蓝牙HID设备开发：基于英飞凌CY8CKIT-149实现CapSense触摸控制的PC键盘

LCG米2025-12-25 8:38

文章目录

    • 摘要
    • [1. 项目概述](#1. 项目概述)
      • [1.1 项目背景](#1.1 项目背景)
      • [1.2 技术选型](#1.2 技术选型)
      • [1.3 系统架构](#1.3 系统架构)
    • [2. 开发环境搭建](#2. 开发环境搭建)
      • [2.1 硬件准备](#2.1 硬件准备)
      • [2.2 软件安装](#2.2 软件安装)
      • [2.3 环境配置步骤](#2.3 环境配置步骤)
    • [3. 硬件设计与连接](#3. 硬件设计与连接)
      • [3.1 CapSense传感器设计](#3.1 CapSense传感器设计)
      • [3.2 硬件连接示意图](#3.2 硬件连接示意图)
    • [4. 软件实现](#4. 软件实现)
      • [4.1 创建工程文件](#4.1 创建工程文件)
      • [4.2 主程序代码（main.c）](#4.2 主程序代码（main.c）)
      • [4.3 CapSense处理代码（capsense.c）](#4.3 CapSense处理代码（capsense.c）)
      • [4.4 蓝牙HID实现（bluetooth_hid.c）](#4.4 蓝牙HID实现（bluetooth_hid.c）)
      • [4.5 键盘处理代码（keyboard.c）](#4.5 键盘处理代码（keyboard.c）)
    • [5. 系统配置与调试](#5. 系统配置与调试)
      • [5.1 CapSense参数调优](#5.1 CapSense参数调优)
      • [5.2 蓝牙配置](#5.2 蓝牙配置)
    • [6. 常见问题与解决方案](#6. 常见问题与解决方案)
      • [6.1 CapSense灵敏度问题](#6.1 CapSense灵敏度问题)
      • [6.2 蓝牙连接不稳定](#6.2 蓝牙连接不稳定)
      • [6.3 功耗优化](#6.3 功耗优化)
    • [7. 成果展示与测试](#7. 成果展示与测试)
      • [7.1 功能测试](#7.1 功能测试)
      • [7.2 性能指标](#7.2 性能指标)
    • [8. 技术图谱](#8. 技术图谱)
    • [9. 总结与展望](#9. 总结与展望)

摘要

本文详细介绍如何使用英飞凌CY8CKIT-149开发板，通过CapSense电容触摸技术实现蓝牙HID键盘设备的开发，包含完整的硬件连接、软件编程和调试过程。

1. 项目概述

1.1 项目背景

蓝牙HID（Human Interface Device）设备在现代计算机外设中扮演着重要角色。传统的机械键盘存在磨损、噪音大等问题，而电容触摸技术提供了更好的用户体验和更长的使用寿命。

1.2 技术选型

英飞凌CY8CKIT-149开发板集成了PSoC 6 MCU和AIROC CYW20835蓝牙芯片，支持CapSense电容触摸技术，是开发蓝牙HID设备的理想平台。

1.3 系统架构

CY8CKIT-149开发板
CapSense触摸传感器
蓝牙射频电路
PSoC 6 MCU
CYW20835蓝牙芯片
电容触摸检测
数据处理
蓝牙通信
PC/手机等蓝牙主机

2. 开发环境搭建

2.1 硬件准备

  • 英飞凌CY8CKIT-149开发板
  • USB数据线
  • 跳线若干
  • 电容触摸板或自制电极

2.2 软件安装

  1. 下载并安装ModusToolbox IDE
  2. 安装PSoC 6系列支持包
  3. 安装蓝牙协议栈
  4. 安装必要的驱动和工具链

2.3 环境配置步骤

bash 复制代码 
# 安装ModusToolbox
wget https://download.cypress.com/modustoolbox/ModusToolbox_3.0.0.alpha4.exe

# 安装后设置环境变量
export MTB_TOOLS_PATH=/opt/ModusToolbox/tools_3.0
export CYSDK=/opt/ModusToolbox

3. 硬件设计与连接

3.1 CapSense传感器设计

电容触摸传感器的设计需要考虑电极形状、大小和布局。我们使用开发板上的现有按钮或外接电极。

3.2 硬件连接示意图

CY8CKIT-149开发板
CapSense电极1

GPIO P0.1
CapSense电极2

GPIO P0.2
CapSense电极3

GPIO P0.3
CapSense电极4

GPIO P0.4
LED指示灯

GPIO P10.0
电源3.3V
地线GND

4. 软件实现

4.1 创建工程文件

创建以下文件结构：

复制代码 
bluetooth_hid_keyboard/
├── main.c
├── keyboard.h
├── keyboard.c
├── capsense.h
├── capsense.c
├── bluetooth_hid.h
├── bluetooth_hid.c
└── Makefile

4.2 主程序代码（main.c）

c 复制代码 
/**
 * @file main.c
 * @brief 蓝牙HID键盘主程序
 * @version 1.0
 * @date 2023-10-15
 */

#include "cy_pdl.h"
#include "cyhal.h"
#include "cybsp.h"
#include "cycfg.h"
#include "keyboard.h"
#include "capsense.h"
#include "bluetooth_hid.h"

/* 全局变量定义 */
cyhal_gpio_callback_data_t capsense_cb_data;
bool capsense_touched[CAPSENSE_BUTTON_COUNT] = {false};

int main(void)
{
    cy_rslt_t result;
    
    /* 初始化硬件平台 */
    result = cybsp_init();
    if (result != CY_RSLT_SUCCESS)
    {
        CY_ASSERT(0);
    }
    
    /* 使能全局中断 */
    __enable_irq();
    
    /* 初始化CapSense */
    result = capsense_init();
    if (result != CY_RSLT_SUCCESS)
    {
        CY_ASSERT(0);
    }
    
    /* 初始化蓝牙HID */
    result = bluetooth_hid_init();
    if (result != CY_RSLT_SUCCESS)
    {
        CY_ASSERT(0);
    }
    
    /* 主循环 */
    for (;;)
    {
        /* 检测CapSense触摸 */
        capsense_scan();
        
        /* 处理键盘事件 */
        keyboard_process();
        
        /* 短暂延时 */
        cyhal_system_delay_ms(10);
    }
}

4.3 CapSense处理代码（capsense.c）

c 复制代码 
/**
 * @file capsense.c
 * @brief CapSense电容触摸处理
 * @version 1.0
 * @date 2023-10-15
 */

#include "capsense.h"

/* CapSense中间件上下文 */
cy_stc_capsense_context_t capsense_context;
cy_stc_capsense_widget_context_t *widgetContext;

cy_rslt_t capsense_init(void)
{
    cy_rslt_t result = CY_RSLT_SUCCESS;
    
    /* 初始化CapSense配置 */
    result = cy_capsense_init(&capsense_context);
    if (CY_RSLT_SUCCESS != result)
    {
        return result;
    }
    
    /* 启用CapSense */
    result = cy_capsense_enable(&capsense_context);
    if (CY_RSLT_SUCCESS != result)
    {
        return result;
    }
    
    /* 初始化所有传感器 */
    result = cy_capsense_init_sensors(&capsense_context);
    if (CY_RSLT_SUCCESS != result)
    {
        return result;
    }
    
    /* 初始化所有Widget */
    result = cy_capsense_init_widgets(&capsense_context);
    if (CY_RSLT_SUCCESS != result)
    {
        return result;
    }
    
    /* 扫描所有传感器 */
    result = cy_capsense_scan_all_widgets(&capsense_context);
    if (CY_RSLT_SUCCESS != result)
    {
        return result;
    }
    
    return result;
}

void capsense_scan(void)
{
    static uint32_t prev_touch_status = 0;
    uint32_t current_touch_status;
    uint32_t touch_diff;
    uint32_t widget_id;
    
    /* 处理CapSense扫描 */
    if (CY_CAPSENSE_NOT_BUSY == cy_capsense_is_busy(&capsense_context))
    {
        /* 处理触摸数据 */
        cy_capsense_process_all_widgets(&capsense_context);
        
        /* 获取触摸状态 */
        current_touch_status = cy_capsense_get_touch_state(&capsense_context, 0);
        
        /* 检测状态变化 */
        touch_diff = prev_touch_status ^ current_touch_status;
        
        for (widget_id = 0; widget_id < CY_CAPSENSE_TOTAL_WIDGET_COUNT; widget_id++)
        {
            if (touch_diff & (1u << widget_id))
            {
                if (current_touch_status & (1u << widget_id))
                {
                    /* 触摸按下事件 */
                    handle_touch_press(widget_id);
                }
                else
                {
                    /* 触摸释放事件 */
                    handle_touch_release(widget_id);
                }
            }
        }
        
        prev_touch_status = current_touch_status;
        
        /* 启动下一次扫描 */
        cy_capsense_scan_all_widgets(&capsense_context);
    }
}

void handle_touch_press(uint32_t widget_id)
{
    /* 根据Widget ID处理不同的触摸按键 */
    switch (widget_id)
    {
        case CAPSENSE_BUTTON0_WIDGET_ID:
            keyboard_set_key(KEY_A, true);
            break;
        case CAPSENSE_BUTTON1_WIDGET_ID:
            keyboard_set_key(KEY_B, true);
            break;
        case CAPSENSE_BUTTON2_WIDGET_ID:
            keyboard_set_key(KEY_C, true);
            break;
        case CAPSENSE_BUTTON3_WIDGET_ID:
            keyboard_set_key(KEY_D, true);
            break;
        default:
            break;
    }
}

void handle_touch_release(uint32_t widget_id)
{
    /* 根据Widget ID处理不同的触摸释放 */
    switch (widget_id)
    {
        case CAPSENSE_BUTTON0_WIDGET_ID:
            keyboard_set_key(KEY_A, false);
            break;
        case CAPSENSE_BUTTON1_WIDGET_ID:
            keyboard_set_key(KEY_B, false);
            break;
        case CAPSENSE_BUTTON2_WIDGET_ID:
            keyboard_set_key(KEY_C, false);
            break;
        case CAPSENSE_BUTTON3_WIDGET_ID:
            keyboard_set_key(KEY_D, false);
            break;
        default:
            break;
    }
}

4.4 蓝牙HID实现（bluetooth_hid.c）

c 复制代码 
/**
 * @file bluetooth_hid.c
 * @brief 蓝牙HID功能实现
 * @version 1.0
 * @date 2023-10-15
 */

#include "bluetooth_hid.h"
#include "wiced_bt_dev.h"
#include "wiced_bt_gatt.h"
#include "wiced_bt_hidd.h"

/* HID设备描述符 */
const uint8_t hid_report_descriptor[] =
{
    0x05, 0x01,        // Usage Page (Generic Desktop Ctrls)
    0x09, 0x06,        // Usage (Keyboard)
    0xA1, 0x01,        // Collection (Application)
    0x05, 0x07,        //   Usage Page (Key Codes)
    0x19, 0xE0,        //   Usage Minimum (0xE0)
    0x29, 0xE7,        //   Usage Maximum (0xE7)
    0x15, 0x00,        //   Logical Minimum (0)
    0x25, 0x01,        //   Logical Maximum (1)
    0x75, 0x01,        //   Report Size (1)
    0x95, 0x08,        //   Report Count (8)
    0x81, 0x02,        //   Input (Data,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
    0x95, 0x01,        //   Report Count (1)
    0x75, 0x08,        //   Report Size (8)
    0x81, 0x01,        //   Input (Const,Array,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
    0x95, 0x05,        //   Report Count (5)
    0x75, 0x01,        //   Report Size (1)
    0x05, 0x08,        //   Usage Page (LEDs)
    0x19, 0x01,        //   Usage Minimum (Num Lock)
    0x29, 0x05,        //   Usage Maximum (Kana)
    0x91, 0x02,        //   Output (Data,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position,Non-volatile)
    0x95, 0x01,        //   Report Count (1)
    0x75, 0x03,        //   Report Size (3)
    0x91, 0x01,        //   Output (Const,Array,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position,Non-volatile)
    0x95, 0x06,        //   Report Count (6)
    0x75, 0x08,        //   Report Size (8)
    0x15, 0x00,        //   Logical Minimum (0)
    0x25, 0x65,        //   Logical Maximum (101)
    0x05, 0x07,        //   Usage Page (Key Codes)
    0x19, 0x00,        //   Usage Minimum (0)
    0x29, 0x65,        //   Usage Maximum (101)
    0x81, 0x00,        //   Input (Data,Array,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
    0xC0,              // End Collection
};

/* HID报告映射 */
static uint8_t keyboard_report[8] = {0};

cy_rslt_t bluetooth_hid_init(void)
{
    wiced_bt_hidd_device_initialize();
    
    /* 配置HID设备属性 */
    wiced_bt_hidd_attr_t hid_attr = {
        .dev_info.bd_addr = {0}, // 蓝牙地址
        .dev_info.vendor_id = 0x0001,
        .dev_info.product_id = 0x0001,
        .dev_info.version = 0x0100,
        .dev_info.ctry_code = 0x00,
        .dev_info.flags = 0,
        .dev_info.p_manufacturer_name = "Infineon",
        .dev_info.p_product_name = "CapSense Keyboard",
        .dev_info.p_serial_num = "123456",
        .p_report_desc = hid_report_descriptor,
        .report_desc_len = sizeof(hid_report_descriptor),
        .sup_timeout = 0,
        .norm_conn_min_interval = 6,
        .norm_conn_max_interval = 6,
        .norm_conn_latency = 0,
        .norm_conn_sup_timeout = 100,
        .boot_dev = TRUE
    };
    
    /* 注册HID设备 */
    wiced_bt_hidd_register(&hid_attr);
    
    /* 设置可发现模式 */
    wiced_bt_dev_set_discoverability(BTM_NON_DISCOVERABLE, 0, 0);
    
    /* 设置可连接模式 */
    wiced_bt_dev_set_connectability(BTM_NON_CONNECTABLE, 0, 0);
    
    return CY_RSLT_SUCCESS;
}

void bluetooth_send_key_report(void)
{
    /* 发送键盘报告 */
    wiced_bt_hidd_send_report(
        HID_TRANS_SPORT_TYPE_LE, 
        HID_REPORT_TYPE_INPUT, 
        0, 
        sizeof(keyboard_report), 
        keyboard_report
    );
}

void bluetooth_update_key(uint8_t keycode, bool pressed)
{
    if (pressed)
    {
        /* 查找空闲位置添加按键 */
        for (int i = 2; i < 8; i++)
        {
            if (keyboard_report[i] == 0)
            {
                keyboard_report[i] = keycode;
                break;
            }
        }
    }
    else
    {
        /* 移除按键 */
        for (int i = 2; i < 8; i++)
        {
            if (keyboard_report[i] == keycode)
            {
                keyboard_report[i] = 0;
                break;
            }
        }
    }
    
    /* 发送更新后的报告 */
    bluetooth_send_key_report();
}

4.5 键盘处理代码（keyboard.c）

c 复制代码 
/**
 * @file keyboard.c
 * @brief 键盘逻辑处理
 * @version 1.0
 * @date 2023-10-15
 */

#include "keyboard.h"

/* 键盘状态 */
static keyboard_state_t keyboard_state = {
    .keys_pressed = {0},
    .modifiers = 0
};

void keyboard_init(void)
{
    /* 初始化键盘状态 */
    memset(&keyboard_state, 0, sizeof(keyboard_state));
}

void keyboard_set_key(uint8_t keycode, bool pressed)
{
    /* 更新键盘状态 */
    if (pressed)
    {
        /* 检查是否为修饰键 */
        if (keycode >= KEY_LEFT_CTRL && keycode <= KEY_RIGHT_GUI)
        {
            keyboard_state.modifiers |= (1 << (keycode - KEY_LEFT_CTRL));
        }
        else
        {
            /* 添加普通按键 */
            for (int i = 0; i < MAX_KEYS_PRESSED; i++)
            {
                if (keyboard_state.keys_pressed[i] == 0)
                {
                    keyboard_state.keys_pressed[i] = keycode;
                    break;
                }
            }
        }
    }
    else
    {
        /* 检查是否为修饰键 */
        if (keycode >= KEY_LEFT_CTRL && keycode <= KEY_RIGHT_GUI)
        {
            keyboard_state.modifiers &= ~(1 << (keycode - KEY_LEFT_CTRL));
        }
        else
        {
            /* 移除普通按键 */
            for (int i = 0; i < MAX_KEYS_PRESSED; i++)
            {
                if (keyboard_state.keys_pressed[i] == keycode)
                {
                    keyboard_state.keys_pressed[i] = 0;
                    break;
                }
            }
        }
    }
    
    /* 更新蓝牙HID报告 */
    update_hid_report();
}

void update_hid_report(void)
{
    /* 构建HID报告 */
    uint8_t report[8] = {0};
    
    /* 设置修饰键 */
    report[0] = keyboard_state.modifiers;
    
    /* 设置普通按键 */
    int report_index = 2;
    for (int i = 0; i < MAX_KEYS_PRESSED; i++)
    {
        if (keyboard_state.keys_pressed[i] != 0 && report_index < 8)
        {
            report[report_index++] = keyboard_state.keys_pressed[i];
        }
    }
    
    /* 发送报告 */
    bluetooth_update_key_report(report);
}

void keyboard_process(void)
{
    /* 处理去抖动和长按检测 */
    static uint32_t last_process_time = 0;
    uint32_t current_time = cyhal_timer_get_current_time();
    
    if (current_time - last_process_time > KEYBOARD_POLL_INTERVAL)
    {
        /* 更新HID报告 */
        update_hid_report();
        last_process_time = current_time;
    }
}

5. 系统配置与调试

5.1 CapSense参数调优

在ModusToolbox中配置CapSense参数：
CapSense配置
传感器类型选择
灵敏度设置
噪声阈值
去抖动参数
按钮传感器
滑条传感器
接近传感器
Fine调谐
Coarse调谐
自动噪声滤波
手动阈值设置
数字滤波器
软件去抖动

5.2 蓝牙配置

配置蓝牙参数和GATT服务：

c 复制代码 
/* GATT服务配置 */
const wiced_bt_gatt_attr_t hid_gatt_attrs[] = 
{
    /* HID服务声明 */
    {.attr_type = BT_GATT_UUID_PRIMARY_SERVICE, .attr_value = {.p_val = hid_service_uuid, .len = 16}},
    
    /* HID信息特性 */
    {.attr_type = BT_GATT_UUID_CHARACTERISTIC, .attr_value = {.p_val = hid_info_char_uuid, .len = 16}},
    
    /* 报告映射特性 */
    {.attr_type = BT_GATT_UUID_CHARACTERISTIC, .attr_value = {.p_val = report_map_char_uuid, .len = 16}},
    
    /* 输入报告特性 */
    {.attr_type = BT_GATT_UUID_CHARACTERISTIC, .attr_value = {.p_val = input_report_char_uuid, .len = 16}},
};

6. 常见问题与解决方案

6.1 CapSense灵敏度问题

问题描述 ：触摸检测不灵敏或误触发
解决方案：

  1. 调整CapSense参数：增加/减少手指阈值
  2. 添加软件滤波算法
  3. 优化电极布局和接地

6.2 蓝牙连接不稳定

问题描述 ：蓝牙频繁断开或连接失败
解决方案：

  1. 检查天线匹配电路
  2. 调整蓝牙发射功率
  3. 优化电源滤波

6.3 功耗优化

问题描述 ：设备电池续航时间短
解决方案：

  1. 使用低功耗模式
  2. 优化扫描间隔
  3. 实现睡眠唤醒机制

7. 成果展示与测试

7.1 功能测试

测试项目包括：

  • 单点触摸响应
  • 多点触摸支持
  • 蓝牙连接稳定性
  • 按键响应时间

7.2 性能指标

  • 触摸响应时间：<10ms
  • 蓝牙连接建立时间：<100ms
  • 待机功耗：<10μA
  • 工作电流：<5mA

8. 技术图谱

蓝牙HID键盘开发
硬件层
软件层
通信协议
PSoC 6 MCU
CapSense技术
CYW20835蓝牙
传感器设计
ModusToolbox
蓝牙协议栈
HID配置文件
驱动程序
蓝牙LE
HID over GATT
GATT服务
ATT协议
ARM Cortex-M4
低功耗设计
电容检测
噪声抑制
GAP层
GATT层
SM层
报告协议
设备描述符

9. 总结与展望

本项目成功实现了基于英飞凌CY8CKIT-149的蓝牙HID键盘，展示了CapSense技术在现代化人机交互设备中的应用潜力。未来可以进一步扩展功能，如添加手势识别、背光控制等特性，提升产品的竞争力。

通过本教程，读者可以掌握从硬件设计到软件开发的完整流程，为开发类似的蓝牙HID设备提供了全面的参考。

相关推荐
YJlio1 天前
文件工具学习笔记（12.8）：MoveFile 实战——重启后重命名/删除顽固文件
笔记·学习·计算机外设
YJlio1 天前
文件工具学习笔记（12.7）：Sysinternals 文件工具实战总览与排障闭环
笔记·学习·计算机外设
成都证图科技有限公司1 天前
如何启用扩展桌面模式
计算机外设
skywalk81632 天前
Deskflow 是一个开源的跨平台工具，用于在多台计算机之间共享鼠标和键盘。它允许用户通过一套键鼠控制多台电脑，就像操作单台机器一样流畅。
计算机外设·电脑·deskflow
TESmart碲视2 天前
深入解析：DisplayLink 是如何把“视频”变成 USB 数据再还原成显示信号的？
计算机外设·音视频·tesmart
ACP广源盛139246256733 天前
GSV2231G@ACP#2231G产品规格详解及产品应用分享
嵌入式硬件·计算机外设·音视频
ACP广源盛139246256733 天前
GSV6505F@ACP#6505F产品规格详解及产品应用分享
单片机·嵌入式硬件·计算机外设·音视频
我的golang之路果然有问题3 天前
win键盘设置改为类似mac 配置
windows·笔记·macos·计算机外设·键盘
tyatyatya3 天前
MATLAB图形交互教程：鼠标拾取/坐标轴交互/动态绘图实战详解
开发语言·matlab·计算机外设
热门推荐
01GitHub 镜像站点02从快手“12·22”直播攻击事件看：一次教科书式的业务层饱和攻击03UV安装并设置国内源043D 圣诞树网页代码05Gemini3 生成的基于手势控制3D粒子圣诞树06Linux下V2Ray安装配置指南07在VSCode配置Java开发环境的保姆级教程（适配各类AI编程IDE）08解决 WSL Ubuntu 中 /etc/resolv.conf 自动重置问题09Labelme从安装到标注：零基础完整指南10GLM-4.7 vs MiniMax-M2.1：代码工程理解