自制FC无线手柄

雷精灵2046

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。

! O* f2 I, ]# N) K
; [; @: i0 F; W4 O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。
5 j/ w4 [% y6 `  j
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？
/ D, e  L& _9 e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。


6 v* h6 f8 w% i! k$ Y  i
0 a5 y7 i$ j, d) g2 k' W  U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。
, k6 O3 ^: Z. K, ~2 e" ^

完工！


& f2 \) d/ A; p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。
& G) N# x$ l. C3 ~


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。
, J3 _2 i6 Y3 @0 U  G. @# W
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。
: E1 I! w* Z) F7 m
; j& F- p6 n$ P4 W5 M这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。
2 Q* h0 N! ]- t

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！
1 x7 [& J2 i5 D- ]9 S, k6 t编译器：Keil 51。

发射端：
  C4 c& U6 y5 {2 J1 h( X

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   5 j  f; x3 k1 x" O
3. 
   
4. 
   
5. /*
   
6. --------------------------
   
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   
8. |                                                   |
   % a! l3 B0 U8 h0 |, s
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   $ D9 Z" V$ F' |' G# k
10. |                 STC15W204S                   |
    6 W5 c: t, O5 a
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    6 p6 }' @2 C! l* ^! `; ~9 E2 [) h
12. |                                                   |
    ' ?' O: J4 X4 l
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    
14. --------------------------
    ( Z+ t4 V! x& X8 k
15. 
    
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    : Z/ Q" b* F$ }1 E$ M7 x: q# V
17.            Red          330
    
18. 
    
19. Fosc = 6MHz
    
20. */
    
21. 
      f* t! y5 c; I
22. 
    4 `, D3 z# f0 Y4 h1 g
23. // 矩形波输出脚
    $ p4 g- j9 B' p- t
24. sbit OUT = P5^4;
    5 y8 G) ?8 h% x; a+ h
25. // 低压指示灯引脚
    ( J! a5 z  c& q9 R9 p
26. sbit LED = P5^5;
    
27. 
    . A; c4 s+ c2 q5 D8 _$ [# Y* m
28. // 停机标志位
    
29. bit isReadyToHalt = 0;
    
30. 
    
31. // 矩形波次数累计
    ) e+ d7 `/ b  q2 ?) `
32. static volatile unsigned char count = 0;
    ! G% U1 e) ^% O- Z' I/ g! p
33. 
    
34. 
    
35. static void GPIO_Init(){
    
36.         // P3口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
    
37.         P3M0 = 0;
    5 K+ K3 X! B2 k. e. J
38.         P3M1 = 0;
    
39.         P3 = 0xFF;
    
40.         // P5口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
    
41.         P5M0 = 0;
    * X5 |( J. S* }
42.         P5M1 = 0;
    - h- W# c9 b* z( H
43.         P5 = 0xFF;
    : K4 m: n! P$ H
44. }
    
45. 
    
46. static void Timer0_Init(){
    
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    - _' x" k; r$ H
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
    3 [" |4 T, r  B  b; L9 U
49.         TMOD &= 0xF0;        // 设置定时器模式
    
50.         TL0 = 0xC0;                // 设置定时初值
    
51.         TH0 = 0xE0;                // 设置定时初值
    # l) x) s" F; N7 a0 [- B9 q
52.         TF0 = 0;                // 清除TF0标志
    
53.         TR0 = 1;                // 定时器0开始计时
    $ w& a) B, m2 v3 }) f8 Y
54. }
    - Z! v+ e& g1 o; X
55. 
    ! u: d" a2 w' `; k- C2 i& S  n. Y4 K
56. static void Interrupt_Init(){
    ( W: l4 @  ~) T& B7 s1 S9 i7 Z. O# V
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    1 a1 A& ~% i; v; T
58.         IT0 = 1;
    
59.         // 允许INT0中断
    
60.         EX0 = 1;
    # }' S" t/ H6 F' C# L3 j. X# o
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    / _5 I& @5 w& H; h( j" ]8 n0 \
62.         IT1 = 1;
    / o  X% N8 M" {4 z- q
63.         // 允许INT1中断
    $ j: _$ p: Z0 J& z; a5 u0 O' Y
64.         EX1 = 1;
    
65.         // 允许定时器0中断
    
66.         ET0 = 1;
    4 {& q: y- B$ i
67.         // 允许全局中断
    & h) a) X, \; o1 m/ |
68.         EA = 1;
      X. P# f! J- F5 C
69. }
    
70. 
    4 ^9 E9 _9 R& }- B1 u
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
72.         // 矩形波次数累计归零
    
73.         count = 0;
    
74.         // 重开定时器0中断
    4 K+ L7 s$ }7 V* c6 Z, J& N
75.         ET0 = 1;
    & z& z. u" b! ?2 w
76. }
    
77. 
    
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
      k+ N  ]/ U/ Y# ^+ t
79.         // 输出矩形波
    % Z+ T- C' q4 m( O: _0 p$ P
80.         OUT = ~OUT;
    
81.         // 累计矩形波次数
    
82.         count++;
    * a% W+ p+ w' p9 A( p
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    
84.         if(count > 250){
    & [8 s; R8 u+ k' b1 _
85.                 count = 0;
    ) D, X6 D+ T/ q! \' J" }7 y* j
86.                 isReadyToHalt = 1;
    
87.         }
    
88. }
    
89. 
    
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    
91.         // 矩形波次数累计归零
    
92.         count = 0;
    
93.         // 重开定时器0中断
    
94.         ET0 = 1;
    
95. }
    2 o4 x% r3 o! A- j7 O# |
96. 
    
97. 
    
98. void main(){
    
99.         // 初始化P3和P5口
    ; \) g' E& [+ c3 G+ }' U6 N& `
100.         GPIO_Init();
     , J" P& @8 _2 b8 k
101.         // 初始化定时器0
     % g0 j2 S' K# z; ^7 h* u5 p
102.         Timer0_Init();
     , M: [, J% C& w2 p- X7 {
103.         // 初始化中断
     5 F: g- B+ S* U7 O' v) n& v
104.         Interrupt_Init();
     7 E1 h. a" d$ B" B. s3 F: g
105.        
     $ l0 @& _  D* Y$ J4 j
106.         while(1){
     
107.                 // 检测电量
     1 K5 H  `, u2 e+ u9 H
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     5 K2 u# y1 s/ K1 C
109.                         // 如果电量低，低压指示灯亮
     
110.                         LED = 0;
     
111.                         // 清电量检测硬件标志位
     
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     + G! g  c0 t2 S. `& Y: |% L
113.                 }else{
     * U$ [) C3 ~. ]1 i7 @) ]3 a- x
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     ) ^8 l* C5 j  J6 y/ b+ V1 i- D9 E- ?
115.                         LED = 1;
     
116.                 }
     
117. 
     ( }1 C3 w) D- M" f4 T7 }+ i8 W# {
118.                 // 检测到停机标志
     0 w8 p9 ]2 t+ P, i- T
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     ' d# q7 U9 u5 l! h! q$ ]
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     
121.                         ET0 = 0;
     
122.                         // 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
     ' \9 W8 L. H% D; u$ _7 _/ r4 W2 h
123.                         OUT = 0;
     
124.                         // 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
     4 f: K% {4 I/ ?0 b( O
125.                         LED = 1;
     
126.                         // 进入停机模式
     4 M" V( L4 P) a) c/ E3 ?
127.                         PCON |= 0x02;
     7 c7 m9 f; J9 U" b
128.                         _nop_();
     
129.                         _nop_();
     / D7 h1 o3 }+ |* D" G3 r; ?
130.                         _nop_();
     ' H1 ]) P: e9 @$ w5 |) i8 N' |
131.                         _nop_();
     
132.                         // 唤醒，清标志位
     2 x5 s9 L# H" f: U7 ^* }2 Z
133.                         isReadyToHalt = 0;
     
134.                         // 重开定时器0中断
     
135.                         ET0 = 1;
     
136.                 }
     . W2 p6 p) e5 ~2 H" G* e
137.         }
     - m! m) o8 H: K7 M0 N+ P7 o
138. }
     5 \- ^8 y+ k# C7 u  i2 j8 q1 ~

复制代码

硬件参数配置：
# X- k! [9 c! i- U. F: @6 I

' o4 d& T; g" r) u* H接收端：

1. #include <INTRINS.H>
   " ?1 y# S$ D  o
2. #include "STC15W.h"
   : U7 e( p7 |$ X, t! l+ Q
3. 
   ' E& U# Q$ l4 g6 J( H* j
4. 
   
5. /*
   
6. 
   
7. *---------------------------*
   $ c" _1 S( N7 k3 z# c: O2 Q
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   ' u* ^6 Z. f8 X  p% k/ ?
9. |                                                        |
   
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    + s$ w) t& _1 o& O  A
11. |                                                        |
    
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    4 G# l; R& x9 o3 J5 D4 D  n
13. |                                                        |
    ' H. |- c9 y- ^9 m0 c1 s2 R
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    6 u) ]  t% @/ E
15. |                  STC15W204S                |
    
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    $ i* |, H6 ~3 r
17. |                                                        |
    4 u/ i/ D- J) _+ F3 S0 X
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    , J9 {0 Q* |& A0 A1 h
19. |                                                          |
    $ \$ {5 O; x4 ~$ r0 x8 R6 X$ j
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    - i4 \7 g& H- r. g2 ~
21. |                                                        |
    1 `" C# [! B* q9 i: G: O2 I9 e9 X
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    5 s# ~' _8 }1 M# X! h. g& s7 w1 j; j
23. *---------------------------*
    
24. Fosc = 12MHz
    " w/ ^0 V- _  [" H0 Z
25. 
    / ^# G1 b) j% G' w
26. P1.0 -> 上
    
27. P1.1 -> 左
    
28. P1.2 -> 下
    " \. @  @1 z8 c
29. P1.3 -> 右
    
30. P1.4 -> SEL
    
31. P1.5 -> STA
    
32. P5.4 -> B
    * U" P8 `# v% L
33. P5.5 -> A
    
34. 
    . ]$ G: C. e7 @. Y  g, b
35. */
    
36. 
    % u* T0 I+ G# w7 Q6 b" ?
37. 
    9 b. U: E% ]# g$ u
38. sbit CLK        = P3^2;
    ' r  ^0 A: F0 l% W- y- l
39. sbit LATCH        = P3^3;
    
40. sbit DATA        = P3^6;
    5 x. c5 W: N3 B3 Y2 ?& h8 C5 j1 `
41. 
    
42. bit isReady = 0;
    & O3 D: B( S2 `, `% O
43. static unsigned char key = 0;
    
44. 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
    ) v9 r& c) Z1 O+ f' ~% F
45. 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
    7 N5 V1 W8 t/ h% f' V+ d6 i
46. 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
    
47. static unsigned char idx = 0;
    
48. 
    , N- l9 e5 D+ `9 ^+ h# N
49. 
    
50. static void GPIO_Init(){
    8 E6 k* H# N( R
51.         // 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
    
52.         P1M0 = 0;
    
53.         P1M1 = 0;
    
54.         P1= 0xFF;
    
55.         P5M0 = 0;
    
56.         P5M1 = 0;
    
57.         P5= 0xFF;
    
58.         // P3口初始化为准双向
    # Y4 \6 o4 B% G% `7 D- `# @& x/ Y
59.         P3M0 = 0;
    - ]: Y0 O) K. Z6 t
60.         P3M1 = 0;
    & _0 l8 z; ]) }) _% a
61.         P3 = 0xFF;
    
62. }
    
63. 
    % a1 x. ?. u; b6 V2 G% r! Y- b6 r
64. static void Interrupt_Init(){
    8 n% [) G/ N% N8 e5 f5 G
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    " h4 t4 {$ T% m, c% T" ~
66.         IT0 = 0;
    
67.         // 允许INT0中断
    
68.         EX0 = 1;
    
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    
70.         IT1 = 0;
    
71.         // 允许INT1中断
    
72.         EX1 = 1;
    
73.         // 开启全局中断
    , V0 n1 w1 P( f+ o" y
74.         EA = 1;
    
75. }
    % o) A' r$ b6 A# x# m
76. 
    
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    
79.         if(isReady == 0)
    
80.                 return;
    $ M' A" F+ L/ ]8 J
81.         // 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
    8 n1 o; _8 b& K7 s* a& N+ r0 s! l
82.         if(CLK == 0)
    
83.                 return;
    
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
      a- x* O3 E- I+ c) J9 G
85.         idx++;
    
86.         DATA = key & mask[idx];
    ( d8 y0 K6 h$ m9 J) T
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    6 ^  o+ h* d2 `* f
88.         if(idx >= 7)
    ' Y1 ]; z4 i1 H9 C- c0 R: m
89.                 isReady = 0;
    4 [0 ]. F. X! c: _2 i& S, A  D
90. }
    7 W) e' W2 u; k/ \* t9 r+ K- n: m
91. 
    
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    9 F- [) c' B& L
93.         // 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
    9 d8 T- d* f' u4 w
94.         if(LATCH == 0)
    
95.                 return;
    
96.         // 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
    
97.         key = bufReady;
    # K" ^" ]) ^; b2 s7 c9 p# d
98.         DATA = key & 0x80;//mask[0];        // 为了加速运算，直接取表中的值而不是读表
    
99.         idx = 0;
    
100.         // 允许CLK进行移位
     
101.         isReady = 1;
     
102. }
     
103. 
     
104. void main(){
     
105.         GPIO_Init();
     
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     - V& U6 f% J; W1 D4 {( u
108.         while(1){
     6 v, P1 R% V2 s# b1 `
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     5 ?( ?7 |5 v# [
110.                 //_nop_();
     6 B. I. ^3 D5 _$ a8 }& p$ T
111.                 //_nop_();
     3 a3 q5 d: V* l- J5 {, I
112.                 //_nop_();
     
113.                 //_nop_();
     
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     ; Q3 C" u! q, Z
115.                 bufReady = buf;
     9 X2 n8 l# R0 m& e0 g" O* N
116.         }
     . v, g4 V  v* ~' s4 w4 u
117. }
     ) B0 }: f0 ?" I

复制代码

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

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

69yuan 发表于 2019-5-23 10:05
# t) s  R/ l+ O' p- N$ n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

高手的无私奉贤值得表扬，辛苦了！

xunxun

精彩，楼主动手强，也写得很详细。
' B7 b9 K6 Q! G; W" e2.4G方案是目前无线的最低延迟吗？

ppad

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

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

xunxun 发表于 2019-5-25 12:07
: K/ C" e  N9 r9 |+ F& w7 R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。
6 O6 ~) g+ b- ~2 A4 b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

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 ...

4 s2 \& f$ G! O. |" C5 O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。
) f1 A& j' @# x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

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。