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Raspberry pi picoを使ったトラックボールモジュール設計1(基板・筐体編)

2024/05/11に公開

はじめに

この記事では、トラックボールを二つ搭載したキーボードのトラックボールモジュール部分の実装例について解説したいと思います。
マイコンボードにはraspberry pi pico、センサーはPMW3360を使用しています。

SPI通信を行うは場合、ピンの組み合わせに制限があります。
割り当ては下記になり、SPI0、1は使用するところに応じて接続する必要があります。
NCS:CSn
SCLK:SCK
MISO:RX
MOSI:TX
今回はGP9、GP12、GP13、GP14、GP15を使っていきます。

データシートとこちらを参考にしました。
色々情報を上げてくれてる方が多いですね。感謝しながら知恵をお借りしたいと思います。

pico側の回路になります。
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- QMKデフォルトはSPI0ですが、SPI1を使って実装しています。
  SPI1で実装するとファーム側で修正が増えるので、制約がなければSPI0で実装するほうがよいと思います。
- 1系統でいい場合はCSピン(NCS)のaかbどちらか一方でよいです。
sensor側の回路になります。
基本的には上下同じですが、NCSの接続先が違います。
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- VDDPIXにつながっているコンデンサがデータシートより1個少ないです。
  データシート通りの回路の方がノイズに強いかもしれません。(動作確認未検証)
- 降圧の値が違うのは、Kicadの仕様上?一枚の図面に接続しない箇所で同じ電源マークを何個も持てまなかったです。
  少し調べて分からなかったので諦めましたが、やり方があれば教えてください!

メイン基板とトラックボール基板は切り離して使います。
幅を狭くしたかったので、パッドや部品は上下に配置しています。

基板はボールケースの土台にねじ止めしてます。
XHコネクタと配線を使って、パームレスト内部で接続できるようにしています。
圧着工具はこちらの物が、お値段の割に使いやすく失敗もなくできているので、重宝しています。

右手側は大きいボールを掌の中に収めるため、左手側は親指キーが押せるように、可能な限りボールが低くなるようにしています。

ベアリングの軸はh7のシャフトを使用しています。用途的には-公差の軸ならなんでもいいと思います。
ベアリング内輪のみ当たるように溝の側面を凸形状にしています。
ケースへの取り付けいい感じにスナップフィットに出来ないか検証中です。
(現状きつめの溝に押し込んでいます。)
ベアリングはシールドor非接触シールがよいと思います。
私は今の所シールドを使用しています。
シール無しはごみがはいる環境なので良くなさそうですし、接触シールは静摩擦が大きくなるのでベアリングにしたメリットが薄れてしまいます。

この記事では、自作キーボードのトラックボールモジュール部分で設計中に調べたり試行錯誤したところを中心にまとめました。
ファームウェアに関しては、後日まとめたいと思います。