--- title: '[自製QMK鍵盤-2] 如何選擇微控制器 MCU？' description: '在正式編寫 QMK 韌體前，我們還需要先決定要使用什麼微控制器（Microcontroller，MCU）。這篇文章會介紹幾個比較常見的 MCU 並且說明它們的優缺點，讓你可以依據不同的需求來選擇要使用的 MCU。 要注意的是，本文的重點是 MCU IC 本身而非開發板。不同的開發板可能會使用相同的 MCU（例如 Pro Micro 和 Arduino Leonardo 都是使用 ATmega32U4 這顆 MCU），但其出廠預燒的 Bootloader 可能不同。' canonical: 'https://blog.ziteh.dev/posts/diyqmkkeyboard-mcu-sel' created: 2023-12-21T12:04:00.000Z tags: ['教學', 'DIY', '3C', 'QMK'] categories: ['自製QMK鍵盤'] author: 'ZiTe' rights: 'CC BY-NC-SA' --- 在正式編寫 QMK 韌體前，我們還需要先決定要使用什麼微控制器（Microcontroller，MCU）。這篇文章會介紹幾個比較常見的 MCU 並且說明它們的優缺點，讓你可以依據不同的需求來選擇要使用的 MCU。 要注意的是，本文的重點是 MCU IC 本身而非開發板。不同的開發板可能會使用相同的 MCU（例如 Pro Micro 和 Arduino Leonardo 都是使用 ATmega32U4 這顆 MCU），但其出廠預燒的 Bootloader 可能不同。 本文不會把所有支援的 MCU 都介紹（太多了），只會重點介紹那些適合新手及不熟悉該領域的人的型號。如果你想知道所有 QMK 支援的 MCU 的話，請參考官網文件：[Compatible Microcontrollers](https://docs.qmk.fm/#/compatible_microcontrollers) ## MCU 影響什麼？ 首先我們要知道 MCU 會影響鍵盤的什麼？ - 按鍵數量。MCU 的 GPIO 腳位數量決定了它可以做多少鍵的鍵盤。 - 功能。MCU 的硬體規格（主要是 Flash 大小）決定了這把鍵盤可以啓用多少功能（如 [Vial](https://get.vial.today)）。 - 焊接容易度。MCU 的封裝決定了焊接的容易度。 - 週邊電路。不同的 MCU 所需的必要週邊電路都不同，這會影響 PCB 佔用空間、PCB Layout 難度及最終成本。 - PCB 佔用空間。除了 MCU 本身封裝所佔用的空間，其必要的週邊電路多寡也會影響佔用空間。 - 採購容易度。有些 MCU 比較少見，不見得方便購買，而如果想要使用 PCBA 服務的話，也必須選擇廠商有提供的 MCU。 - 燒錄方式。MCU 需要燒錄器（如 ST-Link）或 Bootloader 才能夠將 QMK 韌體燒錄進去，燒錄方式會影響開發的方便性。 - 成本。MCU 的價格當然也都不同。 > - GPIO（General-purpose input/output）：通用功能輸入輸出。簡單來說就是 MCU 的 IO 腳、Pin 腳。 > - Flash（Flash memory）：快閃記憶體。簡單來說就是 MCU 上儲存韌體程式的地方，類似電腦裡的硬碟。 > - Bootloader & DFU（Device firmeare update） > - Bootloader 是在 MCU 上引導開機的引導程序（對，MCU 和電腦一樣也有開機流程）。 > - DFU mode 是指 MCU 的一種更新韌體程式的模式，在此模式下更新韌體往往不需要專用的燒錄器，只需要原本就有的通訊埠（如 USB）就可以了。 > - 雖然 Bootloader 和 DFU 本質上不太相同，但很多時候會把它們混著講，而實際上通常是指 DFU。 > - PCBA（PCB Assembly）：PCB 組裝。簡單來說就是請工廠除了要生產 PCB 外，還要用打件機幫你把零件放上去，再用回流焊或波峰焊等設備幫你焊接，等你收到時就不用再自己焊接零件了。 ## 快速比較 | 項目 | ⭐ATmega32U4 | AT90USB1286 | ⭐RP2040 | STM32F303CC | STM32F401CC | | -------------- | ------------------- | ------------------- | ---------------------------- | -------------------- | -------------------- | | CPU 架構 | 8-bit AVR | 8-bit AVR | 雙核心 32-bit ARM Cortex-M0+ | 32-bit ARM Cortex-M4 | 32-bit ARM Cortex-M4 | | 運作頻率 | 16/8 MHz *(1)* | 16/8 MHz *(1)* | 133 MHz | 72 Mhz | 84 Mhz | | ROM (Flash) | 32 KB + 1 KB EEPROM | 128 KB + 4KB EEPROM | 最多 16 MB *(2)* | 256 KB | 256 KB | | RAM | 2.5 KB | 8 KB | 264 KB | 40 KB | 64 KB | | GPIO | 25 | 46 | 30 | 37 | 36 | | 週邊電路 | 少 | 少 | 多（Flash） | 少 | 少 | | Bootloader | 第三方 *(3)* | 第三方 *(3)* | 內建 | 內建 | 內建 | | 封裝 | TQFP-44, QFN-44 | TQFP-64, QFN-64 | QFN-56 | LQFP-48 | UFQFPN-48, WLCSP-49 | | 常見開發板 | Pro Micro | Teensy++ 2.0 | Paspberry Pi Pico | Proton C | WeAct Blackpill | | 單價（Mouser） | NT$ 180 | NT$ 355 | NT$ 24 | NT$ 261 | NT$ 226 | | 單價（臺灣） | NT$ 280 | NT$ 510 | NT$ 80 | NT$ 195 | -- | | 單價（淘寶） | NT$ 79 | NT$ 330 | NT$ 18 | NT$ 45 | NT$ 42 | | 廠商 | Microchip | Microchip | 樹莓派 | ST | ST | > 1. 使用 5V 電源時可以到 16 MHz；使用 3.3V 時可以到 8MHz。 > 2. RP2040 沒有內建 Flash，你必須外接獨立的 Flash IC，如： W25Q128JVS, W25Q64JVXGIQ。 > 3. 一般來說出廠的 MCU 不會燒好第三方 Bootloader，如何你是單買 IC 而非開發板，可能需要使用燒錄器先燒好 Bootloader 後才可以使用 QMK。 對於新手我基本上只推薦 **ATmega32U4** 和 **RP2040**，且***最優先推薦 RP2040***。如果你不知道怎麼選的話，可以參考以下的守則： 1. 如果你不想自己畫/處理 MCU 的 PCB 電路，想要使用現成的開發板的話，選擇 RP2040。 2. 如果以下 3 點**全部符合**的話，選擇 QFP 封裝的 ATmega32U4。 1. 你不能接受成品鍵盤使用現成開發板，你一定要 MCU 直接焊在鍵盤 PCB 上。 2. 你的焊接技術及工具無法讓你焊接 QFN 封裝的 IC。 3. 你不想要用 PCBA（讓工廠幫你焊接）。 3. 如果你的鍵盤要啓用藍牙，選擇 ATmega32U4（或不用 QMK，改用 ZMK 和 nRF5 SoC）。 4. 如果你的鍵盤 PCB 空間嚴重不足，調整許久依然沒有足夠的空間放 RP2040 及其週邊電路，選擇 ATmega32U4。 5. 如果你**不符合**上述的任何一種情況，選擇 RP2040。 使用 ATmega32U4 需要額外注意：32KB 的 Flash 真的很小，建議你在畫 PCB 前先完成並測試 QMK 韌體，把所有你要的功能打開（包含 Vial）。如果編譯後 QMK 提示 Flash 空間不足，且你已經使用了所有優化選項，而你又不想放棄那些功能的話，就只能放棄 ATmega32U4 改用其它 MCU 了。 ## MCU 細評 ### RP2040 [官網][rp] 樹莓派 Raspberry Pi 所推出的 32-bit ARM MCU，硬體規格非常強大，卻超級便宜。**我最推薦**的 MCU。我自己的 [ErgoSNM](https://github.com/siderakb/ergo-snm-keyboard) v2.1 也是使用 RP2040。 - 優點： - QMK 的新寵兒。雖然還比不上 ATmega32U4 的時間累積，但是有越來越多鍵盤將 MCU 換成 RP2040。要找參考資料和問問題也滿方便了。 - QMK 使用內建的 Bootloader，不用準備燒錄器。 - 開發板容易購買，不管是官方的 Raspberry Pi Pico 或其它廠商自己出的開發板都很不錯，且各有特色。 - GPIO 腳位很靈活，如果你要加額外的零件，並會用到 SPI 或 I2C 的話，這點會很方便。 - 硬體規格強大，用來做鍵盤綽綽有餘。 - 價格便宜。 - 電路圖 Schematic 可以參考 Raspberry Pi 官方的參考資料。 - 缺點： - 僅有 QFN 封裝，手工焊接需要一定的技術。 - 要外接 Flash IC，會佔用 PCB 空間與增加 Layout 難度。 - 週邊電路的電容數量比較多且擠，Layout 難度較高。 - 要注意的事： - QMK 針對 RP2040 有個專屬頁面：[Raspberry Pi RP2040](https://docs.qmk.fm/#/platformdev_rp2040) - 如果你真的很想用 RP2040 但也真的無法焊接 QFN 的話，可以試著去瞭解 PCBA 服務，現在要使用不會很難也不會很貴。不然最簡單的方法就是買現成的開發板。 - RP2040 的 GPIO **全部都沒有** 5V 承受能力，請僅使用 3.3V。 我自己畫的 RP2040 開發板：[RP Micro](https://github.com/siderakb/rp-micro) ![RP Micro：RP2040 開發板](https://bucket.ziteh.dev/blog/diyqmkkeyboard-mcu-sel/c2824c56.webp) ### ATmega32U4 [官網][32u4] 熟悉 Arduino 的人應該對「ATmega」這個名字很熟悉，ATmega32U4 是 Microchip（原本是 Atmel，已被前者併購）公司的一款 8-bit AVR MCU。與 RP2040 同為我推薦新手的其中一種 MCU。 - 優點： - QMK 中最常見的 MCU，不管是想找範例或問問題都比較方便。 - QMK 的藍牙功能原則上只支援 AVR。 - 開發板容易購買，最常見的就是 Pro Micro。 - 週邊電路簡單，PCB Layout 方便，佔用空間也少。 - 有 QFP 封裝，適合手工焊接。 - 可以使用 5V 或 3.3V。 - 電路圖 Schematic 可以參考 Pro Micro。 - 缺點： - 32 KB 的 Flash 真的很小，如果鍵盤想要比較多或複雜的功能的話，空間可能會不夠。 - 貴，從上面的比較表應該不難看出 ATmega32U4 的規格是最弱最舊的，但是它卻一點也不便宜。 - GPIO 數量不多，如果沒有要加其它零件的話，25 腳應該還夠，但如果要加其它零件的話可能就會不夠用。 - 如果是單買 IC 本身，出廠大概不會幫你燒 Bootloader，你可能要另外用燒錄器燒。 - 要注意的事： - 如果你編譯出來的韌體大小真的裝不進 32 KB 的 Flash 的話可以參考官方的文件：[Squeezing Space from AVR](https://docs.qmk.fm/#/squeezing_avr)。 - Pro Micro 分為紅色的「SparkFun 原廠」和藍色的「副廠/第三方」版，前者約 NTD 600-1000，後者約 NTD 200-400，都可以使用。 - 工作電壓為 5V 時 CPU 時脈可以到 16MHz；為 3.3V 時只能到 8MHz。 - PCB Layout 時記得保留燒錄座。 我自己畫的 ATmega32U4 開發板：[Next μ](https://github.com/siderakb/next-micro) ![Next μ：ATmega32U4 開發板](https://github.com/ziteh/next-micro/raw/v1.0/doc/pcb_render_front.jpg) ### AT90USB1286 [官網][at90] 是 Microchip（原本是 Atmel，已被前者併購）公司的一款 8-bit AVR MCU。我幾乎沒有看到有人 QMK 鍵盤用這個 MCU，基本上不推薦新手使用，會列在這僅僅是因為它是 QMK 支援列表中 Flash 容量比 ATmega32U4 大的 AVR MCU。 如果你因為一些原因一定要用 AVR MCU，但是韌體又超過 32 KB 的話可以考慮這個。 常見的開發板是 Teensy++ 2.0。 ### STM32F303CC [官網][303] ST 意法半導體龐大的 32-bit ARM MCU 系列——STM32 的一員。在上千的 STM32 型號中特別選這個型號的理由是 QMK 的官方開發板 [Proton C](https://qmk.fm/proton-c) 使用的 MCU 就是 STM32F303CCT6。 如果你想要看不同腳位數/ROM/RAM/封裝的話，可以看 [STM32F303 系列](https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32f303.html) ### STM32F401CC [官網][401] ST 意法半導體龐大的 32-bit ARM MCU 系列——STM32 的一員。在上千的 STM32 型號中特別選這個型號的理由是它的開發板特別好買，且 QMK 的支援硬體清單中也有特別列出 F401。 如果你想要看不同腳位數/ROM/RAM/封裝的話，可以看 [STM32F401 系列](https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32f401.html) ## 無線藍牙 QMK 的藍牙是透過模組支援的，且原則上僅限 AVR MCU。可以參考：[\[自製QMK鍵盤-番外\] 為QMK鍵盤加上Bluetooth藍牙無線功能](/posts/diyqmkkeyboard-ble) 不過在現在，如果你想要做藍牙鍵盤的話，我可能會另外推薦你 [ZMK](https://zmk.dev/) 和 nRF5 系列 SoC （如 [nRF52840](https://www.nordicsemi.com/products/nrf52840?lang=zh-TW)）。 [32u4]: https://www.microchip.com/en-us/product/atmega32u4 [at90]: https://www.microchip.com/en-us/product/AT90USB1286 [rp]: https://www.raspberrypi.com/documentation/microcontrollers/rp2040.html [303]: https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32f303cc.html [401]: https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32f401cc.html ## 相關文章 - [本 QMK 教學系列文列表](/posts/diyqmkkeyboard-0#教學文列表)