話說幾個月之前，我設計並開源了一個四鍵的 macropad （快速鍵鍵盤）方案。電路板上使用 WCH 制的 CH552G 晶片，配合機械鍵與幾顆電阻電容就做成了一個超簡易的四鍵機械 macropad

後來在 hackaday 上分享後不知道為甚麼突然爆紅，收到很多留言，所以我就在想，說不定我可以用同一套零件的方案改用 grid layout 來做到數字鍵盤欸？所以我就來試試看了。

甚麼是 Grid Layout？

以 Arduino 的基本電路為例，通常要抓一個按鈕是不是被按下，一般都會對一個針腳進行讀取（e.g. digitalRead），但是在這樣的情況下，每一個按鈕就會需要用到一個 GPIO 針腳。如果我要做一個標準的 4 x 5 鍵數字鍵盤的話，我不就是需要用上 Arduino Mega 才行了嗎？所以這當然是不可行的。

但是如果你有留意到，外面很多 Arduino 按鈕的範例都是使用 Pull Low （下拉）和檢測針腳是不是 high （高電平）的方法來實現的。因此如果我們有辮法在需要讀到某個按鈕的時候的狀態的時候才對它提供高電平，而沒在讀取的時候提供低電平（即使按下也不會產生高電平狀態）的話，那樣我們就能用一只 GPIO 來選擇讀取哪個按鈕，另一只 GPIO 來讀取選擇了的按鈕來增加總讀取的按鈕數量。

於是就出現了 grid layout 跟 line scanning 的方法了。簡單來說就是對於一個 4 x 5 的 grid 而言，我們只需要控制 5 個針腳以選擇哪一行 (row)，然後 4 個針腳來讀取哪一列 (column) 就好。以這樣的方法，原本會需要用到 20 個針腳的電路，現在用 4 + 5 = 9 個針腳就能讀完了。

可是，這樣會出現一個問題。在小量生產 PCBA 的情況下，每一顆零件和焊接費用都是滿貴的。而這個 layout 會讓 10K 電阻比原先的 BOM （四顆）多了一顆！？

不過解決方法也很簡單，只要把電路反過來，使用 pull HIGH + LOW activate 的設計（即是說按鈕按下的時候 MCU 是讀取到 LOW / 0 而不是 HIGH /1 ），那電路的設計就變成下面的樣子，把電阻搬到 INPUT line 上面，從而省下一顆電阻（

設計好了之後就是電路板設計了。這裡用的是 EasyEDA，根據上面的原理大致畫一畫之後電路板就出來了。

組裝的部分也是沒甚麼特別的，先把 micro USB 和 CH552G 焊上去之後，再焊一些比較大的零部件，最後就是燒錄程序作測試。

外殼設計與打印

由於這片電路板背面也有零件，因此沒辦法馬上使用，必須要先把外殼生出來才能安心放桌面上使用（不然把零件撞掉就麻煩了），這裡使用 Aprint Editor 簡單的為這台東西設計個外殼

原型機成品

由於這是原型機，主要作為軟體開發和測試用，因此外殼甚麼的都是拿手邊剛好有的材料來印（黑色 PLA）。但是外型差不多就是這樣。

最終（小）量（生）產的版本應該會好看很多，但是功能上這東西的確比我想像中的要好（這篇文章就是用這個鍵盤寫的），如果加上配重塊與專用鍵帽的話我猜真的可以取代現在我在用的數字鍵盤的樣子（？