‚lieblicher Klang‘. In England heißt das Hackbrett heute noch ‚hammered dulcimer‘.

Wikipedia — ‚Hackbrett

Eine Tastatur kann eine sehr persönliche Sache sein. Insbesondere wenn es sich dabei um ein sehr gut gebautes Modell handelt, wie zum Beispiel eine IBM Model M. Das Design der Model M stammt von 1984, sie hat aber auch Heute noch eine grosse Fangemeinde. Sie hatte die üblichen Anschlüsse für alte Tastaturen: erst den 5poligen DIN-Stecker, später einen PS/2-Stecker. Zumindest meines Wissens nach wurde dieses Modell nie in einer USB-Variante herausgebracht.

Ein Bekannter wusste dass ich schon öfter Geräte mit USB-Anschluss gebastelt habe, und eines davon verhält sich sogar wie eine Tastatur (Es ist nicht wirklich eine Tastatur… aber das ist eine andere Geschichte… ;-) ). Er ist ein grosser Freund der Model M, also fragte er ob ich einer Tastatur mit kaputter Elektronik neues Leben einhauchen könnte. Dies ist das Ergebnis…

Hard- und Software

Ein erster Prototyp

Ein erster Prototyp

Der grösste Teil der Elektronik in einer Tastatur ist die Tastenmatrix. Man kann sich das so vorstellen dass die Tasten auf einem Raster aus horizontalen (Reihen) und vertikalen (Spalten) Leiterbahnen verteilt sind. Im Fall einer Model M haben wir es mit einer 8×16-Matrix zu tun. Acht Spalten in 16 Reihen, oder anders rum, je nachdem wie man sich das vorstellt. Jede Taste ist mit einer Reihe und einer Spalte verbunden. Wenn man drauf drückt wird die Verbindung an dieser Kreuzung hergestellt.

An dieser Matrix hängt ein Tastaturcontroller. Das ist ein Chip mit einer Reihe von I/O-Pins die den Zustand der Matrix überwachen. Am anderen Ende ist ein Interface mit dem der Chip dem Computer seine Befunde mitteilt. Ach ja, und nicht zu vergessen: der Chip hat auch drei Ausgänge zur Ansteuerung der LEDs für Num-, Caps- und Scroll-Lock.

In diesem Projekt habe ich den Tastaturcontroller und seine Schaltung durch einen ATmega32 und eine eigene Schaltung ersetzt. Der ATmega scannt die Matrix, steuert die LEDs und spricht mit dem Computer.

Für die angenehme Weiterentwicklung habe ich einen Boot-Loader in dem Chip untergebracht. Damit ist es möglich, der Tastatur eine neue Firmware zu verpassen ohne sie auseinander nehmen zu müssen. Und ohne einen speziellen Programmer zu brauchen.

Andere Hardware?

Original alt

Original alt

Wie geschrieben hängt der Controller in diesem Projekt nur an einer Tastaturmatrix. Diese Art von Matrix findet man in allen möglichen Tastaturen, von Tastentelefonen über klassische Computer wie den C=64 oder den Schneider CPC, Tastaturen wie die von Sun, mit Anschlüssen die nicht an PC passen, bis hin zu modernen Tastaturen die ein paar zusätzliche Features brauchen könnten.

Ein Layout habe ich zwar bislang nur für die IBM Model M gemacht, aber ich will zumindest noch eine Sun-Tastatur umbauen. Ich schätze dass ich dazu den Scan-Algorithmus umbauen muss, weil die Matrix bei Sun nicht in 16×8-Form angeordnet ist. Die Positionen der Tasten auf der Matrix werden wahrscheinlich auch anders sein, die werde ich rausfinden müssen. Und natürlich wird dann eine Platine mit anderem Layout fällig.

Features

Powered by Kicad

Powered by Kicad

Im Moment macht die Tastatur alles was man von einer Standard-Tastatur erwarten kann die man irgendwo aus dem Regal zieht. Aber da sich der ATmega32 in der Tastatur die meiste Zeit einfach nur langweilt sind einige zusätzliche Features denkbar. Man denke an ‚magische Tastendrücke‘ die einige versteckte Funktionen an- oder ausschalten können, so etwas wie:

  • komplette Sätze oder Phrasen auf einzelne Tastendrücke abschicken
  • ‚Autofeuer‘-Funktion auf Tasten die sowas normalerweise nicht haben, beispielsweise Alt+F4
  • Tastaturlayout umstellen ohne den Computer umzukonfigurieren
  • prellende Tasten ein- oder ausschalten, um Leute zu verwirren die den Computer benutzen wollen
  • zufälliges Auslösen von Caps-Lock
  • Die Pfeiltasten zu einem Mausersatz machen, ohne dafür spezielle Software zu brauchen

Mit ein paar Änderungen an der Hardware würden sogar noch deutlich mehr Möglichkeiten offen stehen:

  • die Oldtimer-Tastatur in eine supermoderne kabellose Bluetooth-Tastatur umbauen
  • Keylogger-Funktionen einbauen, zum Beispiel auf SD-Karte
  • einen USB-Hub in die Tastatur einbauen

Wer nur ein wenig so darüber denkt wie ich wird nicht lange brauchen um selbst auf nützliche — oder besser: unnütze — Ideen zu kommen. ;-)

Benutzung

Die fertige Tastatur wird einfach an USB angeschlossen. Alle LEDs blinken kurz auf um zu zeigen dass das Gerät initialisiert ist.

Dann kann die Tastatur wie immer benutzt werden. Wenn zusätzliche Features eingebaut werden wird es zusätzliche Bedienungsanleitungen geben.

Nachteile

Ich weiss nicht wie die Hersteller von Tastaturen mit dem Problem der Geister-Tasten umgehen. Ich habe keine speziellen Massnahmen zu deren Verhinderung getroffen. Ich hoffe einfach mal, dass die Ingenieure bei IBM die Tasten in einer Weise auf der Matrix verteilt haben die das Problem minimiert. Aufgetreten sind solche Probleme bei mir bislang zwar nicht, aber ich wollte darauf hinweisen dass ich keine Gegenmassnahmen getroffen habe.

Danke!

Moderner Oldtimer

Moderner Oldtimer

Ich danke wieder mal Objective Development für die Möglichkeit, den USB-Treiber in meinem Projekt benutzen zu können.

Ich habe mich sehr stark von Spaceman Spiff’s c64key inspirieren lassen. Diese Software basiert auf seinen Ideen.

Dann geht Dank an xleave, der mir die Platine geätzt hat (von den vielen blöden Elektronikfragen mal ganz abgesehen die er schon von mir vor den Latz gekriegt hat…).

Und ich danke natürlich FaUl vom Chaostreff Dortmund für die Idee zu dem Projekt.

Lizenz

Meine Arbeit, also alles außer dem USB-Treiber, fällt unter die GNU General Public License (GPL). Eine Kopie der GPL liegt dem Projekt bei. Der USB-Treiber untersteht einer gesonderten Lizenz von Objective Development. In firmware/usbdrv/License.txt befinden sich weitere Informationen dazu.

Download

Siehe auch…

  • clickykeyboards.com – eine Seite zur IBM Model M
  • RUMP – praktisch das gleiche Projekt, eine parallele Entwicklung
  • Geekhack – Lochraster-Version, basiert auf Dulcimer

Ich weiß auch nicht warum ich den Feed von ladyada noch nicht im Reader hatte. Dass es da interessante Projekte gibt weiß ich schon seit Jahren. Mit diesem Satz hat sie mich jetzt doch überzeugt:

I remember a few years ago I went to a party and ended up talking to Mar about how much I hated Chapter 9 of the USB standard. USB is pretty much a perfect example of what happens when committees design protocols: its bad enough that it will ruin a party.

Kein Wunder, nachdem ich wieder das ganze Wochenende mit Controllern verbracht habe. Unter anderem auch, um die USB sprechen zu lassen…

Dieser Text war 2006 noch nicht im Blog, ich habe den 2015 aus dem alten CMS überführt.

... nie wieder den Mauszeiger suchen!

… nie wieder den Mauszeiger suchen!

Das USB-Servo ist, wie der Name schon andeutet ein Servo das per USB angeschlossen und kontrolliert wird. Ein Servo ist ein Elektromotor der zum Beispiel zur Steuerung ferngesteuerter Spielzeuge eingesetzt wird. Ich habe dieses Projekt durchgeführt um eine Spielzeugfigur zu steuern. Die Puppe hat einen Knopf auf der Unterseite, sie fällt in sich zusammen wenn der Knopf gedrückt wird und steht wieder auf wenn losgelassen wird. Wenn der Computer in der Lage ist diesen Knopf zu drücken kann ich mit der Puppe Informationen anzeigen. Beispielsweise ob jemand im Jabber-Netzwerk online ist: wenn der Bekannte online geht steht die Puppe auf, wenn er sich abmeldet fällt sie in sich zusammen.

Servos werden über drei Adern angeschlossen. Über eine rote und eine schwarze Ader werden sie mit Spannung versorgt, über eine gelbe mit dem Signal. Die Versorgungsspannung sollte zwischen 4,8 und 6 Volt liegen, die 5 Volt des USB-Ports liegen also im erlaubten Bereich. Auf der Signalleitung fließen keine großen Ströme, sie kann also direkt an den Controller angeschlossen werden. Der Winkel den das Servo einstellt wird über Pulsweitenmodulation (PWM) gesteuert. Dazu wird ein Signal mit 50Hz (ein Puls alle 20ms) erzeugt, die Länge der Pulse definiert den Winkel.

Ein Problem das ich nicht wirklich gelöst habe ist die Stromaufnahme: Ich weiß nicht, welcher Strom durch den Motor des Servos fließt. Er scheint niedrig genug zu sein um keine Probleme zu verursachen, aber ich habe nicht ausprobiert wie hoch er wird wenn das Servo blockiert wird. ICH HABE ALSO HIERMIT GEWARNT, für USB-Ports die in Flammen aufgehen fühle ich mich nicht mehr verantwortlich… :-/

Die Schaltung umfaßt nur ein paar Standard-Bauteile. Darunter befindet sich kein spezieller USB-Chip.

Die Schaltung umfaßt nur ein paar Standard-Bauteile. Darunter befindet sich kein spezieller USB-Chip.

Das Paket dieses Projektes besteht aus drei Teilen: Der Firmware für einen ATmega8 Mikrocontroller, einen Kommandozeilen-Client der unter Linux läuft und den Schaltungen die für einen Nachbau benötigt werden.

Dieses Projekt basiert auf meinem USB-LED-Fader, der seinerseits auf dem PowerSwitch Beispielprojekt von Objective Development basiert. Wie in diesen beiden Projekten kommt auch hier der Firmware-USB-Treiber zum Einsatz, den Objective Development für die AVR Mikrocontroller von Atmel entwickelt haben.

Dieser Treiber ist eine reine Firmware-Implementierung des USB 1.1 Standards für langsame Geräte. Er läuft auf preiswerten Mikrocontrollern aus Atmels AVR-Serie, wie dem ATtiny2313 oder sogar den noch kleineren 8-Pin-Controllern. Er implementiert den Standard soweit, daß sich sinnvolle Applikationen damit entwickeln lassen. Die Datei „firmware/usbdrv/usbdrv.h“ enthält weitere Informationen zu Möglichkeiten und Grenzen.

Bau und Installation

Die Installation wird in der beiliegenden Dokumentation beschrieben.

Benutzung

Das Gerät wird mit dem USB-Port verbunden. Wenn das Servo noch nicht in der Ausgangsposition steht wird es sich dorthin bewegen.

Das Kommandozeilen-Tool wird wie folgt benutzt:

Parameter

  • angle: Der Winkel in den das Servo gestellt werden soll. 0 ist ganz links, 255 ist ganz rechts.

Beispiele

Den Status des Servo auslesen

Das gibt den Winkel aus, in dem sich das Servo gerade befindet.

Einen neuen Winkel einstellen

Das stellt das Servo auf den Winkel 23. 0 ist ganz links, 255 ist ganz rechts. Mit 23 wird das Servo also fast ganz nach links bewegt.

Das Gerät testen

Diese Funktion sendet eine Menge Zufallszahlen an das Gerät, das die Zahlen wieder zurück schickt. Der Client kontrolliert die gesendeten und Empfangenen Zahlen auf Gleichheit.

Demoanwendung xservopointer

Hinter den Kulissen

Hinter den Kulissen

Dies ist eine reine Spaß-Anwendung die eigentlich niemand braucht. Grund genug, sie zu schreiben…

Um sie zu benutzen wird das Servo mittig über dem Bildschirm (mit kleinen Änderungen an den Quellen sind auch andere Positionen möglich) montiert und mit einem Zeiger ausgerüstet.

Zukünftig muß man dann nie mehr nach seinem Mauszeiger suchen, der Zeiger an dem Servo zeigt einem immer in welcher Richtung er sich befindet.

Probleme

Das Hauptproblem sehe ich wie schon erwähnt in der Stromaufnahme. Ich habe das mit meinem Servo an meinem Notebook ausprobiert, ich bin mir nicht sicher ob das an anderen Systemen funktionieren würde. DIES KANN DEN COMPUTER ZERSTÖREN, und niemand außer demjenigen der es anschließt fühlt sich für eventuelle Schäden verantwortlich.

Ein anderes (kleineres) Problem ist die holperige Implementierung der Pulsweitenmodulation. Ich habe die Timing-Werte mittels Trial and Error ermittelt, die müssen nicht notwendigerweise für jedes Servo stimmen. Andererseits denke ich, daß Servos austauschbar sein sollten. Allerdings ist dies mein erstes und bislang einziges Servo, darüber kann ich also nicht viel sagen.

Danke!

Ich danke Objective Development für die Möglichkeit, den Treiber für mein Projekt zu benutzen. Ohne den Treiber würde dieses Projekt nicht existieren.

Lizenz

Meine Arbeit, also alles außer dem USB-Treiber, fällt unter die GNU General Public License (GPL). Eine Kopie der GPL liegt dem Projekt bei. Der USB-Treiber untersteht einer gesonderten Lizenz von Objective Development. In firmware/usbdrv/License.txt befinden sich weitere Informationen dazu.

Download