自制FC无线手柄

雷精灵2046

. Z4 f6 X: `! M1 b/ {3 V+ i4 Z
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。
! q5 L# w4 q2 P- 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。

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？
, i; N$ \$ X6 a/ q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。


1 S% |- H* {1 {  q
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。

% T$ R9 T4 H6 ~+ N+ B7 ^
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。

' V: J) @) x5 P; i3 z. n# \
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。
4 Z0 s. o: L+ `! r. O! F
) o7 M* H) C7 ~/ p" y% g! i5 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。

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。

0 ]4 P: i" j2 a5 U这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。

8 z+ @9 t/ O/ 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！
编译器：Keil 51。

, E7 t$ ^3 ]+ H发射端：
% d0 x2 g3 q/ y' ?$ y* a0 m

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   ) v0 w$ S9 b$ M1 G
3. 
   
4. 
   3 u2 H: Q& O0 P* A& E% Y
5. /*
   9 G+ R" V# a$ B8 n8 _5 k
6. --------------------------
   
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   0 q; |9 d2 \2 D) U9 H- J$ @
8. |                                                   |
   9 ^# D; x& k( \9 A" K. o# x
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   
10. |                 STC15W204S                   |
    ! q% y% Z0 y* U- ?1 N
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    
12. |                                                   |
    ; n4 a3 M) J+ H. R
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    
14. --------------------------
    
15. 
    ! n; o+ i, ?/ |  D9 h, |
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    
17.            Red          330
    0 ]$ G$ u( g$ O6 e
18. 
    
19. Fosc = 6MHz
    
20. */
    
21. 
    
22. 
    1 L& H! _( m4 K% _) x4 D9 U+ ]
23. // 矩形波输出脚
    5 ]" G; K1 K; S. _% W- s% G6 W/ u
24. sbit OUT = P5^4;
    7 w9 X0 n  H3 t$ \$ G
25. // 低压指示灯引脚
    
26. sbit LED = P5^5;
    
27. 
    6 i: S6 e0 h; t
28. // 停机标志位
    $ _6 v8 O' g' O+ e; T
29. bit isReadyToHalt = 0;
    
30. 
    
31. // 矩形波次数累计
    
32. static volatile unsigned char count = 0;
    + ^# A3 ]9 E4 H7 N3 }/ `
33. 
    
34. 
    2 }5 @. S0 Z- }4 ^- r3 n8 L" V) y% U
35. static void GPIO_Init(){
    9 l. p& O& H* Y8 m8 T
36.         // P3口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
    0 A: L0 f+ {2 z
37.         P3M0 = 0;
    8 X2 I9 A; ^3 B
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
    + S3 q6 q+ C& H
41.         P5M0 = 0;
    % I- E1 `/ \4 ]) d% [
42.         P5M1 = 0;
    4 i/ `% w7 E0 B; ?* G5 ^) J
43.         P5 = 0xFF;
    ) T# {. m0 H3 s9 t2 c3 K* ~
44. }
    # K+ t  P- G, |
45. 
    0 q1 V6 [) E- B* ~* |; ?. Z# U( {
46. static void Timer0_Init(){
    
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    0 q2 `8 ]) r# ~# r1 h/ \
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
    5 v& ?/ V* D* T  k) n
49.         TMOD &= 0xF0;        // 设置定时器模式
    
50.         TL0 = 0xC0;                // 设置定时初值
    ( h# U8 r, e: s2 J: P) W$ f% T
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
    / G, C. M- L+ u
54. }
    ' w  x9 r5 U+ ^
55. 
    ) _# a2 V: B' w( x) j" n7 z
56. static void Interrupt_Init(){
    % W' v- g! b! H; m2 h- l! `
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    " o, c# h! x& e; E
58.         IT0 = 1;
    . _$ T8 F9 `4 ?
59.         // 允许INT0中断
    
60.         EX0 = 1;
    
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    
62.         IT1 = 1;
    
63.         // 允许INT1中断
    
64.         EX1 = 1;
    1 t: y4 \$ e- p) m( ?- c3 u& J
65.         // 允许定时器0中断
    
66.         ET0 = 1;
    / k9 G$ h7 ?, P% s3 q) Z" f" a
67.         // 允许全局中断
    5 {1 \' B2 Y  }8 w# F
68.         EA = 1;
    0 \; `5 j1 n0 P
69. }
    " j7 S4 F3 {2 d! L
70. 
      o% i* C, Y4 L
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
    
75.         ET0 = 1;
    
76. }
    
77. 
    
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    
79.         // 输出矩形波
    
80.         OUT = ~OUT;
    ' E' C6 w& I8 q' M3 j. q
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){
    
85.                 count = 0;
    # [- @. _' S1 B% L/ O7 i
86.                 isReadyToHalt = 1;
    
87.         }
    
88. }
    
89. 
    6 v  V4 I2 I4 w! b; m4 d# U
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    
91.         // 矩形波次数累计归零
    5 F. g, @/ C* I4 V8 P0 X
92.         count = 0;
    
93.         // 重开定时器0中断
    
94.         ET0 = 1;
    
95. }
    % R% w! B5 A$ U
96. 
    . M- S: C7 m, c8 ]/ k2 j2 [/ C. D. s9 ]
97. 
    9 H, Z* H9 g4 v' r# o
98. void main(){
    * A7 G; m. M6 Q+ U2 _, }: l
99.         // 初始化P3和P5口
    
100.         GPIO_Init();
     2 r, F" r; q" ^/ c. o0 i
101.         // 初始化定时器0
     3 U# E; l2 J+ G( D0 ~
102.         Timer0_Init();
     
103.         // 初始化中断
     " m) l2 {# U7 p+ [# o
104.         Interrupt_Init();
     
105.        
     
106.         while(1){
     8 m, s" U6 D  v# A% N7 j
107.                 // 检测电量
     
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     ( w  R+ S$ r0 P4 d& D
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);
     4 _; A" E, M$ V/ d' x/ m  `. y
113.                 }else{
     
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     
115.                         LED = 1;
     ! j9 {. ~! I! H# E1 P1 n
116.                 }
     8 M; X5 s. X$ s
117. 
     
118.                 // 检测到停机标志
     ! Z3 S( U/ Q' w" y% N0 W
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     ( V9 u7 h& a8 j% n$ m
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     
121.                         ET0 = 0;
     . k! i+ s8 f# E: F7 M$ T) N
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
     ' _# C4 C" f, ?5 u+ @" ^- p9 Q7 K
123.                         OUT = 0;
     
124.                         // 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
     3 D0 T% r- |! g
125.                         LED = 1;
     4 u) S; U* x$ I4 R! K
126.                         // 进入停机模式
     
127.                         PCON |= 0x02;
     
128.                         _nop_();
     6 T2 {* s) q/ Y
129.                         _nop_();
     
130.                         _nop_();
     
131.                         _nop_();
     5 {! L5 C9 U, v: ?0 X
132.                         // 唤醒，清标志位
     
133.                         isReadyToHalt = 0;
     
134.                         // 重开定时器0中断
     
135.                         ET0 = 1;
     ) [( ]' ]) [! w% d6 w
136.                 }
     
137.         }
     
138. }
     

复制代码

硬件参数配置：

- w4 Z" `2 C  \0 a
; \* H' s% m" ^* o* O; i# a0 e接收端：
* c: \8 H" |- _8 z. T' o0 }

1. #include <INTRINS.H>
   / o+ G3 N' i+ q4 ?2 C- T, U  C! A
2. #include "STC15W.h"
   / y0 m* q& j% W$ D% J9 K5 u5 E
3. 
   
4. 
   
5. /*
   " i+ u* g/ \( E8 H7 ?; u' l
6. 
   0 O- \" ~. t; }- x- q+ S
7. *---------------------------*
   6 K2 g# i8 m6 J/ H; L* D; S
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
     O$ ?! H" T3 _3 E
9. |                                                        |
   * K0 ^( U/ }) t: j
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    
11. |                                                        |
    
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    
13. |                                                        |
    
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    8 w; W4 b9 f" _& y) [# w
15. |                  STC15W204S                |
    + D" _7 k+ Q) s$ h; |" I* A( p
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    
17. |                                                        |
    
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    
19. |                                                          |
    7 ^' e- S4 K9 I- _1 X4 B( g; c
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    
21. |                                                        |
    
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    
23. *---------------------------*
    2 B# A0 k& j4 Z# t4 ?
24. Fosc = 12MHz
    7 l# f/ A! l( @( N+ ^! Y3 E
25. 
    ( _& @& ^7 p5 a6 G
26. P1.0 -> 上
    : ]) N+ K2 v2 S4 B  Q
27. P1.1 -> 左
    * Y( w: ^% R7 S1 ~( i% h1 T$ M( v
28. P1.2 -> 下
    
29. P1.3 -> 右
    
30. P1.4 -> SEL
    
31. P1.5 -> STA
    $ j1 c/ {; C) Q6 p% X
32. P5.4 -> B
    
33. P5.5 -> A
    
34. 
    ( W6 a* t/ ~" {
35. */
    . D) T% ]1 A" X3 N. T
36. 
    2 ^$ J! D4 h/ Y( R- Z
37. 
    
38. sbit CLK        = P3^2;
    
39. sbit LATCH        = P3^3;
    
40. sbit DATA        = P3^6;
    + h1 \% f9 U3 f
41. 
    
42. bit isReady = 0;
    
43. static unsigned char key = 0;
    ) a6 F: `4 a. P, y) N% N) t
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;
    * Q* e5 ^" w0 ~& R  |2 m7 D6 T
48. 
    0 I5 P! z# H9 h2 s7 R
49. 
    
50. static void GPIO_Init(){
    
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;
    5 [0 O+ t* |0 k2 [
57.         P5= 0xFF;
    
58.         // P3口初始化为准双向
    
59.         P3M0 = 0;
    + H5 R/ x1 m; W. q9 ?  ?6 x  ~! a
60.         P3M1 = 0;
    
61.         P3 = 0xFF;
    
62. }
    
63. 
    
64. static void Interrupt_Init(){
    , a! R0 y5 y% R1 z
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    " o( `$ V( ?( M; f
66.         IT0 = 0;
    
67.         // 允许INT0中断
    . n0 B/ j4 B, h) T
68.         EX0 = 1;
    
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    
70.         IT1 = 0;
    & k# i7 J! k7 z: `3 l/ d
71.         // 允许INT1中断
    . C% y* P; J4 @" D9 }. k$ ^
72.         EX1 = 1;
    
73.         // 开启全局中断
    0 s1 k' r2 d9 v
74.         EA = 1;
    
75. }
    0 p) W3 u- D, X& f% v$ p
76. 
    
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    ! p, j$ B0 H, C, r( K! {$ o" x
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    , g, ~, g5 A! X, c- E, P4 A' ~
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
    9 E- F- R& B: i7 h
82.         if(CLK == 0)
      W( d/ e* E' \
83.                 return;
    # ~' S! ~* L8 H& u# t1 A1 W7 D8 ]+ v
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];
    ! Q" I, e# g, {1 }
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    
88.         if(idx >= 7)
    * y7 I, c# m8 M! R3 k) u
89.                 isReady = 0;
    
90. }
    
91. 
    2 t+ e3 v; v: x9 T) M/ a6 c9 p8 M
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    ' J+ Q; w% l  `  ?5 l% z
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)
    # a+ I: L; }/ m% L! ?
95.                 return;
    ( P& H7 s9 h" C4 Y, B
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
    , ^' w, f" l' {. f3 }" ]- M+ r# \
97.         key = bufReady;
    
98.         DATA = key & 0x80;//mask[0];        // 为了加速运算，直接取表中的值而不是读表
    ' G2 ?, ~6 E. e8 ?$ p
99.         idx = 0;
    0 }! x5 Z8 R( b3 G
100.         // 允许CLK进行移位
     ; X! s: t9 r% W) }2 A2 |1 j
101.         isReady = 1;
     
102. }
     
103. 
     
104. void main(){
     
105.         GPIO_Init();
     . m4 c9 P3 e6 H- n  X# R3 I9 j2 R
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     / V4 T/ V5 o" J) ~" [
108.         while(1){
     1 G* c) s' Q6 r% a5 m1 {5 A
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     
110.                 //_nop_();
     ) `( v( u$ q6 O( k3 l1 J( N; {
111.                 //_nop_();
     
112.                 //_nop_();
       ~2 b; K) ?- t6 B
113.                 //_nop_();
     9 ~/ F+ ]0 `) x* X8 q/ W1 F
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     ' L) R* \: t5 F/ U
115.                 bufReady = buf;
     0 C0 p4 A9 ]0 \
116.         }
     
117. }
     , I3 S. x) Q" W( }

复制代码

9 J+ |# w- ^# a; T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
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。 ...

  Y, j# _7 W! H0 e% z- I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
* j, x. I) z. T2 \2 `3 T+ ^1 L) Q精彩，楼主动手强，也写得很详细。
' E8 S0 ]( y3 F) j2.4G方案是目前无线的最低延迟吗？

, s) Z% P1 y, ]( s( S5 y% }+ [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。
' W3 ?5 ~* ]1 y( I" `7 {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
: Z# E2 S+ E+ \- d, m4 w6 y( A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 ...

( {8 a: O: D! L- k) L& M8 R- ^$ a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。
7 Q  v1 P6 a: \+ x) Z  L" S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。 ...

: O, G* L' E% K" W, ?能得到孙大师的赞誉，不胜荣幸！
- h7 k% K7 ~+ V2 |! Z5 Y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。