自制 Arduino HID CNC 手持脉冲发生器：23键6功能/档，低成本替代商业手柄

为什么要自制？

商用 CNC 手持脉冲发生器（MPG/手轮）动辄 €100+，且功能固定（通常仅 2 键 + 手轮）。笔者自制木工 CNC，决定用 Arduino Leonardo（ATmega32U4）做 HID 键盘模拟，实现 23 个按键 × 6 种触发模式（单击/双击/三击/长按/双击长按/三击长按）+ 100PPR 手轮，功能远超商用产品，成本不足 €30。

核心优势：ATmega32U4 原生 HID

Leonardo/Micro/Pro Micro 内置 USB 控制器，插上电脑即识别为键盘/鼠标，无需额外驱动。配合 ClickButton 库，每个按键可区分：

• 单击
• 双击 (≤250ms)
• 三击
• 单击长按 (≥1s)
• 双击长按
• 三击长按

并内置 20ms 消抖，极其可靠。

硬件架构

• Arduino Leonardo（已停产，推荐用 Arduino Micro 替代，同 32U4）
• 23 个自锁/点动带灯按钮（含标签透明盖）
• 标准 60mm 100PPR 6 线手轮（编码器）
• 红木外壳（CNC 加工，Cut2D 绘图，多层清漆）
• 1kΩ 上拉电阻 ×23（按键一端接 GND，一端接 MCU，启用内部上拉）
• 总功耗 ~150mA (含按键 LED)

按键功能映射示例 (EdingCNC 软件)

其余按键对应加载文件、红绘、启动/暂停、吸尘/雾化/冷却开关、预设点位 P1/P2 等。

固件关键代码结构

#include "ClickButton.h"
#include "Keyboard.h"
const int buttons = 20;  // 实际用 20 个按键 (0 占位)
ClickButton button[21] = { ... };  // 数组管理，统一配置消抖/多击时间

void loop() {
  for (int i=1; i<=buttons; i++) button[i].Update();
  if (button[13].clicks != 0) {
    switch (button[13].clicks) {
      case 1: shortcut_HANDWHEEL_X(); break;
      case 2: shortcut_ZERO_X(); break;
      case -1: press_ESC(); goto_MAIN_MENU(); user_MACRO_18(); break;
      // ...
    }
  }
  // ... 其余按键同理
}

void shortcut_HANDWHEEL_X() {
  Keyboard.press(KEY_LEFT_CTRL); Keyboard.press(KEY_LEFT_SHIFT); Keyboard.press('x');
  delay(100); Keyboard.releaseAll();
}

手轮接线与软件设置

手轮 A/B 相正交脉冲直接接 Leonardo 数字引脚（代码中未显式处理，依赖 EdingCNC 原生支持 USB HID 鼠标/键盘模拟的手轮输入，或通过中间件转换）。EdingCNC 中设置手轮分辨率 100PPR，倍率由按键 17/18/19 发送 Ctrl+N/Ctrl+O/Ctrl+P 切换。

外壳加工细节

• 红木 21mm 厚度上下盖，加工后总厚 36.5mm，手感厚重稳当
• 按键开孔按矩阵排布，预留标签透明盖槽位
• 手轮中心大孔 + 4 个 M3 沉头螺丝固定
• USB 微型接口面板座后出线，编程/使用同一接口

编程便利性

无需拆机：保持供电，USB 直连电脑烧录新固件。若需在笔记本上改代码，拔下插笔记本即可，CNC 电源保持供电不丢失状态。

成本对比

开源资源

• 完整固件代码（含 ClickButton 库）
• Cut2D 外壳加工文件 (cnc_pendant_SenmxC8UCj.zip)
• 原理图（简易版，足够指导接线）

适配 EdingCNC、Mach3/4、LinuxCNC 等主流控制软件，仅需修改键盘快捷键映射函数即可移植。