虽然选择了触摸屏，我仍选择为机械键盘嵌入摇杆模块，这本质上是对"操作连续性"的执着。
值得深思的是，本次开发过程中借助DeepSeek的代码生成与逻辑推理，其展现的能力已然颠覆传统编程范式，需求描述可自动转化为功能实现，算法优化能自主完成多目标博弈，这昭示着技术生产关系的根本性变革。
技术演进正在重构价值坐标系，边缘计算设备通过蒸馏更好的模型实现端侧智能，使AI能力呈指数级渗透产业格局，算力资本形成的新型生产资料，正在重塑技术话语权分配机制，工程师的核心竞争力将从代码实现转向需求抽象、系统架构与伦理把控在这场人机协同的认知革命，真正的危机并非技术替代，而是思维范式的停滞。
当AI解构了执行层的技术壁垒，人类智慧的战场必将向更高维度迁移——那些涉及跨领域创新、价值判断与复杂系统设计的领域，正是技术人亟待开垦的新边疆，但愿技术人可以在这样的狭缝中获得存在的意义。
言归正传还是回到我们的QMK键盘增加摇杆功能，首先要了解一下QMK 生成键盘的整体文件结构：
qmk_firmware/keyboards/demo_keyboard/
├── config.h
├── keymaps/
│ └── default/
│ ├── keymap.c
├── rules.mk
└── keyboard.json
keyboard.json功能：定义键盘的硬件配置、布局、功能和元数据。示例
rules.mk功能：定义编译选项和功能开关。
config.h功能：定义键盘的硬件配置和宏。
keymaps/default/keymap.c功能：定义默认键位布局，开启自定义功能。
所以增加摇杆和鼠标就需要在这些文件里面进行修改
在rules.mk中启用摇杆和鼠标按键功能
POINTING_DEVICE_ENABLE = yes
POINTING_DEVICE_DRIVER = analog_joystick
MOUSEKEY_ENABLE = yes
# DEBUG_ENABLE = yes
# CONSOLE_ENABLE = yes # 启用调试输出
在config.h中添加摇杆和鼠标键的读取对应端口
/*
Copyright 2025 <JohnsonLv>
This program is free software: you can redistribute it and/or modify
it under the terms of the GNU General Public License as published by
the Free Software Foundation, either version 2 of the License, or
(at your option) any later version.
This program is distributed in the hope that it will be useful,
but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
GNU General Public License for more details.
You should have received a copy of the GNU General Public License
along with this program. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
*/
#pragma once
#define ANALOG_JOYSTICK_X_AXIS_PIN GP26
#define ANALOG_JOYSTICK_Y_AXIS_PIN GP27
#define MOUSE_BTN1_PIN GP15
在keymap.c中添加，保留以前的键盘键的映射，然后添加一些关于摇杆的函数
/// Copyright 2023 QMK
// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
#pragma once
#include QMK_KEYBOARD_H
#include "pointing_device.h"
#include "print.h"
#include "timer.h" // 用于 timer_read32 和 timer_elapsed32
// 定义摇杆的灵敏度
#define JOYSTICK_SENSITIVITY 1
static bool debounce = false;
static uint32_t debounce_timer = 0;
// 初始化独立按键的 GPIO
void keyboard_post_init_user(void) {
setPinInputHigh(MOUSE_BTN1_PIN); // 设置为输入模式，启用内部上拉电阻
}
// 新增参数定义（需根据实际需求调整）
#define MAX_CURSOR_SPEED 10 // 最大光标速度
#define SPEED_REGULATOR 3 // 速度调节系数
// 非线性映射函数（基于 IBM 专利逻辑）
void joystick_ibm_algorithm(int16_t x, int16_t y, int16_t* x_out, int16_t* y_out) {
static int16_t z_prev = 0; // 静态变量保存上一次的 z 值
// --- 核心算法逻辑 ---
// 1. 计算近似平方根的 z 值
int16_t ax = abs(x);
int16_t ay = abs(y);
int16_t z = ax + ay - ((2 * (ax < ay ? ax : ay)) / 3);
// 2. 动态调整光标移动
if (z > 4) {
// 计算动态变化的 zi 值（包含释放补偿）
int16_t zi = (z - z_prev) * 6 + z;
// 计算最终坐标（避免除以零）
int16_t x_calc = (zi == 0) ? 0 : (x * z * MAX_CURSOR_SPEED) / (zi * SPEED_REGULATOR);
int16_t y_calc = (zi == 0) ? 0 : (y * z * MAX_CURSOR_SPEED) / (zi * SPEED_REGULATOR);
*x_out = x_calc;
*y_out = y_calc;
} else {
*x_out = 0;
*y_out = 0;
}
// 3. 保存当前 z 值供下次使用
z_prev = z;
}
// 处理独立按键和摇杆的函数
void my_process_joystick(void) {
// 获取摇杆的 X/Y 轴值
int16_t x_raw= joystick_state.axes[0];
int16_t y_raw= joystick_state.axes[1];
// 创建鼠标报告
report_mouse_t mouse_report = {0};
// 应用 IBM 算法
int16_t x_mapped, y_mapped;
joystick_ibm_algorithm(x_raw, y_raw, &x_mapped, &y_mapped);
// 检测独立按键状态（按下时为低电平）
bool btn_state = !readPin(MOUSE_BTN1_PIN); // 按下时为 true
// 消抖逻辑
if (btn_state && !debounce) {
debounce = true;
debounce_timer = timer_read32();
mouse_report.buttons |= KC_BTN1; // 触发左键
} else if (!btn_state && debounce) {
if (timer_elapsed32(debounce_timer) > 5) { // 消抖时间 5ms
debounce = false;
mouse_report.buttons &= ~KC_BTN1; // 释放左键
}
}
// 发送鼠标报告
pointing_device_set_report(mouse_report);
pointing_device_send();
}
// 键盘矩阵扫描后的钩子函数
void matrix_scan_user(void) {
my_process_joystick();
}
// 键盘布局定义（无需为独立按键分配矩阵键位）
const uint16_t PROGMEM keymaps[][MATRIX_ROWS][MATRIX_COLS] = {
[0] = LAYOUT_numpad_4x4(
KC_1, KC_2, KC_3, KC_4,
KC_5, KC_6, KC_7, KC_8,
KC_9, KC_0, KC_A, KC_B,
KC_C, KC_D, KC_BTN2, KC_BTN3 // 保持矩阵中的键位不变
)
};
在上面的这段算法中借用了 https://patents.google.com/patent/US5570111A， IBM的一个专利技术
以下是这段基于 IBM 专利的摇杆算法的逐层解析，我将用 「物理直觉 → 数学实现 → 代码表达」 的逻辑链解释其精妙之处：
1. 近似矢量长度（模拟平方根）物理需求：
需要计算摇杆偏移的「矢量长度」，但避免耗时的真实平方根运算。数学实现：
通过线性组合近似替代
x
2
+
y
2
\sqrt{x² + y²}
x2+y2，专利给出的公式：
z
=
∣
x
∣
+
∣
y
∣
−
(
2
∗
m
i
n
(
∣
x
∣
,
∣
y
∣
)
)
/
3
z = |x| + |y| - (2 * min(|x|, |y|)) / 3
z=∣x∣+∣y∣−(2∗min(∣x∣,∣y∣))/3
代码实现：
int16_t ax = abs(x);
int16_t ay = abs(y);
int16_t z = ax + ay - ((2 * (ax < ay ? ax : ay)) / 3);
效果说明：当摇杆沿对角线移动时（x=y），公式简化为 ( 4 / 3 ) ∗ x (4/3) * x (4/3)∗x，接近真实平方根 2 ∗ x ≈ 1.414 x \sqrt2*x ≈ 1.414x 2∗x≈1.414x当摇杆沿单轴移动时（如 x=0），公式退化为 y，与真实值一致平衡了计算效率和准确性
2. 动态响应补偿（预测释放动作）
物理需求：
当用户松开摇杆时，光标会因惯性继续移动，需要模拟「减速回弹」效果。
数学实现：
通过差分计算摇杆速度变化：
z
i
=
z
+
6
∗
(
z
−
z
p
r
e
v
)
zi = z + 6*(z - z_{prev})
zi=z+6∗(z−zprev)
（
z
p
r
e
v
z_{prev}
zprev是上一帧的 z 值）
代码实现：
int16_t zi = (z - z_prev) * 6 + z; // 放大变化量的影响
效果说明：
- 快速释放时（z 急剧减小）： z i zi zi会远小于 z z z，导致 x c a l c / y c a l c x_{calc}/y_{calc} xcalc/ycalc分母增大，光标减速
- 保持摇杆时（z 稳定）： z i ≈ z zi ≈ z zi≈z，光标匀速移动
- 推动摇杆时（z 增大）： z i > z zi > z zi>z，分母增大，光标加速更平缓
3. 非线性速度映射
物理需求：
摇杆偏移量与光标速度呈非线性关系（小偏移精细控制，大偏移快速移动）。
数学实现：
速度公式：
x_calc = (x * z * MAX_CURSOR_SPEED) / (zi * SPEED_REGULATOR)
代码实现：
int16_t x_calc = (zi == 0) ? 0 : (x * z * MAX_CURSOR_SPEED) / (zi * SPEED_REGULATOR);
参数控制：
| 参数 | 作用 | 调整建议 |
|---|---|---|
MAX_CURSOR_SPEED | 最大移动速度 | 值越大光标移动越快 |
SPEED_REGULATOR | 整体灵敏度调节 | 值越大光标移动越慢 |
6 (zi的系数) | 惯性响应强度 | 值越大释放时的减速越明显 |
4. 死区处理与噪声过滤
物理需求：
消除摇杆中心位置的微小抖动。
数学实现：
当 z ≤ 4 时强制归零：
if (z > 4) { ... } else { *x_out=0; *y_out=0; }
效果说明：
- 过滤摇杆电阻器的噪声
- 提供明确的中心死区
整体算法流程图
原始输入 (x,y)
↓
计算近似矢量长度 z
↓
动态补偿 → 计算 zi (包含惯性预测)
↓
非线性映射 → 输出 (x_calc, y_calc)
↓
保存 z 值 → 供下一帧使用
实际调试技巧
-
参数联动调整：
- 先固定
SPEED_REGULATOR=1，调整MAX_CURSOR_SPEED确定最大速度 - 然后增大
SPEED_REGULATOR微调灵敏度 - 最后调整
zi的系数（代码中的6）控制惯性效果
- 先固定
-
边界保护：
添加范围限制防止溢出：
x_calc = MAX(-127, MIN(x_calc, 127)); // 确保在鼠标协议范围内
这个算法通过巧妙的近似和差分计算，在极低的计算开销下实现了符合人体工学的光标控制特性，正是这种「用简单数学模拟复杂物理直觉」的设计，让它成为经典。
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