自制FC无线手柄

雷精灵2046

6 }1 C2 N' p$ {) V
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。

% S! `, Z7 E. T6 A- V" R6 ?! [3 b
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。
" k: Z/ e9 ]" s7 p' ~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。
9 M# _% c; @$ I! U1 a& j
  X1 h$ h1 v) P4 J! s0 n) B3 y7 I
* l, `% H  P. w: h) F7 H
# U; V, z' _6 v最后把按键、导电橡胶和电路板装上去。
# L6 ?3 q0 i+ `. ~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。
. r% q, p+ J! }5 _/ x+ |
+ n& F) C8 G- t/ {
完工！

4 B# ~! B5 N0 A& {9 x4 n- Q/ ?
5 F+ w% t# X! d; C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。

4 I$ Y$ w, R) B( `! y* g
6 h) g' A2 i4 {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。

1 U' Q% o( z0 W1 F, d7 b! O$ p

9 i/ O. w" u& K2 T; W* K: F& S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。

) L8 _% |- d) C- |0 N$ `* F- Q. _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。
, h8 d8 @8 n! L% L
  k9 A) ?. E5 [5 S这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。


7 b9 d4 W; o4 ~/ ~, n) i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：

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   , M; j2 G& I* Q
4. 
   
5. /*
   
6. --------------------------
   
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   ( a' ^9 V7 n5 s& q- z3 Y. y
8. |                                                   |
   ! F' |% G8 H4 T" p# [' q
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   
10. |                 STC15W204S                   |
    ! e$ }) m) Q: \' h9 j- T" d7 q
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    
12. |                                                   |
    6 G- z4 k$ x7 t# f
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
      V% Q+ f9 T+ L; B$ |) ?8 Q
14. --------------------------
    
15. 
    
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    
17.            Red          330
    : s% A. O+ |# N2 Y6 V4 H( R+ `
18. 
    
19. Fosc = 6MHz
    
20. */
    . Z4 x/ J$ T3 v2 D/ k" X
21. 
    $ v, w' Y5 @! r
22. 
    1 ?2 F8 |/ {/ Y8 K6 t2 l
23. // 矩形波输出脚
    
24. sbit OUT = P5^4;
    
25. // 低压指示灯引脚
    " A) `0 w" z4 g6 H
26. sbit LED = P5^5;
    7 O0 q+ V# h% z& g' m4 k6 I
27. 
    
28. // 停机标志位
    
29. bit isReadyToHalt = 0;
    
30. 
    8 K) v* A3 O1 ]/ X* B
31. // 矩形波次数累计
    
32. static volatile unsigned char count = 0;
    
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
    . P2 c$ z0 P3 k, A2 N7 o" D
37.         P3M0 = 0;
    
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
    " ]2 n3 j  L3 V5 K/ u
41.         P5M0 = 0;
    
42.         P5M1 = 0;
    
43.         P5 = 0xFF;
    
44. }
    - A8 m8 B0 D+ ^7 q
45. 
    / U$ {# m) ~& B5 N, K
46. static void Timer0_Init(){
    
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    1 ~8 w( T1 X5 c( ]+ a/ _; H
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
    
49.         TMOD &= 0xF0;        // 设置定时器模式
    ; n1 F* P9 c8 y7 t: V& P+ e$ {) k( x  O
50.         TL0 = 0xC0;                // 设置定时初值
    
51.         TH0 = 0xE0;                // 设置定时初值
    
52.         TF0 = 0;                // 清除TF0标志
    
53.         TR0 = 1;                // 定时器0开始计时
    
54. }
    
55. 
    ' r2 F  l$ H* }, T/ {' z. J2 X
56. static void Interrupt_Init(){
    
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    
58.         IT0 = 1;
    ' s; @  E2 o4 L! S0 l* q4 T+ n+ u
59.         // 允许INT0中断
    9 I3 P' `: }' z& j( E
60.         EX0 = 1;
    * H5 Z, O2 A8 I3 v/ m& w9 `, b
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    : Q6 z* Z) Q1 I, T
62.         IT1 = 1;
    
63.         // 允许INT1中断
    / d/ b0 @0 w' ]
64.         EX1 = 1;
    
65.         // 允许定时器0中断
    
66.         ET0 = 1;
    6 @  C( c) @/ p# D+ u
67.         // 允许全局中断
    
68.         EA = 1;
    0 D9 M) v8 D' t5 {
69. }
    
70. 
    % o# }2 w4 T7 S$ _! G6 m7 x5 \
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
72.         // 矩形波次数累计归零
    
73.         count = 0;
    8 m$ T( ~& k8 g! O( n
74.         // 重开定时器0中断
    ; H, \5 {$ C' e* g
75.         ET0 = 1;
    - [% Y- S2 M* y6 e, U# U! y* F
76. }
    3 N. l. {5 q. s& p  j& b0 X' N
77. 
    
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    
79.         // 输出矩形波
    & G+ L' t3 Z/ V# Q2 Y& f
80.         OUT = ~OUT;
    
81.         // 累计矩形波次数
    
82.         count++;
    
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    , M( c# R7 G( C3 j4 h
84.         if(count > 250){
    
85.                 count = 0;
    ' [! w9 v( C6 G
86.                 isReadyToHalt = 1;
    
87.         }
    
88. }
    
89. 
    
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    0 j/ c. X: i9 `* J2 a, h9 a
91.         // 矩形波次数累计归零
    
92.         count = 0;
    : I* \+ p4 ?" h' \
93.         // 重开定时器0中断
    
94.         ET0 = 1;
    
95. }
    
96. 
    ' e4 W, c- \2 d, e. U* J" T
97. 
    
98. void main(){
    
99.         // 初始化P3和P5口
    " @  |3 b+ B1 J8 _! e
100.         GPIO_Init();
     
101.         // 初始化定时器0
     ; e) t; W3 o2 U$ X7 o6 v: k
102.         Timer0_Init();
     
103.         // 初始化中断
     7 q1 V5 i7 f4 j
104.         Interrupt_Init();
     
105.        
     
106.         while(1){
     
107.                 // 检测电量
     
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     
109.                         // 如果电量低，低压指示灯亮
     4 W9 \- s1 x, _' H( N- [* o# A
110.                         LED = 0;
     8 I: ]2 ?$ Q" J
111.                         // 清电量检测硬件标志位
     8 ~- b& j% _* e4 c
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     
113.                 }else{
     ; G) [, e; `- B3 h8 \8 G" Q% {
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     2 ~8 L6 h; @6 @1 G3 s: ^4 n# D; D
115.                         LED = 1;
     $ z5 I) i6 T+ }  |* W2 R
116.                 }
     ( s9 {4 E6 n4 ^- S
117. 
     , w7 y3 D* }7 s/ Y8 O+ c* U3 T
118.                 // 检测到停机标志
     
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     2 u; A8 m% \( e" ]0 K$ V
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     ) o1 |4 \/ R% B. u6 A( O0 t
121.                         ET0 = 0;
     + D. x$ J' T( J  J# 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;
     
124.                         // 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
     
125.                         LED = 1;
     6 u: O/ f- N; r* u7 s" a/ k$ Z
126.                         // 进入停机模式
     % F) U  w* B; ]% T; \3 A
127.                         PCON |= 0x02;
     
128.                         _nop_();
     
129.                         _nop_();
     * `& K* ]' B" J0 @" [* H& J
130.                         _nop_();
     3 p# H; M6 D: y" M5 w
131.                         _nop_();
     8 V" C: M. B' L. E& k
132.                         // 唤醒，清标志位
     
133.                         isReadyToHalt = 0;
     7 R- w6 k, Z% S# u2 r
134.                         // 重开定时器0中断
     
135.                         ET0 = 1;
     , w. Q6 ?" ?1 c' _* r5 }/ X- M
136.                 }
     1 N9 k/ K; Z, _5 x9 w6 s2 [
137.         }
     
138. }
     

复制代码

, W4 q: f/ `& y硬件参数配置：


# v5 e1 Q: {* s接收端：

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   ' E: ?% Z; i9 \* Z7 u% `, X( W
4. 
   # x. @+ Z4 O2 w( s: ]
5. /*
   
6. 
   
7. *---------------------------*
   3 t. {; p, z( i
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   ; A7 n. A: F  w" g  c8 Y- s
9. |                                                        |
   ( F3 h0 n5 \5 d3 e" p# T: @
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    : @. M6 P/ \$ T$ n: ]4 d; l
11. |                                                        |
    
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    
13. |                                                        |
    
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    
15. |                  STC15W204S                |
    
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    4 A1 W, _2 R' u! T
17. |                                                        |
    % Q6 R0 }' f( s# \% }" Y* S! N
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    6 ]6 `2 r% h% c- D1 ]
19. |                                                          |
    
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    3 n0 R4 [" Y" v1 n* t- o& x
21. |                                                        |
    - r3 Y8 f6 [4 P* |7 X. z  n
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    
23. *---------------------------*
    
24. Fosc = 12MHz
    5 H' S. d  x) X- L. _( s
25. 
    ! _; w' M- x) `
26. P1.0 -> 上
    ; E1 A( F' H% X1 ]
27. P1.1 -> 左
    
28. P1.2 -> 下
    9 C8 B; {; s# Q0 [' A
29. P1.3 -> 右
    . H1 l) M6 F% c1 |6 T
30. P1.4 -> SEL
    
31. P1.5 -> STA
    
32. P5.4 -> B
    5 S5 f0 x1 p: I5 a
33. P5.5 -> A
    % x" d! _' i( `; O% n
34. 
    
35. */
    - g* G- T5 M, E7 o2 z& Q2 L
36. 
    
37. 
    
38. sbit CLK        = P3^2;
    . W- R1 d+ ]& C# {: n
39. sbit LATCH        = P3^3;
    $ J! H+ X9 x; o
40. sbit DATA        = P3^6;
    4 o$ ~: S/ M$ o  ]
41. 
    8 W1 \! ~: I* W% `" [$ x
42. bit isReady = 0;
    : B% N5 g* C, e7 S4 k' Q9 Q/ r
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
    
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
    ' F) @# \( j7 Y6 q0 k  z' r
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. 
    , }" m+ S( m8 m1 d1 S1 ]
49. 
    + t* M' h; L+ E- y+ a) X! q- {4 N
50. static void GPIO_Init(){
    + E6 Y: T( P/ r, }1 i1 Y/ h+ C" C1 S
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
    8 _2 N. k0 Q! ]5 ^1 C2 o
52.         P1M0 = 0;
    2 R( R! A' z* g  T& }& J
53.         P1M1 = 0;
    
54.         P1= 0xFF;
    7 K4 H6 R7 t0 ?3 ^
55.         P5M0 = 0;
    2 c% d! ?$ ^- R' p# M
56.         P5M1 = 0;
    
57.         P5= 0xFF;
    5 f; [6 q4 o$ o; ]2 m. A) T
58.         // P3口初始化为准双向
    
59.         P3M0 = 0;
    % q5 m. Z8 a+ [( r/ x" x
60.         P3M1 = 0;
    
61.         P3 = 0xFF;
    9 u' l+ |! B, |
62. }
    
63. 
    
64. static void Interrupt_Init(){
    $ ^  w& ^4 R  ]6 Y' p, k
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    ) ]3 e, o$ m. q8 {& t/ R
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;
    & E  U% j2 t3 k; K1 f
71.         // 允许INT1中断
    
72.         EX1 = 1;
    
73.         // 开启全局中断
    
74.         EA = 1;
    
75. }
    
76. 
    ( x9 U* W' k  o+ b
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    ! ?) P. ^' R3 w8 \" m, U7 H& E: l
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    
79.         if(isReady == 0)
    
80.                 return;
    
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
      T  h( j# e% i9 M
82.         if(CLK == 0)
    - L1 E: n# u: j4 a
83.                 return;
    / b+ P5 ^$ a4 M! \
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
    4 R# R( n, a4 u
85.         idx++;
      d' [9 K7 r1 z8 @& r: Z5 J& w) z
86.         DATA = key & mask[idx];
    & k% j: \) S6 T, F0 q$ B
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    
88.         if(idx >= 7)
    . B0 u, b$ A& t3 Z% {
89.                 isReady = 0;
    ; ^3 a+ f8 ?! M) |! f
90. }
    
91. 
    
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    9 H7 W1 J4 Q: V  e
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
    
94.         if(LATCH == 0)
    3 @3 ?4 C/ H, U4 t
95.                 return;
    0 |; D' G- Q3 {& C0 m
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
    ( P, q/ @2 L( R' Q2 @3 I
97.         key = bufReady;
    ) z$ F+ Y& b+ s( M; _
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;
    - k/ C  F3 P3 ?3 t6 A
100.         // 允许CLK进行移位
     
101.         isReady = 1;
     
102. }
     
103. 
     / H+ @( n+ h1 G2 x! e8 t
104. void main(){
       e5 Q, ?4 n1 I+ d1 g$ {
105.         GPIO_Init();
     
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     
108.         while(1){
     
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     
110.                 //_nop_();
     4 K( K; `+ {! x' c8 @" x& E9 Q/ a' a
111.                 //_nop_();
     + q3 l- m; P. ?/ Q, X( O0 t1 J
112.                 //_nop_();
     
113.                 //_nop_();
     - K: l2 p  d1 p% o( {/ C2 |
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     
115.                 bufReady = buf;
     
116.         }
     5 r7 Z% o; u0 S4 @( M  v
117. }
     

复制代码

; e$ X# _4 k5 u( A7 N0 Z硬件参数配置无特殊要求，晶振频率选择12M即可。

- Q& X- P9 k1 n" I! G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
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。
+ o  Q% \1 U5 w2 ?4 J6 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
! y, G/ e* U6 \, [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？

7 P. C2 u( [+ k. j6 a' C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。
, U2 x. n0 N$ d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。
& d" V( d6 m0 W2 G. i8 F# |  J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。
0 K2 B1 c# Y& e& ~, f  A  S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
# \# Q1 Y$ S! Y! G' i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 ...

2 m" l) y! R8 z  \8 b: D0 |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。
) {+ T; Z4 K+ K+ j& @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
4 Q, a4 z- c4 a* J& j& X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。 ...

' L2 X) E1 _" W- Y# _" G能得到孙大师的赞誉，不胜荣幸！
! Q: {  Z; W; A9 q6 T# }: m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。