自制FC无线手柄

雷精灵2046

, x" Q" `4 b) o4 q0 n+ O& O
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。


9 \- ]4 L& u) c1 n! Z9 g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。

1 K$ b+ K$ W( W, c4 r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。
/ O% P  [' t$ A) m7 \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。
4 u3 |' Y! v, a# C7 _


: O( {1 F+ c$ @- O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。
' _( y, T) ^4 N5 f8 ?
, o8 d: R7 G& B, Y: C# m3 v
5 k1 U. N: \$ \- a& f, n. q完工！

- a' u: Z* H3 S7 e! n5 K) @) t
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。
# _% f( {6 u6 v5 x1 v* H5 ?/ R/ e

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。
! h0 t. w+ K# V# u- ?
' l% }# T- u; M2 Q" r1 ~* b5 E

  E/ d: G% g" B3 @3 }& ~, ^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。
6 m* ~+ H3 W* d9 ^+ p3 _9 P7 l
7 E4 s. Q. \7 P, u/ D3 ~5 [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。

4 s; F. ~4 Q; `, W5 X7 U6 `3 {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！
, r! K1 ]* X8 Z& i- V/ b1 \编译器：Keil 51。

/ G3 }! }5 m* h; I/ N% R( R1 Q发射端：

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   + f+ J/ f" {! n2 S0 x! W/ u7 I
3. 
   
4. 
   
5. /*
   0 I7 l/ q. {# u/ X; y' @3 O
6. --------------------------
   
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   
8. |                                                   |
   - _) k8 e, M4 B% L$ Z
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   0 D' {- Z: ~6 |4 H- A4 M7 v
10. |                 STC15W204S                   |
    
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    " e$ Z) l$ R  P  }
12. |                                                   |
    
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    
14. --------------------------
    9 _$ F* U; O; D# \. i7 x- Q5 X( l# p
15. 
    
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    
17.            Red          330
    ; W( H6 A) [; V' ^) S9 z6 v; ]
18. 
    
19. Fosc = 6MHz
    : k# P3 [  J& t( y- a9 v% }% j, w2 G
20. */
    + u! N- s1 n/ u% |* u! g
21. 
    . T/ z; k% I3 w' `& a# u
22. 
    0 ^( I8 C4 [/ C3 q, X8 i
23. // 矩形波输出脚
    ! J- f9 ]$ r  X' M1 p
24. sbit OUT = P5^4;
    . q) f7 X7 X' X1 k4 l6 @3 v8 h
25. // 低压指示灯引脚
    ; x! k# u: j2 [% U( I0 r" k
26. sbit LED = P5^5;
    2 v. A  P: D. |& r$ \0 k  \/ Z' U' c" Z
27. 
    7 l) H  J9 k$ V2 f
28. // 停机标志位
    
29. bit isReadyToHalt = 0;
    
30. 
    0 \& I- f4 O" @7 ?/ O
31. // 矩形波次数累计
    
32. static volatile unsigned char count = 0;
    
33. 
    
34. 
    
35. static void GPIO_Init(){
    5 q9 @$ E( a2 L4 a! q9 G
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;
    ) Y5 t4 M; z' \' S$ @) o1 U! c  \! i
39.         P3 = 0xFF;
    6 s+ g8 t# F4 @2 H% t9 Q
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;
    ( Q1 Q/ I  h! l6 a5 M- D
42.         P5M1 = 0;
    ) p( y# A* b  q- R% L$ w
43.         P5 = 0xFF;
    2 k# J1 [8 }9 O0 u: i% m2 o
44. }
    
45. 
    ' X+ j  v9 _5 u4 G7 w$ u( D
46. static void Timer0_Init(){
    
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    % C' J7 r3 ~6 h; n+ [, S5 x& f
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
    / L# {8 g5 U+ @8 {
49.         TMOD &= 0xF0;        // 设置定时器模式
    
50.         TL0 = 0xC0;                // 设置定时初值
    4 s- t3 U( H3 N* [
51.         TH0 = 0xE0;                // 设置定时初值
    7 P6 r+ O& w$ L, `) r. N3 y* \
52.         TF0 = 0;                // 清除TF0标志
    " A2 Z( H3 h8 i$ R: `7 C
53.         TR0 = 1;                // 定时器0开始计时
    
54. }
    2 g$ B; k$ H5 K1 U) O
55. 
    
56. static void Interrupt_Init(){
    ! Q% T, J5 E: q  G" n0 U
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    3 d" m9 o. F& O7 l: @, m/ F; z6 U/ w
58.         IT0 = 1;
    4 a$ w1 H* R' d
59.         // 允许INT0中断
    " y+ Q, t& T) w- o* f% P. I' Z/ \( m
60.         EX0 = 1;
    4 N  r3 Z4 A: u+ I
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    
62.         IT1 = 1;
    
63.         // 允许INT1中断
    7 l3 ~) |' [9 k/ y6 w8 W1 u
64.         EX1 = 1;
    
65.         // 允许定时器0中断
    ' k- ?, E) p% o$ p5 q, p- e" H8 U2 v! B
66.         ET0 = 1;
    
67.         // 允许全局中断
    
68.         EA = 1;
    
69. }
    6 X0 c# I% L6 f) |* t1 v- _
70. 
    
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    ) ^& g  k$ p9 `1 G6 ^3 a, \. H% A
72.         // 矩形波次数累计归零
    % s6 e4 s- H& N3 w6 C& T0 g- |* ^
73.         count = 0;
      p. j% i0 j( \$ `
74.         // 重开定时器0中断
    
75.         ET0 = 1;
    
76. }
      a4 @$ O. W/ j9 N/ E
77. 
    
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    
79.         // 输出矩形波
    7 T0 w6 X4 y# ^5 P) U8 W2 o
80.         OUT = ~OUT;
    
81.         // 累计矩形波次数
    ' }. V5 ~# A/ ]! n- M! x+ }  [
82.         count++;
    # R: w* r. s: Y) U0 M
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    " l5 N+ g7 w0 J5 e( l! W3 L
84.         if(count > 250){
    & q0 }* m. u+ ^: T: e
85.                 count = 0;
    2 ?& M3 Y: {* H) E! `) E' h
86.                 isReadyToHalt = 1;
    
87.         }
    5 ?: \/ Q8 y1 O& L) D4 }6 |1 r
88. }
    0 E) \6 Z& p  ?2 Z( Q, l3 R
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. }
    9 v1 g7 n; F8 A1 T7 d" w& g6 L
96. 
    1 [' m# z$ i" l5 \9 Z8 V" y
97. 
    - j7 b, J3 _9 t- O+ p' z
98. void main(){
    
99.         // 初始化P3和P5口
    # Z7 L( w5 O: w7 q1 P
100.         GPIO_Init();
     ! M/ U; L% q3 k8 r) O+ F" a! O
101.         // 初始化定时器0
     ; Z5 K2 e" L# ~0 w5 k: W
102.         Timer0_Init();
     # x* }8 C( W, X9 R; V1 V
103.         // 初始化中断
     ) [. @4 d9 c9 q+ v, i6 a9 G
104.         Interrupt_Init();
     9 \- _) v4 _7 h5 l3 C
105.        
     
106.         while(1){
     0 h$ G, T' b* M' e; v
107.                 // 检测电量
     
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     
109.                         // 如果电量低，低压指示灯亮
     7 q1 H% j) B% S/ U* J: e8 D
110.                         LED = 0;
     
111.                         // 清电量检测硬件标志位
     ( I+ H5 B/ _+ @+ i8 `
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     
113.                 }else{
     9 a" T5 W! u6 B5 C
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     1 i3 w; ~; r% G+ k2 d- h( ~. v* D- y
115.                         LED = 1;
     $ d# Q* S7 q/ Q: T6 _
116.                 }
     
117. 
     
118.                 // 检测到停机标志
     ( @8 j  t$ c, h' J
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     * Z5 D. U7 T0 Q% A9 U; |4 d
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
       T/ C0 x7 r+ N+ u
123.                         OUT = 0;
     
124.                         // 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
     6 B2 B/ S1 }/ g5 i7 t2 _
125.                         LED = 1;
     
126.                         // 进入停机模式
     
127.                         PCON |= 0x02;
     4 Z- q5 D  V% o0 X% r  L
128.                         _nop_();
     : {, h  C5 p$ J0 d7 m8 Z4 f
129.                         _nop_();
     
130.                         _nop_();
     
131.                         _nop_();
     9 ~. V7 G" }- r" {# W( M- @5 E3 o
132.                         // 唤醒，清标志位
     
133.                         isReadyToHalt = 0;
     
134.                         // 重开定时器0中断
     & d! P* d& x9 [2 l( d! w7 \$ K
135.                         ET0 = 1;
     ) |" [. |6 a" K" N" e
136.                 }
     
137.         }
     
138. }
     , c/ V! f$ M; Y8 K6 n

复制代码

硬件参数配置：


9 O4 s# @0 h8 G; ~/ d/ @; z接收端：

1. #include <INTRINS.H>
   - H9 g; s: A, ^8 c
2. #include "STC15W.h"
   7 c; U+ j7 r" e, i$ Z1 |3 @
3. 
   
4. 
   
5. /*
   5 d) i& D4 z6 v3 {: P7 @
6. 
   
7. *---------------------------*
   
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   
9. |                                                        |
   
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    . A$ i# U8 v/ b7 D: P
11. |                                                        |
    
12. |3 (GPIO4)                                  14|
      J+ C; X$ G# q2 v& H" f, u- W4 N
13. |                                                        |
    
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    
15. |                  STC15W204S                |
    
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    " O2 E+ \# S2 o
17. |                                                        |
    
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    9 A! v% c( _1 D8 C
19. |                                                          |
    
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    
21. |                                                        |
    ) d1 B2 C  y/ A3 `
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    8 i7 f, `( i' X
23. *---------------------------*
    
24. Fosc = 12MHz
    
25. 
    ) ^% B& Z! R: k
26. P1.0 -> 上
    $ n7 V6 I& [! h
27. P1.1 -> 左
    
28. P1.2 -> 下
    
29. P1.3 -> 右
    
30. P1.4 -> SEL
    
31. P1.5 -> STA
    + N3 I/ L/ G8 }0 z# X/ r
32. P5.4 -> B
    
33. P5.5 -> A
    - M* c: h0 }% \
34. 
    5 E1 O! e: c& X' S, ^: B( ^/ `' h2 F, l4 c
35. */
    
36. 
    
37. 
    + h, K: L/ _: C' A, B+ O" ?) r
38. sbit CLK        = P3^2;
    ' C: o* G; }% W* @6 W2 N5 ^& s
39. sbit LATCH        = P3^3;
    
40. sbit DATA        = P3^6;
    9 g- Y1 q7 I" ^9 S4 {
41. 
    
42. bit isReady = 0;
    4 s5 d6 j- b- p; r+ h/ A4 v( G
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
    . a6 y- c3 u3 u9 S2 z9 i# P& E
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;
    % K1 T5 K9 X; v/ L% e5 g8 H! i/ G9 N: @
48. 
    
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;
    % ^+ a2 c6 p* g6 ~
55.         P5M0 = 0;
    
56.         P5M1 = 0;
    0 }8 p( D  n4 @5 s- t; l" a
57.         P5= 0xFF;
      z$ ^7 }. \. p  n5 ]; @# _1 e8 M( M
58.         // P3口初始化为准双向
    2 q+ K" A3 g( x% X
59.         P3M0 = 0;
    
60.         P3M1 = 0;
    
61.         P3 = 0xFF;
    
62. }
    
63. 
    
64. static void Interrupt_Init(){
    
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    
66.         IT0 = 0;
    4 Z- v: W1 U0 D1 C8 ?
67.         // 允许INT0中断
    $ A. A7 O3 d& j2 z4 ^  D
68.         EX0 = 1;
    
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    0 Y5 }6 w$ \# B" S3 V( N
70.         IT1 = 0;
    5 q& P' i4 Z4 y5 o% f7 Q. A3 W! B( a
71.         // 允许INT1中断
    4 B4 x' ?6 D# Q9 s5 o
72.         EX1 = 1;
    
73.         // 开启全局中断
    " D9 }% Z: W0 ?5 t2 Y
74.         EA = 1;
    
75. }
    
76. 
    ( @% W9 Y: V& Y4 f
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    8 D' P) E' n% b
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
    
82.         if(CLK == 0)
    
83.                 return;
    3 z  j: v& p! D+ A
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
    
85.         idx++;
    ) o" I+ B5 y8 q
86.         DATA = key & mask[idx];
    ) h% {( n  t* g1 N4 j
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    
88.         if(idx >= 7)
    
89.                 isReady = 0;
    
90. }
    
91. 
    3 Y# V: H! o3 g* d. v" S& K
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    / Y3 ]( O0 s* I3 Q3 C- A
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)
    / l( N+ i, Q' \! {
95.                 return;
    ' T1 J5 U; H4 S2 ~% [/ _. H! ]
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
    ; [- s3 \) T, y; B5 {4 @
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
    6 S) X2 ~4 r0 L! g
99.         idx = 0;
    3 x. n5 O3 a9 }
100.         // 允许CLK进行移位
     
101.         isReady = 1;
     & c" |+ b' x5 v1 n$ H
102. }
     , L2 p' y; w2 ^. x5 q# \1 w
103. 
     
104. void main(){
     
105.         GPIO_Init();
     : M" Q* F( J) k& ]0 c; C2 S
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     ( Y5 j6 l, W/ @. u! l. |
108.         while(1){
     ; K  Q9 R1 W2 h. a
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     $ {4 C' N9 l2 }- d9 ^
110.                 //_nop_();
     
111.                 //_nop_();
     
112.                 //_nop_();
     
113.                 //_nop_();
     % Z6 {$ Z4 |% i9 P# ~+ v
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     3 ~8 m8 v$ @9 U- ^
115.                 bufReady = buf;
     
116.         }
     6 I. l# M5 s! b3 w$ ?9 G1 u4 ?9 J
117. }
     . ~! |9 B! O0 t6 ]8 u, y

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
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
/ ?& z" B* a0 z1 \0 Q8 [# S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 \6 |$ Y% L# _( j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。
) u/ l& u4 m8 Q, {& t. {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 ...

8 y6 ]9 d  H4 s. 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。
. i: Z6 a) e3 i. U7 r) a; O4 o! d0 R- e两个板子倒是有十几张剩余。
6 Z. q% V( \, j& k4 H1 j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
! f: s. Z$ i. k# p7 m4 E2 ?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。