[DIY] Mechanische Tastatur selber bauen!

Abend Leute,
nach dem Thread über das Verwursten von alten Grafikkarten geht es nun ans nächste Do-it-yourself-Projekt: Seit einem Jahr verfolge ich nun schon die Idee, mir eine mechanische Tastatur selbst zu bauen. Auch mich hat es mit dem Hype erwischt, aber darüber bin ich gar nicht traurig, denn an sich sind Mechas nen tolles Hobby - und ich denke, die meisten, die sich selbst auch eine angeschafft haben, werden mir da zustimmen.
Ich bin mit dem Projekt mittlerweile relativ weit fortgeschritten, hoffe aber trotzdem, dass es noch nicht zu spät dazu ist, ein Tagebuch darüber zu schreiben. Fertig ist nämlich auch noch nichts. Wundert euch nur nicht darüber, dass der Startpost jetzt schon so lang ist.


Wohnraum ist überbewertet, 10+ Tastaturen hingegen lebenswichtig

So kam es dann auch, dass sich anfangs einige Mechas in meiner Bude tummelten, die mangels Platz leider im Kleiderschrank Platz finden mussten.



Neben den Standard-Cherry Schaltern wie MX Blacks, MX Blues, MX Reds und MX Browns habe ich mittlerweile auch Vintage Blues, Vintage Blacks, sowie selbstgebaute MX Greens und "Vintage Reds" ausprobieren können. Außerdem noch einige mitunter eher seltene ALPS-Varianten, eine Tastatur mit Mitsumi-Schaltern, und eine mit Cherry-Klonen. Momentan nutze ich für den 24/7 Einsatz ein Apple Extended Keyboard II mit ADB-zu-USB Konverter - dort finden sich transparente, weiche, gedämpfte ALPS-Schalter. Geht super auf Windows 7 in allen Einsatzbereichen. Meiner Freundin wurde die QPad-MK50 mit Browns nämlich einfach zu laut. Mit dem AEK2 tippe ich auch gerade diesen Post, ist die obere




Entstehung der Idee

Auf der Suche nach schönen MX-kompatiblen Tastenkappen bin ich dann eines Tages über eine elektronische Schreibmaschine namens "Triumph Adler Gabriele 8008L" gestolpert - für diejenigen, die diese Dinger gar nicht mehr kennen (mich ja im Prinzip eingeschlossen): Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Schreibmaschine werden die Buchstaben dort nicht mehr durch diese Typenhebel, die sich ständig verhakten, sondern z.B. durch einen rotierenden Kugelkopf auf das Papier gebracht.



Mit der Adler 8008L habe ich dann leider keine Cherry MX-kompatiblen Kappen geschossen, aber die Anschaffung hatte sich trotzdem gelohnt. Beim Auseinandernehmen fiel mir nämlich auf, dass dort tatsächlich Cherry Schalter verbaut waren. Die Schreibmaschine wurde so um die späten 80er hergestellt, das heißt, MX-Switches gab es noch gar nicht. Ein bisschen in einschlägigen Foren diskutiert, und Tatsache: Es handelte sich um relativ seltene Cherry M9 Schalter, ein Vorgänger von MX Blacks
Diese Schalter sind linear, haben also keinen Klick- oder Druckpunkt wie MX Blues oder Browns. Sie kommen MX Blacks vom Tippgefühl noch am nächsten, wobei man dazusagen muss, dass sie sich sehr viel "smoother" anfühlen. Gefällt mir sehr gut, auch wenn ich normalerweise Schalter mit Druckpunkt gewöhnt bin. Zum Tippgefühl werde ich dann nochmal genauer was sagen, wenn das Ding fertig ist, und ich es ein bisschen testen konnte.




Hier seht ihr das PCB der Schreibmaschine, mit bereits ausgelöteten Schaltern und entfernter Plate. Das waren noch Elkos






Weil sich mit Schreibmaschinen heutzutage nicht mehr so furchtbar viel anfangen lässt, war schnell die Idee geboren, um die es in diesem Tagebuch gehen soll: Diese Schreibmaschine in eine PC-kompatible Tastatur umbauen. Die Schalter funktionieren prinzipiell genauso, wie alle anderen modernen auch, daran wird es also nicht scheitern. Interessierten empfehle ich hier die elektronische Theorie zu diesem Thema: How to make a keyboard – the matrix | komar's techblog


Voraussetzungen zum Bauen einer mechanischen Tastatur - was fehlt, was wird gebraucht?

Die Schalter waren sogar "plate-mounted" in der Schreibmaschine drin, das heißt nicht nur auf ein PCB gelötet, sondern zusätzlich auf einer Metallplatte befestigt. Das kommt mir sehr entgegen, weil ich diese als Grundplatte meiner neuen Tastatur benutzen kann. Tastenkappen waren natürlich auch schon auf den Schaltern drauf.




Schwierig wird es an dem Punkt, wo ich das Auslösen der Schalter feststellen und dies in ein USB-kompatibles Signal umwandeln will: Im Controller. Den Originalcontroller dafür zu verwenden, wäre vielleicht theoretisch sogar möglich (eine Matrix, um Anschläge festzustellen, hat der genauso wie meiner später), aber es wäre denke ich einfach zu unpraktisch. Immerhin ist das Ding so ungefähr 35 Jahre alt - da war noch nicht einmal an DIN/AT oder PS2 zu denken Ich habe also keine Ahnung, nach welchem Protokoll der überhaupt arbeitet. Außerdem hatte die Schreibmaschine nen Stecker, das bedeutet 230V Input, was man an den Monsterkondensatoren auf dem PCB ja auch sehen kann. Diese haben dann zwar "nur" 40V, das heißt die Versorgungsspannung für die Elektronik und Logik liegt vielleicht bei 24V (habs nicht nachgemessen). USB liefert trotzdem nur 5V.
Also war diese Entscheidung recht schnell klar: Ein eigener USB-Controller muss her. Meine Wahl fiel schnell auf die "Teensy"-Platine, weil sie per USB angeschlossen wird, genügend Pins für meine Zwecke bietet, aber vor allen Dingen auch, weil es dafür teilweise schon fertige Software gibt. Die Programmierung geschieht in der Regel in Linux, weswegen ich auf meinem Retro-Gamingsystem (bestehend aus einem ASUS Commando, einem Pentium D955 Extreme Edition, 2x1GB Ram und einer 7900GX2) kurzentschlossen noch ein Ubuntu installiert habe.

Also zusammengefasst:

• ca. 65x Cherry M9 Schalter
• eine Diode pro Schalter
• auf Cherry M9 zugeschnittene Metallplatte
• Cherry M9 Tastenkappen (sogar noch einige Custom Keycaps vorhanden)
• Teensy 3.0 Mikrocontroller
• Teensy USB Kabel
• Ubuntu Entwicklungsumgebung

Darüber hinaus noch benötigtes Werkzeug:

• kleiner 12W Lötkolben
• Kupferlackdraht
• Gehäuse für die Tastatur

Layout

In der Schreibmaschine saßen so ungefähr 65 Schalter, das heißt das ganze eignet sich - auch von den Abmaßen her - sehr gut für ein sog. "60% Keyboard". Das sieht vom Layout her ungefähr so aus:



Damit ihr euch das ungefähr vorstellen könnt. 60% heißt, im Grunde nur das Tastenfeld und einige Modifier, also gibt es keinen Nummernblock, keine F-Reihe (F1-F12). Auch die Pfeiltasten werden bei meiner wegfallen. Damit erhält man eine sehr kompakte Tastatur. Braucht man doch einmal eine Taste, die auf der Tastatur einfach nicht vorhanden ist, kann man dies über FN-Layer erreichen (wie im Notebook mit einer FN-Taste, sodass man bspw. WASD als Pfeiltasten benutzen kann).


Cherry M9 - Besonderheiten
Auf dem PCB der Schreibmaschine waren insgesamt 6 verschiedene Typen von Schaltern verbaut, wodurch sich nun richtig abgefahrene Möglichkeiten ergeben.

50x normal (ca. 80g Aktivierungskraft)
1x normal LED (ca. 80g Aktivierungskraft + LED)
7x schwer (ca. 140g Aktivierungskraft)
2x LED schwer (ca. 140g Aktivierungskraft + LED)
3x Double Activation
1x Double Activation LED

Double Activation
"Double Activation"-Switches sind Schalter, die zwei Signale ausgeben können. Drückt man den Schalter nur halb, wird nur das erste Signal gesendet. Drückt man ihn ganz durch, wird das erste und das zweite Signal gesendet. Von innen sieht das (im Vergleich zu einem normalen Schalter) so aus. Der untere Schalter hat eine extra Feder (zusätzlicher Kraftaufwand nötig, um die zweite Ebene zu aktivieren), und ein zweites Metallblatt, das beim herunterdrücken geschlossen werden kann. Achtet auch auf die vier Kontakte auf der Unterseite, wo normalerweise nur zwei sind. Was man damit anfangen kann: Wenns software-seitig klappt, plane ich, damit Alt+Tab auf einer einzigen Taste zu realisieren. Eine andere Möglichkeit wäre die erste und zweite FN-Ebene auf einen Double-Activation-Switch zu legen. Leicht drücken = FN-Ebene 1, ganz drücken, FN-Ebene 2 Soweit in der Theorie.






Hier ist das Layout, dass ich zu realisieren plane, in Excel aufgeführt. Ist in erster Linie für mich selbst, aber so ungefähr solltet ihr euch zurechtfinden. Es war gar nicht so einfach gewesen, das alles so anzuordnen, wie ich wollte, weil die Schalter auch noch alle unterschiedliche Profile haben Sprich sie sind unterschiedlich hoch, und die Stems der Schalter sind auch noch unterschiedlich angewinkelt... Und dann geht nicht mal jede Kappe auf jeden Switch. Seid einfach froh, dass euch das erspart bleibt





Lackieren der Plate

Die Plate war nicht mehr wirklich schön, und fing sogar schon an zu rosten, und deswegen habe ich mich dazu entschlossen, sie einfach zu lackieren. Dazu habe ich eine handelsübliche Sprühdose verwendet und das ganze über Nacht trocknen lassen. Hoffe euch gefällt die Farbe







Löten der Matrix

Die Theorie hierzu habe ich oben ja schon verlinkt, deswegen spare ich mir weitere Erklärungen hier. Die Schalter habe ich gemäß dem Excel-Layout in der Plate befestigt. So sieht das jetzt von hinten aus, wo die Lötarbeit beginnen kann:



Ich habe jeden Switch mit einer Diode versehen (bzw. zwei Dioden, wenn wir von den Double Activation Switches reden - die zwei Auslöseebenen werden wie zwei separate Schalter behandelt). Die Dioden und die oberen zwei Reihen sind schon geschafft...



Dazu habe ich dann die restlichen Reihen und Spalten mit Kupferlackdraht weiter verdrahtet.



Das ist jetzt erstmal die fertige Matrix. Mittlerweile habe ich die Drähte noch etwas verlängert, um die Reihen und Spalten dann auch mit dem Teensy verbinden zu können.

Und das ist von vorn. Sexy oder?





Vorbereitung für das Flashen der Software

Leider Gottes habe ich eine falsche Revision des Teensy Controllers bestellt, nämlich 3.0, die theoretisch sehr viel mehr kann (32 bit ARM Prozessor statt 16 bit AVR wie üblich bei der 2.0 Revision), leider aber auch sehr viel schwieriger zu handhaben ist. Gerade für Einsteiger und Programmier-Noobs wie mich. Ich kann guten Gewissens sagen, dass ich bis vor einer Woche nicht die geringste Ahnung von Linux, C, C++ und ungefähr allem anderen hatte, das man zum Programmieren dieses Controllers braucht.
Gut, man könnte jetzt einfach einen Teensy 2.0 kaufen, und die vorgefertigte Software nehmen, die man dafür haufenweise auf deskthority und geekhack findet. Das wäre garantiert schon schwierig genug für mich geworden, die da drauf zu kriegen. Aber das wäre ja geschummelt und unnötig Geld ausgegeben, jetzt habe ich den 3.0 und muss eben damit leben. Für den 3.0 gibt es genau eine Software, und das ist HaaTa's "Kiibohd", die er open source unter www.github.com/kiibohd/controller zur Verfügung stellt. Diese ist schon sehr kompliziert, wie sich dann auch noch zeigen wird, bietet aber auch einzigartige Features, wenn man sie denn mal zum Laufen bekommt. HaaTa hat nämlich beispielsweise ein Scan-Modul integriert, was die angeschlossene Matrix automatisch scannt, und das programmieren später um einiges leichter macht.

Gut, was solls, das Ding flasht sich nicht von alleine, also ran an den Speck. Ich habe jetzt also ein 14.10 Ubuntu und alle benötigten Programme, die noch in der Readme des "Kiibohd"-Controllers aufgeführt sind, installiert (Zeitaufwand: Ungefähr ein Tag, und ja, ihr dürft lachen ). Die Tastatur ist immer noch nicht mit dem Teensy verbunden, da ich erstmal gucken wollte, ob ich seine Software überhaupt kompilieren kann. Soweit ich das verstanden habe, dreht sich das Kompilieren der Software um das Programm cmake. Der Anfang war noch relativ einfach - per Shell ein paar Ordner erstellt und ein paar Befehle eingegeben. Dann allerdings stellte sich das Problem, dass cmake die Compiler für C und C++ nicht fand (arm-none-eabi-gcc und arm-none-eabi-g++ not found).



Um diese kleine Fehlermeldung zu beseitigen, waren zwei weitere volle Tage und die tatkräftige Unterstützung von "dfj" notwendig, seit 25 Jahren Programmierer, Linux- und Tastatur-Guru. Er meinte dann noch, in all seiner Zeit als Programmierer hat er noch keinen Code gesehen, der so schwierig und voraussetzungsvoll ist, wie "kiibohd". Super

Mittlerweile kriege ich den Code also kompiliert. Lediglich beim command "make" schmeißt er noch Fehlermeldungen raus, weil zwei Dateien nicht verknüpft werden können. HaaTa selbst ist momentan leider nicht erreichbar, weil Italienurlaub, daher ist das jetzt der aktuelle Stand der Dinge am 20.12.14. Alles weitere werde ich dann hier drunter updaten. Uff, jetzt erstmal genug getippt

Bilderpool zur Sicherheit

So und raus damit

Sehr cool! Ich hab mich schon lange gefragt, was es wohl brauchen würde, um eine mecha. selbst zu bauen.. Leider verstehe ich zwar wohl etwas mehr von Programmierung als du (wenn du wirklich so neu bist wie du sagst ), dafür habe ich keinen Plan von der Elektronik.. Werde das Projekt weiterverfolgen!

Coole Idee, da bleib ich dran

Freut mich
Und ja, Programmierung, naja man kann sich in alles einarbeiten... Aber ich kenn unter Windows schon kaum commands, und jetzt mal eben so nen USB Controller im Stegreif in Linux kompilieren, also da gibts leichtere Sachen Von der Hardware her ist es nicht so kompliziert, wie gesagt, man lötet so ne Diodenmatrix und gut ist. Das muss man nicht mal durchblickt haben, um es richtig zu machen.

Interessant
Und mein Respekt für deinen Durchhaltevermögen.
Werde auf jeden Fall dran bleiben.

Sehr interessantes Thema Könnte eine echte Alternative werden
Werde dran bleiben

Aaaaaaaaabbbbooooo!!! Heißes Teil was du dir da baust

Löten !!!!!! Ich hasse löten, mein Respekt dafür haste

Definitiv n Abo. Sieht vielversprechend aus .

Update:Software-Probleme dürften gelöst sein!
Das ist aber nicht mein Verdienst, denn ich habe mich nochmal mit dem Guru "HaaTa" zusammengesetzt, der die "Kiibohd" Universal-Firmware geschrieben hat. Er hat einfach eine virtuelle Maschine hochgeladen, die ebenfalls open source ist und ein bereits fertig konfiguriertes Linux enthält (Link auf Anfrage). Alle für das Kompilieren und Flashen benötigten Komponenten sind bereits installiert (totaler Luxus! ). Leider Gottes basiert das ganze auf nem Linux, das keine grafische Oberfläche hat, also muss man alles im Terminal machen. Stellt euch einfach vor, ihr würdet Windows nur mit CMD bedienen können, oder erinnert euch an die DOS Zeiten zurück Das ist erstmal extrem unbequem, wenn man noch keine Ahnung von dem OS hat. Sobald man dann aber ein paar Befehle im Kopf hat, und nicht immer erst googeln muss, wenn man einen Ordner löschen will, gehts

Also ab ans Kompilieren, und nach anfänglichen Startschwierigkeiten (musste die VM auf meinem Laptop öffnen, auf meinem PC ging es aus VT-x Gründen nicht), konnte ich den Code komplett "bauen". Das bedeutet, soweit ich das verstanden habe, die verschiedenen, konfigurierten Module des Codes (Scan, Macro, Output und noch einige mehr) zu einem funktionsfähigem Ganzen zusammenzubasteln und dann mit dem "./load" command auf die Teensy Entwicklerplatine zu laden.

Da alles funktionierte, habe ich den Teensy dann anschließend provisorisch mit meiner Tastatur verlötet. Weiter bin ich dann allerdings heute noch nicht gekommen: Tastaturanschläge werden noch in keiner Form erkannt, bin noch dabei das rauszufinden. Allerdings war auch ein Lötpunkt an der Matrix durch die Belastung beim Verlöten gebrochen. Halte euch auf dem Laufenden. Auch neue Bilder gibts morgen.

Hey, sehr cooles Projekt, einfach genial ^^
Das erste mal mit Linux was zu compilieren, programmieren etc. ist wirklich nicht das einfachste,
ich weiß gar nicht mehr genau, wie lange ich an meinem Raspi gesessen bin, nur damit man ein paar zusätzliche
Funktionen neben dem XMBC bekommt aber das Ganze macht ja Spass
Ich bleib hier auf jeden Fall dran, wünsche viel Glück und Geduld

Eine sehr interessante Idee, die hier umgesetzt wird! Ich würde gern mehr Bilder von der fertigen Verdrahtung sehen. So weit ich das verstanden habe, hast du die PCB komplett weggelassen und durch freiliegende Drähte ersetzt?
Hat auf jeden Fall Potential zum nachmachen, wenn es denn mit der Software kompatibel ist.

Danke für die Blumen! Genau, das PCB habe ich einfach durch Drähte ersetzt. Das funktioniert im Endeffekt genauso, und bevor man sich da dann für 30€ ne Platine designen und ätzen lässt, kann man auch eben schnell ein paar Drähte löten... Da fällt die Wahl nicht schwer
Ich bin gerade noch voll dabei, denn:

Update 11.01.: Tastenanschläge werden erkannt!
Ich habe hoffentlich die letzten Software-Probleme ausräumen können. In den letzten Tagen habe ich viel mit der matrix.h Datei rumprobiert, in der konfiguriert wird, welche Pins an dem Teensy zu den Reihen gehören (bei mir 0-4), und welche zu den Spalten (bei mir 5-21). Damit wird die Matrix aufgebaut, mit dem der Controller dann arbeitet., und festgelegt, ob die Matrix mit Pulldown oder Pullup arbeitet. Damit ist gemeint, ob 3,3V oder 0V der "Normalzustand" bei ungedrückten Tasten ist. Jeweils der umgekehrte Zustand lokalisiert dann nämlich die gedrückte Taste. Leider habe ich beim Probieren so ungefähr 15 mal ein File geflasht, in dem die Änderungen, die ich die ganze Zeit vorgenommen habe, gar nicht übernommen wurden - nen command vergessen. -.- Sicherheitshalber habe ich dann für jede Änderung einfach eine neue "build" directory erstellt.

Zum Testen hatte ich die Tastatur nochmal abgelötet, aber das wird jetzt geändert. Die Tasten konnte ich mit einem Draht schon wunderbar simulieren/auslösen, jetzt hoffen wir nur mal, dass das in der Realität mit einer Diodenmatrix dann auch so klappt, wie gedacht. Dann bliebe noch, die Tasten mit den richtigen Belegungen zu versehen, und die zwei FN-Layers einzuprogrammieren, die doppelte/dreifache Belegungen einer Taste erlauben sollten.

Ich mach dann jetzt, wo ich weiß, dass das vernünftig funktioniert, die Verdrahtung nochmal neu und ordentlich. Man verzeihe mir daher das nicht gelieferte versprochene Bild, wird nachgeholt. Stattdessen habe ich eins von meinem gerade sehr chaotischen Arbeitsplatz angehängt, damit das Update nicht ganz ohne was für die Augen bleibt

Update 12.01.: Verdrahtung vollendet
Naja ordentlich ist relativ Aber funktionieren tuts soweit. Morgen werde ich in der Software noch den Rest machen. Dann gibts auch nen größeres Update von den Hindernissen, denen ich noch begegnet bin und so weiter. Zum Schluss noch ein Bild von der fertigen Unterseite (ich weiß, wirklich viel erkennt man mangels Licht nicht). Der Teensy wird noch vernünftig fixiert, wenn denn alles soweit klappt.

Update 13.01.15: Tastatur funktionsfähig!
In diesen frühen Morgenstunden kann ich endlich behaupten, diesen Text auf meiner neuen, selbstgebauten Mechanical zu schreiben ))
An sich ist das Baby also wunderbar funktionsfähig. Ich habe noch einige Probleme mit doppeltem Auslösen von einigen Schaltern, was verschiedene Gründe haben könnte. Die Lötstellen habe ich überprüft, ich gehe vielmehr davon aus, dass die Schalter einfach dreckig von innen sind. Das mache ich dann nach dem Aufstehen mal sauber.
Den "Fancy Sh*t" hebe ich mir auch erstmal für später auf, soll heißen: Mediatasten, FN-Layer und FN-Lock Taste, und doppelte Belegung der Double Activation Switches. Aber so für den Moment bin ich schonmal zufrieden, sofern ich das mit den Auslösungen noch hinkriege.

Dann wird das ganze natürlich auf Herz und Nieren getestet werden, soll noch ein vernünftiges Gehäuse bekommen, der Teensy muss noch fest etc. pp... An Arbeit gibt es jedenfalls auch so keinen Mangel

Ich möchte darüber hinaus noch dem netten Fremden danken, der sein Navi-Ladegerät samt USB-Typ B Kabel auf dem Parkplatz verloren hat, wo ich es gefunden und für den Teensy verwurstet habe (hatte nur so ein ätzendes Spiralkabel vorher)

Noch ein bisschen was fürs Auge von dem netten Ding. Cherry M9 Schalter, verdrahtet zu einer Matrix, an einem Teensy angeschlossen und ordentlich programmiert, mit wunderschönen Retro-Doubleshot Tastenkappen und orange lackierter Platte - ich nenne das Baby "Adler60". Momentan noch ohne Gehäuse, aber macht trotzdem was her, was meint ihr?

Würde im passenden Gehäuse super in´s Steam Thema passen denke ich. Erinnert mich an meine jungen Jahre in denen ich als Kind auf ner mechanischen Maschine rumtippte. Sehr cool

Macht sogar mächtig was her! So mächtig das iuch drauf und dran bin mir 'ne olle Schreibmaschine zum ausschlachten zu besorgen!

Gratulation zum "Durchstich" !

Masterchief79...
Das ist ja der absolute ober hammer
Die idee ist wirklich super geil.....
Ich selbst kenne mich mit Mechas nicht so super aus da ich noch auf meiner G19 rum Hacke, trotzdem erstmal auf eine solche idee zu kommen und das dan zu realisieren einfach göttlich.
Wirklich ein ganz großes lob an dich.

Das designe von dem "Adler60" ist super. Die Farbgebung passt perfekt. Das Layout der alten tasten
Ich bleib dran und bin super gespannt wie es bei dir weitergeht.
Gruß D@rk