自制FC无线手柄

雷精灵2046

8 V6 _6 W7 Q3 s6 Q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。
0 U! q2 q5 T$ E$ L( v  v! a
0 E2 E+ }" _9 A0 z
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。
) [# G; M1 t. B5 G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。
8 r$ [" t$ J2 s# g0 V6 ?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。

: ]8 p$ o5 s8 t4 P
) {9 d! A- j. m4 |完工！
7 }6 N5 ]4 ]1 R: y

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。

: e) Y3 q/ N, ]& a* [8 W9 M
4 g; [& X2 l  a# r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。

5 k1 A. P7 M8 ~7 f2 a* u

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。
; U% H6 T# I4 J. _/ e5 x# b3 G! K
这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。
3 n: ?  v1 b/ w! g' z

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！
# V2 O. L+ J' `$ g编译器：Keil 51。

发射端：
  i0 B: v3 M3 p5 Q$ i/ Q

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   
4. 
   * n8 |' J( R/ s7 h; W4 G
5. /*
   ! r6 Y  ?; V! g5 V/ s  \& h: ?8 H5 ~
6. --------------------------
   6 f0 E6 F, ~: m1 I5 t9 T+ C
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   7 d' H8 h. a1 {4 `
8. |                                                   |
   1 U! P/ X/ ]* _! L5 I; q- N+ }
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   
10. |                 STC15W204S                   |
    
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    2 K- _- f. s5 I- g9 ?
12. |                                                   |
    3 }5 K6 A' t6 J$ b
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    / X$ _, n0 o' f* A3 b8 Q4 |
14. --------------------------
    3 S. S8 ~* U0 e2 ^8 b- o% ^
15. 
    ' _5 \. Q8 f, k) a; z' d
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    
17.            Red          330
    
18. 
    0 w* e. ?6 z% ~/ w6 t! ?& E
19. Fosc = 6MHz
    
20. */
    
21. 
    
22. 
    # J8 E8 b# u6 m( Y5 p
23. // 矩形波输出脚
    " D7 S: a: r, C3 `
24. sbit OUT = P5^4;
    
25. // 低压指示灯引脚
    3 S8 y& Y! q( D: ^
26. sbit LED = P5^5;
    : a3 ?1 a" x8 c) G3 }. n
27. 
    8 o1 |& f# g4 i! {! Y7 n$ z
28. // 停机标志位
    
29. bit isReadyToHalt = 0;
    2 t: i4 L; T6 [3 W# ~- w
30. 
    1 G+ \# f% n% M2 t4 J; L5 D
31. // 矩形波次数累计
    ' l$ \/ N3 [! b. H; x5 D/ X* J: p
32. static volatile unsigned char count = 0;
    ! }8 _  W) _: n" ?, \* s, v$ I
33. 
    + O, @( B! @$ E7 [: ~
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;
    
38.         P3M1 = 0;
    . K9 I+ k  s, ]( G
39.         P3 = 0xFF;
    8 m% D4 F: n/ V3 [
40.         // P5口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
    5 e9 E4 @7 z" Q
41.         P5M0 = 0;
    % d( z" Q) @4 q* N
42.         P5M1 = 0;
    + V! |/ n5 v" V
43.         P5 = 0xFF;
    
44. }
    " U; p6 B& m5 I
45. 
    ' k- }+ U' C- |
46. static void Timer0_Init(){
    
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
    3 x/ }: Y. V  M, H6 @
49.         TMOD &= 0xF0;        // 设置定时器模式
    ! a) C2 m  ~5 _7 H5 @
50.         TL0 = 0xC0;                // 设置定时初值
    ) K- M% w4 f5 V3 v$ U4 C# k
51.         TH0 = 0xE0;                // 设置定时初值
    . X6 @! v1 B3 O& q' C$ p) h
52.         TF0 = 0;                // 清除TF0标志
    
53.         TR0 = 1;                // 定时器0开始计时
    3 O- ?0 W( }- j
54. }
    ; z4 {& e5 z5 Z
55. 
    
56. static void Interrupt_Init(){
    , j, q. e3 y6 C* \
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    9 p4 H3 C% _* [
58.         IT0 = 1;
    
59.         // 允许INT0中断
    ; g7 Q* \; {( i1 e/ t
60.         EX0 = 1;
    # h- ~' h+ I( B; N6 s$ U
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    
62.         IT1 = 1;
    : J1 b( Q3 `6 o0 A  I5 u& S
63.         // 允许INT1中断
    2 \: p( m* Y/ n
64.         EX1 = 1;
    
65.         // 允许定时器0中断
    
66.         ET0 = 1;
    
67.         // 允许全局中断
    ( u; E% |- s* R' L7 ~4 ?% f
68.         EA = 1;
    7 V7 H2 i; b  C7 I( V3 X
69. }
    
70. 
    
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
72.         // 矩形波次数累计归零
    4 d- I9 p' S1 ?8 }
73.         count = 0;
    
74.         // 重开定时器0中断
    2 ?' h  Q$ Z9 n* Q! s& Q. J
75.         ET0 = 1;
    
76. }
    
77. 
    2 h* w3 C4 f. T# a3 }. l2 Q" [: e
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    
79.         // 输出矩形波
    # x1 W5 a+ H% C5 J. B1 y3 D+ z" z1 Q
80.         OUT = ~OUT;
    " Z) z( a! Q, Y
81.         // 累计矩形波次数
    
82.         count++;
    
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    
84.         if(count > 250){
    " [! x/ r+ P+ M) M$ G
85.                 count = 0;
    
86.                 isReadyToHalt = 1;
    
87.         }
    / T5 T5 Q  S" l' v  l. G
88. }
    4 n5 }/ L3 ]$ s$ |/ y; c7 ^
89. 
    / z+ S- C: b$ g. A1 A5 f4 U
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    ; F3 u8 A" W3 p$ @) r6 c
91.         // 矩形波次数累计归零
    
92.         count = 0;
    & C7 G7 \9 K( B9 K( s5 [
93.         // 重开定时器0中断
    . m- E* _! G& I
94.         ET0 = 1;
    
95. }
    
96. 
    6 W1 u* o; F* C& R" p7 U
97. 
    
98. void main(){
    8 |4 a6 H! a( E. x% U1 I
99.         // 初始化P3和P5口
    * ~5 i& G7 X) B/ d
100.         GPIO_Init();
     
101.         // 初始化定时器0
     
102.         Timer0_Init();
     - v0 U+ U2 M+ G- [7 m- ?
103.         // 初始化中断
     
104.         Interrupt_Init();
     
105.        
     
106.         while(1){
     6 I. b- [8 T* B; G5 M
107.                 // 检测电量
     . Y) N$ Y4 d/ _1 |# R
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     7 w3 R0 u: T5 ?7 m1 S& `. @$ V
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);
     : O6 b. S; x8 `! v" s" Q; ~5 K. i
113.                 }else{
     * J- [! @3 Z. Z+ f$ b. J
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     
115.                         LED = 1;
     
116.                 }
     
117. 
     8 U) k7 K( k+ Z+ E  C
118.                 // 检测到停机标志
     4 w3 h) S; U7 M/ E
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     , V; q% H9 q/ B0 s8 q
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     , G0 l, H& b0 o
121.                         ET0 = 0;
     % e! \+ l& _1 _* A& f) F
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
     
123.                         OUT = 0;
     ( h& e, I! U$ [0 T7 v+ I- K7 u
124.                         // 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
     
125.                         LED = 1;
     5 Q* c* _& p7 K# x
126.                         // 进入停机模式
     
127.                         PCON |= 0x02;
     ' R, P7 R9 n1 f& [8 f2 }
128.                         _nop_();
     
129.                         _nop_();
     3 C! b& W: O% |6 o
130.                         _nop_();
     % F- t1 H! Z6 Y9 v" n! d9 X! p
131.                         _nop_();
     
132.                         // 唤醒，清标志位
     9 w+ l' D1 |" _1 X5 K
133.                         isReadyToHalt = 0;
     
134.                         // 重开定时器0中断
     . H) D  \8 X; d" f0 e
135.                         ET0 = 1;
     
136.                 }
     : s' l0 ~! I* g  M7 n/ z$ h
137.         }
     4 g' G2 I, j( ^' ]% k: U
138. }
     % Q  w# ^9 C, U5 S) O

复制代码

硬件参数配置：

' j1 g, p5 ~8 y7 K
接收端：

1. #include <INTRINS.H>
   / h5 ~; V  C+ v* r+ j. m
2. #include "STC15W.h"
   ' s. ?. g& n+ |
3. 
   
4. 
   
5. /*
   ! m' S& n: {! o, [  x
6. 
   4 U2 v; ~' a8 T; F
7. *---------------------------*
   
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   4 i% q# [+ X+ B7 I3 v" H
9. |                                                        |
   ' O' H( O" }) {$ ]  H3 @4 @
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    
11. |                                                        |
    - ~6 E! U3 s% B- f5 W
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    1 [# g/ h/ `% [/ J* J( H5 I/ G5 \& h
13. |                                                        |
    
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    # b! s9 U3 B0 n$ y
15. |                  STC15W204S                |
    ( |' z9 b" S- c
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    
17. |                                                        |
    
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    ' N* X) a9 u% \# L& J
19. |                                                          |
    9 o$ x2 I4 y4 ^
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    
21. |                                                        |
    4 d# H5 t# [$ g& ^
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    
23. *---------------------------*
    ! A% ]+ P7 O. k8 U5 G  Y8 }
24. Fosc = 12MHz
    ( u1 @+ M: a# k+ `+ D. J8 n3 \
25. 
    
26. P1.0 -> 上
    
27. P1.1 -> 左
    * x. a; I/ i+ e" B5 F5 ~
28. P1.2 -> 下
    ! ?/ j9 l5 _# k$ n
29. P1.3 -> 右
    
30. P1.4 -> SEL
    ; D/ B5 ~: v8 r+ M. J
31. P1.5 -> STA
    1 I1 L5 ]+ J# w8 W9 r* e; ~
32. P5.4 -> B
    : s  Y! p9 g( Z2 U. v7 r5 _
33. P5.5 -> A
    
34. 
    ' v8 t. v; ~* `+ F' n8 ?
35. */
    $ {* d( f5 m. |7 q8 @
36. 
    # `! T8 c4 X6 q, j
37. 
    
38. sbit CLK        = P3^2;
    
39. sbit LATCH        = P3^3;
    
40. sbit DATA        = P3^6;
    
41. 
    
42. bit isReady = 0;
    
43. static unsigned char key = 0;
    9 d& a# j) |5 |
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
    
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
    
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. 
    1 e6 |- r) j- y$ h
49. 
    " T* ~; N$ Y3 {$ Z& P
50. static void GPIO_Init(){
    % d4 y) \5 `, l$ B- F1 ^/ f
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;
    1 K" `2 i8 ?5 d/ }& Q
54.         P1= 0xFF;
    
55.         P5M0 = 0;
    
56.         P5M1 = 0;
    
57.         P5= 0xFF;
    
58.         // P3口初始化为准双向
    
59.         P3M0 = 0;
    5 H9 k3 O- A9 i# B. c9 a
60.         P3M1 = 0;
    2 k" h0 m; N) i* ?
61.         P3 = 0xFF;
    ' Z8 ~* V( O8 K
62. }
    
63. 
    ' O  Q5 v* B9 c! O1 H9 a
64. static void Interrupt_Init(){
    8 s6 Q: U- N. k( c0 Q8 K
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
      c3 N# n: b0 k; {8 Q! c, m
66.         IT0 = 0;
    0 G! U+ o, J. l( u2 g; c3 \5 x7 i
67.         // 允许INT0中断
    
68.         EX0 = 1;
    8 ?7 v5 U( t, ]3 B8 c
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    6 e2 w4 p+ z5 e; ^
70.         IT1 = 0;
    
71.         // 允许INT1中断
    
72.         EX1 = 1;
    ' G* y# A, ?3 x, C) j
73.         // 开启全局中断
    
74.         EA = 1;
    
75. }
    
76. 
    : F, b7 z- C' T; b; \
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    8 d$ A$ ]" D. f5 y
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    - Y1 c2 S2 b/ R' z  [" y, _6 j
79.         if(isReady == 0)
    
80.                 return;
    / v# J5 z/ j" f9 e/ h
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
    
82.         if(CLK == 0)
    " O& i, G7 T- S( @! B
83.                 return;
    
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
    
85.         idx++;
    
86.         DATA = key & mask[idx];
    
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    * F+ `& o, l& ~  g% Y+ j8 C2 `
88.         if(idx >= 7)
    - l' Y# T$ I; u# y4 V; U
89.                 isReady = 0;
    
90. }
    ) S6 Z: l4 w' v6 b$ H7 w
91. 
    
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    
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
    % i$ T9 Z9 c9 D3 ?) a9 o
94.         if(LATCH == 0)
    
95.                 return;
    ) w/ N& N0 U5 u8 B8 y: k
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
    ' q% F  q* c' T* L$ p9 d
97.         key = bufReady;
    4 X  Z8 C) P) P: \
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
     2 i3 J" ]9 y5 c7 W3 [% X; K
101.         isReady = 1;
     
102. }
     - v, ^4 ]6 j4 t- O% J
103. 
     
104. void main(){
     ' K1 Q  t( l) i
105.         GPIO_Init();
     
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     # N1 N2 f3 d" _$ A+ v
108.         while(1){
     
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     0 T& K; n/ r. K
110.                 //_nop_();
     
111.                 //_nop_();
     
112.                 //_nop_();
     
113.                 //_nop_();
     $ @* a9 e# r/ p4 ^& o  j
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     $ p7 g) j) [! q
115.                 bufReady = buf;
     1 V& l( Q/ |3 D
116.         }
     ' ^8 E7 E1 v* r5 F& X
117. }
     : j+ a4 F6 l& e  J+ V: q/ l/ N9 J

复制代码

硬件参数配置无特殊要求，晶振频率选择12M即可。
0 W4 b( j! S6 S
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
( g5 ?& V5 {' a2 V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。
2.4G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
( A& L( J8 W+ Q  |+ ?精彩，楼主动手强，也写得很详细。
/ u, s( l; J. M0 I# T" F6 D% V8 S2.4G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

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。
9 g& Z/ D4 H% z7 t4 i) b+ i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！
! C: K  k9 _- t8 t1 j* w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。