歡迎來到 [鍵入佳境] 自作鍵盤系列的入門文章，今天我們來介紹機械鍵盤的基本電路。
機械鍵盤
機械鍵盤是以機械元件的動作來判斷按鍵是否有壓下。以紅軸的機械動作為例，在紅軸的機械軸當中有兩片金屬，當按下軸的時候，壓到底，就會讓兩片金屬 “碰” 到一起，形成了所謂 “導通” 狀態。
機械鍵盤的電路
電路是電子元件的線路。每一個電子元件之間需要互向溝通，譬如我們要將字元 ‘A’ 從 CPU 傳遞到記憶體，就需要將 CPU 與記憶體透過電路的方式連接。
機械軸其實只是開關
機械鍵盤的軸，其實只是一個開關，原理就跟一般開關一樣，其實沒有什麼特別，就像你按下電視遙控器，電視會打開一樣。當你按下按鍵的時候，就是一個開關被觸發。
當你按下開關之後，就會變成一個導通的狀態，也就是連接，像一條導通的電路一樣。
VCC 就是電源，GND 是接地，當開關沒有被按下的時候，控制器會偵測 (偵測點 1) 到高電位，按下開關之後，偵測點 1 會直接呈現接地狀態，所以控制器會偵測到低電位，也就是當低電位時，代表按鍵被按下了 (此電路只是提供一個簡單的範例)。
鍵盤矩陣 (Keyboard Matrix)
控制器會需要一個 I/O 腳偵測每一個按鍵的開或關狀態，那如果我們有 104 顆按鍵，不就需要 104 個 I/O 嗎？多數的控制器都沒有這麼多 I/O 腳，所以我們利用鍵盤矩陣的方式，將電路分成行與列，利用交錯的方式來偵測按鍵是否有按下：
透過行與列的方式，所以我們只需要一個 5×5 的矩陣，就能控制 25 個按鍵，看你需要幾個按鍵，就設計矩陣的 I/O 腳位即可。
基本按鍵原理與鬼鍵 (Ghost Key)
基本按鍵原理
鍵盤矩陣的運作方式是透過掃描的方式逐一掃瞄行與列，利用改變行電位，然後偵測哪一個列的電位有改變，就知道哪一個鍵被按下。
掃描時，首先會設定 Column 1 變成高電位，我們用 VCC 來表示， 所以當按下 SW2 的時候，Row 1 就會收到高電位訊號，若是 SW2 是 ‘A’ 這個按鍵，控制器會送給電腦 “A” 按下，控制器會紀錄 SW2 是按下狀態。
接下來 Column 1 會回復成低電位，Column 2 會變成高電位，若是 SW3 被按下，Row 1 就會是高電位，若是 SW5 被按下，Row 2 會是高電位，一直如此到所有 Column 掃描過。
接者又重新來到 Column 1 變成高電位，若這時 SW2 放開了，Row 1 會是低電位，控制器因為先前紀錄 SW2 是按下狀態，現在低電位表示被放開了，控制器會送給電腦 “A” 放開，控制器又紀錄了 SW2 是釋放狀態。一直重複這個循環，所以當你按下按鍵時，其實電腦會收到按下與釋放的兩個狀態喔！
所有按鈕的 Column 與 Row 的狀態如下：
Column 1 HIGH + ROW 1 HIGH = SW2 被按下 Column 1 HIGH + ROW 2 HIGH = SW4 被按下 Column 2 HIGH + ROW 1 HIGH = SW3 被按下 Column 2 HIGH + ROW 2 HIGH = SW5 被按下
那什麼是鬼鍵呢? 如下狀況時，這兩個狀況都會造成控制器認為 SW5 被按下。
SW5 正常的狀態 
SW5 被按下的鬼鍵
雖然有了鍵盤矩陣，但因為電流是會亂跑得，只要是導通的線路上，電流會充滿整個電路，於是就會發生所謂的鬼鍵！造成誤判 SW5 被按下。
機械鍵盤的基本電子零件
二極體
使用二極體就能防止鬼鍵！因為二極體會限制電流的方向，讓電流只能朝單獨的方向前進，就不會發生鬼鍵的問題。
二極體有多種樣式，在自作鍵盤的時候最常會用到的應該是插件式的元件，如圖：
鍵盤常用的二極體編號是 1N4148 ，分為插件式 (DIP) 與貼片式 (SMD)，插件式地的一般表面可能會寫 T4 或是 T3 等字樣，會有一條線來區別級性，從左到右是二極體的電子元件圖、 插件式 (DIP) 與貼片元件 (SMD) 。插件式與貼片式都有明顯標示了一條線，就跟元件圖的方向一樣：
1N4148 電子元件圖 
1N4148 插件式 
1N4148 貼片式
最後加上二極體後，就不會出現鬼鍵了：
控制器
控制器可以想像成鍵盤的 CPU，就是主要的心臟。我們會在控制器當中安裝 QMK 軟體，控制器就會開始偵測每一個按鍵的狀況，當按見被按下時，就會依照設定值送出訊號給電腦。
一般常見的控制器有 Arduino Pro Micro 與 Teensy 2.0 兩種。像是 ErgoDox 系列的經典鍵盤，左手使用的是一個 I/O 擴展 IC，MCP23018，透過右手的 Teensy 2.0 來發送訊號給左手 MCP23018 來掃描左手按鍵，再回傳電腦。
後期大家將左右手都改為 Arduino Pro Micro，方便購買與更加便宜。
外殼
自作鍵盤的外殼如果不是自己使用 3D 列印或是購買現成的話，一般來說都會使用壓克力來當作外殼。
壓克力外殼
壓克力一般會使用 3mm 到 5mm 的壓克，有兩種，一種是使用約 5 層的 3mm 壓克力，將整個 PCB (電路板) 包起來，整個鍵盤會很堅固，但是也會很重，像是 ErgoDox。另一種是只有底座跟一片定位版，中間透過銅柱的方式支撐，而 PCB 會藉由軸與定位版的方式固定，PCB 像是夾漢堡一樣，例如 ErgoDash。使用壓克力的好處是便宜，並且透光，你也可以選擇壓克力的顏色。
PCB 材質的外殼
還有一種比較高級的外殼，直接使用 PCB 當作定位版與底座，優點是材質特殊，看起來非常漂亮，但是缺點是若是你的鍵盤有底光或是背光，就看不到摟，Crone/crkbd 有 PCB 定位版與外殼。
結論
對自己做鍵盤有更深的認識了嗎？下次我們會來講一些基本工具，如果喜歡我們的文章，記得訂閱喔！有問題可以留言詢問！
