自制FC无线手柄

雷精灵2046 发表于 2019-5-22 14:16:45

本帖最后由雷精灵2046 于 2019-6-14 09:28 编辑

没有用复杂的分立元件搭建发射接收电路，直接用的现成的2.4G无线模块jdy-40。

发射端靠3.7V锂电池供电，用了一片SOP8封装的STC单片机，负责产生连发脉冲，同时负责检测电池电量，电压低于3V左右的时候触发低压中断，低压指示LED就会亮起来告知该充电了。平时发射模块和单片机均处于睡眠状态，有按键按下才会唤醒，从而实现省电。实测睡眠状态下整机电流约1~2uA。板子洗了一下稍微干净了一点。因为对于微功耗设备来说，焊接残余的助焊剂可能会增加漏电流。

买了一个火花的FC山寨手柄，去掉里面的牛屎板子，并修正一下塑料挡板，把锂电池和充电模块装进去。
为了减少体积，充电模块裁剪得十分小，并且更换了充电电阻使之适应这个小小的锂电池。这么小容量的电池，也不需要多么大的充电电流是吧？
然后统统用热熔胶粘上。充电电流比较小，所以发热很少，不会熔化热熔胶。

最后把按键、导电橡胶和电路板装上去。
精心裁剪了电路板，正好扣上，不会阻碍其他元件，也不会影响后盖和拧螺丝。

完工！

这是充电的MicroUSB插座。旁边的小孔用于透出低压报警LED的光线。

接收端用一片DIP16封装的STC单片机模拟CD4021。为啥要用单片机模拟而不是直接用CD4021？因为jdy-40模块接收端在有按键按下的时候输出高电平，无按键按下输出低电平，和普通手柄正好相反。当然我也可以用两片74HC00或者74HC04之类的逻辑门进行反相，但那就增加了芯片的数量。对于FC手柄这种工作频率并不高的设备来说，STC单片机完全可以胜任模拟工作。

电路设计有点小小的错误，所以有几根飞线。原本设计使用低压差LDO是XC6206，结果在做这个接收模块的时候，买的LDO居然找不到了！无奈只好用了AMS1117。幸好对于接收模块来说是5V降到3.3V，1117可以胜任。要是发射端手柄的话，3.7V降到3.3V，那就非得用6206不可了。

实测十分灵敏，延迟极小几乎感觉不出来。可惜这山寨手柄的手感并不佳，尤其是方向键，软塌塌的。看来我得买个剪线手柄改装。

这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。

我信奉开源主义，十分痛恨把技术藏着掖着。好东西大家分享嘛！所以两个单片机的源代码大公开！
编译器：Keil 51。

发射端：
#include <INTRINS.H>
#include "STC15W.h"

/*
--------------------------
|1 (OUT) \__/ (INT1) 8|
|    |
|2 (VCC)    (INT0) 7|
| STC15W204S    |
|3 (LED)    (TXD) 6|
|    |
|4 (GND)    (RXD) 5|
--------------------------

LED ---|<|---[===]--- VCC
   Red    330

Fosc = 6MHz
*/

// 矩形波输出脚
sbit OUT = P5^4;
// 低压指示灯引脚
sbit LED = P5^5;

// 停机标志位
bit isReadyToHalt = 0;

// 矩形波次数累计
static volatile unsigned char count = 0;

static void GPIO_Init(){
// P3口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
P3M0 = 0;
P3M1 = 0;
P3 = 0xFF;
// P5口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
P5M0 = 0;
P5M1 = 0;
P5 = 0xFF;
}

static void Timer0_Init(){
// 16毫秒@6.000MHz
AUXR &= 0x7F; // 定时器时钟12T模式
TMOD &= 0xF0; // 设置定时器模式
TL0 = 0xC0; // 设置定时初值
TH0 = 0xE0; // 设置定时初值
TF0 = 0; // 清除TF0标志
TR0 = 1; // 定时器0开始计时
}

static void Interrupt_Init(){
// INT0中断触发类型为下降沿触发
IT0 = 1;
// 允许INT0中断
EX0 = 1;
// INT1中断触发类型为下降沿触发
IT1 = 1;
// 允许INT1中断
EX1 = 1;
// 允许定时器0中断
ET0 = 1;
// 允许全局中断
EA = 1;
}

static void INT0_Isr() interrupt 0{
// 矩形波次数累计归零
count = 0;
// 重开定时器0中断
ET0 = 1;
}

static void Timer0_Isr() interrupt 1{
// 输出矩形波
OUT = ~OUT;
// 累计矩形波次数
count++;
// 超过250个矩形波，准备停机
if(count > 250){
count = 0;
isReadyToHalt = 1;
}
}

static void INT1_Isr() interrupt 2{
// 矩形波次数累计归零
count = 0;
// 重开定时器0中断
ET0 = 1;
}

void main(){
// 初始化P3和P5口
GPIO_Init();
// 初始化定时器0
Timer0_Init();
// 初始化中断
Interrupt_Init();

while(1){
// 检测电量
if(PCON & (1 << 5)){
// 如果电量低，低压指示灯亮
LED = 0;
// 清电量检测硬件标志位
PCON &= ~(1 << 5);
}else{
// 电量正常，低压指示灯灭
LED = 1;
}

// 检测到停机标志
if(isReadyToHalt == 1){
// 暂时关闭定时器0中断
ET0 = 0;
// 停机之前先把矩形波输出脚置低电平，以方便INT0和INT1唤醒CPU
OUT = 0;
// 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
LED = 1;
// 进入停机模式
PCON |= 0x02;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
// 唤醒，清标志位
isReadyToHalt = 0;
// 重开定时器0中断
ET0 = 1;
}
}
}

硬件参数配置：

接收端：
#include <INTRINS.H>
#include "STC15W.h"

/*

*---------------------------*
|1 (GPIO2) \__/(GPIO1)16|
| |
|2 (GPIO3)    (GPIO0)15|
| |
|3 (GPIO4)    14|
| |
|4 (GPIO5) (DATA)13|
|    STC15W204S |
|5 (GPIO6)    (LATCH)12|
| |
|6 (VCC) (CLK)11|
|       |
|7 (GPIO7) (TXD)10|
| |
|8 (GND) (RXD) 9|
*---------------------------*
Fosc = 12MHz

P1.0 -> 上
P1.1 -> 左
P1.2 -> 下
P1.3 -> 右
P1.4 -> SEL
P1.5 -> STA
P5.4 -> B
P5.5 -> A

*/

sbit CLK = P3^2;
sbit LATCH = P3^3;
sbit DATA = P3^6;

bit isReady = 0;
static unsigned char key = 0;
static unsigned char buf = 0; // 双缓冲。这个缓冲区保存从P1和P5组合而来的键值
static unsigned char bufReady = 0; // 双缓冲。这个缓冲区保存上面那个缓冲区的备份
static const unsigned char data mask[] = {0x80, 0x40, 0x10, 0x20, 0x01, 0x04, 0x02, 0x08}; // A B SELECT START UP DOWN LEFT RIGHT。为提升速度，这个表放到RAM中
static unsigned char idx = 0;

static void GPIO_Init(){
// P1口和P5口用于接收并行信号，全部初始化为准双向，依靠内部弱上拉输出高电平
P1M0 = 0;
P1M1 = 0;
P1= 0xFF;
P5M0 = 0;
P5M1 = 0;
P5= 0xFF;
// P3口初始化为准双向
P3M0 = 0;
P3M1 = 0;
P3 = 0xFF;
}

static void Interrupt_Init(){
// INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
IT0 = 0;
// 允许INT0中断
EX0 = 1;
// INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
IT1 = 0;
// 允许INT1中断
EX1 = 1;
// 开启全局中断
EA = 1;
}

static void INT0_Isr() interrupt 0{
// 只有已经成功锁存才允许CLK移位
if(isReady == 0)
return;
// 读当前引脚电平，如果是低电平则说明是下降沿，此时直接忽略该中断
if(CLK == 0)
return;
// CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
idx++;
DATA = key & mask;
// 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
if(idx >= 7)
isReady = 0;
}

static void INT1_Isr() interrupt 2{
// 读当前引脚电平，如果是低电平则说明是下降沿，此时直接忽略该中断
if(LATCH == 0)
return;
// 当LATCH上升沿到来的时候，锁存所有按键状态，同时把键值A输出到DATA
key = bufReady;
DATA = key & 0x80;//mask; // 为了加速运算，直接取表中的值而不是读表
idx = 0;
// 允许CLK进行移位
isReady = 1;
}

void main(){
GPIO_Init();
Interrupt_Init();

while(1){
//PCON |= 0x01; // 进入省电模式
//_nop_();
//_nop_();
//_nop_();
//_nop_();
buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
bufReady = buf;
}
}

硬件参数配置无特殊要求，晶振频率选择12M即可。

这是编译好的固件。

69yuan 发表于 2019-5-23 10:05:23

不错的设计,想问一下楼主,FC的15针公头怎么解决？普通的公头太短了，插不进去FC的扩展接口。

雷精灵2046 发表于 2019-5-23 11:27:39

69yuan 发表于 2019-5-23 10:05
不错的设计,想问一下楼主,FC的15针公头怎么解决？普通的公头太短了，插不进去FC的扩展接口。 ...

坛友的改造方案。

yinlaijun 发表于 2019-5-25 10:42:27

高手的无私奉贤值得表扬，辛苦了！

xunxun 发表于 2019-5-25 12:07:18

精彩，楼主动手强，也写得很详细。
2.4G方案是目前无线的最低延迟吗？

ppad 发表于 2019-5-28 17:27:23

给技术帝赞一个，有半成品发布吗，自己焊接改造就可以，编程实在不会啊:'(

孙大师 发表于 2019-5-28 18:55:54

非常好，楼主是技术帝，到目前我都还没开发fc的无线套件，等空了，开发一套套件，等玩家自己组装。

雷精灵2046 发表于 2019-5-29 16:49:20

xunxun 发表于 2019-5-25 12:07
精彩，楼主动手强，也写得很详细。
2.4G方案是目前无线的最低延迟吗？

我没用过其他无线手柄，所以实在不知道我自己做的这个手柄到底是不是最低延迟。
不过根据网上的说法，延迟高低主要是由通信协议的复杂程度，以及数据传输速率决定的。这个模块虽然是2.4G无线模块，但由于协议很简单，所以延迟比较低。
我用这个手柄玩一些ACT游戏，比如超级马里奥、忍者龙剑传、热血系列，完全感觉不到延迟，和游戏机自带的手柄没有任何区别。唯一的区别就是这个手柄是用火花山寨手柄改造的，外壳是垃圾回收塑料，粗糙+脆弱，导电橡胶弹性不佳，手感不是一般的差。
我手里还有十几张板子，等我有空了我再做一套，到时候买一个好一点的手柄改造。

雷精灵2046 发表于 2019-5-29 16:56:14

ppad 发表于 2019-5-28 17:27
给技术帝赞一个，有半成品发布吗，自己焊接改造就可以，编程实在不会啊 ...

很可惜，我手里没有多余的单片机了，LDO也找不到了，锂电池以及充电模块更是没有了。反正就是该用到的元件基本都没了，所以没法发布半成品。
两个板子倒是有十几张剩余。
你要是有USB转TTL串口板，完全可以自己买这两种单片机，然后我给你编译好的固件，你自己用串口板下载到单片机里面就行了。两个2.4G无线模块也得通过串口板用AT命令设置参数，不过好在我在设计电路的时候就已经预留好了串口，可以直接在线下载和在线设置参数。总的来说并不麻烦。

雷精灵2046 发表于 2019-5-29 17:00:34

孙大师发表于 2019-5-28 18:55
非常好，楼主是技术帝，到目前我都还没开发fc的无线套件，等空了，开发一套套件，等玩家自己组装。 ...

能得到孙大师的赞誉，不胜荣幸！
不如开发一个多功能手柄，比如用SFC手柄改造，L/R键配合其他组合键可以用来切换2P~4P、调节连发速度、软重启等各种功能。接收端插到15PIN扩展口。

页: [1] 2 3

电玩DIY [ VG DIY ] - Video Game Do It Yourself's Archiver

自制FC无线手柄