Hardware basics · Level 1

先认识“谁在计算,谁在连接”

你不需要先学完整门电路或模拟电子学。本阶段只需要建立一个准确模型:开发板读取五个按钮,再把按键通过 USB 或蓝牙报告给电脑。

当前阶段:认识硬件 · 不接电池 · 不焊接
01 · 全貌

整个系统只有四步

手指按按钮 GPIO 电平变化 ZMK 判断键位 USB / BLE HID 电脑收到按键

硬件负责“发生了什么”

按钮和电线让开发板知道:D0 现在被按下。它们不懂 F13,也不懂语音输入。

固件负责“这意味着什么”

ZMK 把位置 0 解释为 F13,然后通过标准键盘协议告诉电脑。

固件是什么? 固件是运行在开发板里的软件。它比电脑应用更接近硬件,负责读取引脚、处理按键和管理蓝牙。我们的 .uf2 文件就是编译后的固件。
02 · 开发板

XIAO nRF52840:这台遥控器的小电脑

你买的 Seeed Studio XIAO nRF52840 是一块开发板。它把微控制器、USB-C、天线、供电和可连接引脚放在一块很小的 PCB 上,让我们不用从裸芯片开始。

官方参考图:Seeed Studio XIAO nRF52840。你购物车中的 SKU 是普通 nRF52840,不是带传感器的 Sense 版本。
nRF52840

Nordic 生产的微控制器芯片,内含 CPU、内存、Bluetooth Low Energy 无线能力和可编程引脚。

MCU / 微控制器

适合控制具体硬件任务的小型计算机。它不像 PC 那样运行桌面系统,而是持续运行一份专用固件。

PCB

Printed Circuit Board,印刷电路板。绿色或黑色板上的铜线把芯片、USB 和引脚连接起来。

USB-C

既可以供电,也可以传输数据和刷写固件。必须使用数据线,而不是只能充电的线。

我们第一阶段会用到哪些引脚?

D0–D4 用来读取五个按钮; 是五个按钮共用的参考点。

官方引脚图经过等比例缩小以便网页加载。点击查看大图。我们只先关注 D0、D1、D2、D3、D4、GND。
不要把 3V3 和 GND 直接相连 这叫短路,会让电流走一条阻力很小的路径,可能导致开发板复位、发热或损坏。接线阶段只把按钮接在 GPIO 与 GND 之间。
03 · 面包板

面包板:不用焊接的临时连接器

830 孔面包板内部已经有金属夹片。你把开发板、按钮和杜邦线插进去,就能临时连接电路;拔掉后还可以重新组合。

中间区域

通常每五个孔在内部横向相连,中间凹槽把左右两侧断开。四脚按钮要跨过这条凹槽。

两侧电源轨

标有红色和蓝色的长排孔通常纵向相连。我们会把蓝色轨用作共用 GND,但上电前仍要用万用表确认。

“通常相连”不能代替测量 不同面包板的电源轨可能在中间断开。后续接线时会用万用表通断档验证,而不是只看颜色猜。
04 · 轻触按钮

四只脚,不代表四个独立触点

常见 6×6 mm 四脚轻触按钮内部其实只有两组触点:同一侧的两只脚永久相连;按下后,左右两侧才连通。

按钮内部连接的简化模型
未按下:  A ── A     B ── B
               × 不导通

按下后:  A ── A ─── B ── B
                  导通

如果把 GPIO 和 GND 接在同一侧,按钮无论按不按都已经连通;程序会认为按键一直被按住。这是新手最常见的面包板错误之一。

按钮应该怎样插?

05 · 线材

杜邦线:把面包板上的点接起来

你买的是 20 cm 公对公、母对母、公对母套装。这里的“公”是露出的金属针,“母”是可以套住排针的插孔。

公对公

面包板 ↔ 面包板

两端都是针,最适合在面包板孔之间跳线。

母对母

排针 ↔ 排针

两端都是插孔,适合连接两块已经焊接公排针的模块。

公对母

面包板 ↔ 模块

一端插面包板,一端套住模块公排针。

USB-A → USB-C 数据线

它同时承担三件事:给 XIAO 供电、把 UF2 固件传进开发板、让 XIAO 作为 USB 键盘向电脑发送按键。只支持充电的线无法完成后两件事。

06 · 五键电路

每个按钮只有一条规则

按钮的一端接一个 GPIO,另一端接 GND。固件启用“内部上拉”:松开时输入保持高电平,按下接地后变成低电平。

原创教学示意:D0→Voice、D1→Up、D2→Enter、D3→Down、D4→Device;每个按钮另一侧接 GND。实际接线将在下一阶段根据你收到的实物照片调整孔位。

GPIO 读到高电平

按钮没有接通 GND。内部上拉电阻把输入轻微拉向供电电压,避免引脚悬空乱跳。

07 · 术语表

这节课出现的新词

GPIO

可由固件配置为输入或输出的通用引脚。本项目先把 D0–D4 配置为按钮输入。

GND

Ground,电路共同参考点。不是“没有用的负极”,而是所有电压判断的基准。

内部上拉

MCU 内部用一个较大电阻让输入在按钮松开时稳定为高,不需要额外焊接电阻。

Active Low

低电平表示动作发生。本项目按钮按下会接地,所以使用 active low。

BLE

Bluetooth Low Energy,低功耗蓝牙。适合电池供电的键盘、鼠标和传感器。

HID

Human Interface Device,键盘、鼠标等输入设备的标准协议。电脑无需专用驱动即可识别。

ZMK

专为现代键盘设计的开源固件,负责按键扫描、USB/BLE HID、多主机配对和低功耗。

UF2

一种适合开发板拖拽刷写的固件文件格式。进入 bootloader 后复制到虚拟磁盘即可。

08 · 自测

进入接线关卡前,先确认你能回答

这些勾选只保存在当前浏览器,用于个人复习;不会把 Roadmap 阶段自动标成完成。正式完成状态必须来自接线照片、测量和实机测试。

下一步需要你的实物输入 收到物料后,拍一张 XIAO、面包板和按钮平铺照片,再拍一张 XIAO 排针近照。我们会根据真实排针和面包板孔位生成逐孔接线图,而不是凭商品宣传图猜。
术语解释