自制FC无线手柄

雷精灵2046

" @2 f# Q* o- q& h* E6 F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。

, n# {  P$ _! {7 ]3 y
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。
+ J* |" Y- g  a8 A+ c
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。
+ L9 X) g7 l0 w, u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？
* J5 G) m' b9 D" a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。
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。

( @# E7 z$ s" e4 M6 s; y( R
; _" C5 w( D; \* r完工！


" a7 v9 p& R: e" i4 h7 C- e8 u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。
7 w- w. a$ {' I$ \) ?

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。
) [& d0 h3 t: M

5 z3 q/ S# n! v* P) H5 w
* l( o$ C" c/ @, m$ }; z  }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 ~- w8 p5 L7 |: v' t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。

$ G* e/ j3 p" ^8 }" X6 l这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。


$ P3 o1 @4 R6 S0 @  e( u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。
* M) j% b5 Q# {# \
! c  C. `0 S, v发射端：

1. #include <INTRINS.H>
   8 ]+ n9 }. \! ]+ y: f- S: k) W; s: i
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   . F& p  B' Z7 n
4. 
   
5. /*
   
6. --------------------------
   
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   
8. |                                                   |
   ' Y; a' A% L. ?/ |$ c. v  t
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   
10. |                 STC15W204S                   |
    
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    - D7 h% `3 X2 I# ]- G5 e$ d
12. |                                                   |
    
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    
14. --------------------------
    ! p+ M' z2 U! C: _% z. h' Y
15. 
    $ {  j$ X  ]' K% r3 T+ p# l/ w
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    / ^7 b* J8 f/ S6 T! N0 |! `
17.            Red          330
    
18. 
    
19. Fosc = 6MHz
    ' G3 W6 v1 |6 g4 X# I7 B" I
20. */
    
21. 
    ( {, L1 [1 k( E; O) T: U8 _
22. 
    # E0 y; N" h1 s) d8 W
23. // 矩形波输出脚
    
24. sbit OUT = P5^4;
    
25. // 低压指示灯引脚
    
26. sbit LED = P5^5;
    
27. 
    
28. // 停机标志位
    
29. bit isReadyToHalt = 0;
    5 D, a" z$ g4 n" D+ S! K
30. 
    : D. H  J4 A' N' G, M
31. // 矩形波次数累计
    * U2 }' z4 V5 N) ?
32. static volatile unsigned char count = 0;
    ) q' u* [. k! N
33. 
    
34. 
    3 x8 r& H* p& r5 m. ?6 j8 O
35. static void GPIO_Init(){
    8 X/ c" U. x# q( e/ _3 |
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;
      ~* ^4 c8 n+ I! }
38.         P3M1 = 0;
    
39.         P3 = 0xFF;
    / J; N6 \* R5 o  l4 W8 d/ k
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;
    * m: p! }( y" K
42.         P5M1 = 0;
    , H* z: }9 d$ B0 Z, b
43.         P5 = 0xFF;
    : p( [2 U8 _' U7 D2 u
44. }
    
45. 
    + Y/ }* a' X/ B
46. static void Timer0_Init(){
    
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
    # i! g9 s  w8 o+ I; T
49.         TMOD &= 0xF0;        // 设置定时器模式
    8 v  C: N1 j0 \8 D$ M! ]2 J( _! l7 z
50.         TL0 = 0xC0;                // 设置定时初值
    , N7 E6 J3 l6 _4 A4 @9 D* |
51.         TH0 = 0xE0;                // 设置定时初值
    5 S0 }+ ^9 D. R
52.         TF0 = 0;                // 清除TF0标志
    
53.         TR0 = 1;                // 定时器0开始计时
    + V8 ]+ o' v+ c4 e, N0 C, t0 h5 ]* A
54. }
    ( V' w4 c8 X3 x! d3 S, y; u
55. 
    
56. static void Interrupt_Init(){
    " Y# I9 X  b6 A/ X! J7 D
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    
58.         IT0 = 1;
    
59.         // 允许INT0中断
    3 @3 Y" G% p3 Q: j
60.         EX0 = 1;
    2 S  S' `4 }7 A# Q/ c( F
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    5 d# F) c- p7 T4 O
62.         IT1 = 1;
    
63.         // 允许INT1中断
    
64.         EX1 = 1;
    
65.         // 允许定时器0中断
    
66.         ET0 = 1;
    
67.         // 允许全局中断
    
68.         EA = 1;
    
69. }
    
70. 
    1 X7 p9 s; C* m
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
72.         // 矩形波次数累计归零
    & f, d- m) T# H6 H- h' X
73.         count = 0;
    
74.         // 重开定时器0中断
    2 B, H& {: _5 ^2 R5 E* a
75.         ET0 = 1;
    / N/ ]5 n4 r0 L5 C) g$ L6 s
76. }
    % Q5 M7 E0 u) P6 Y
77. 
    
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    6 Q1 A5 o# [- {4 f/ G* C
79.         // 输出矩形波
      O( i- r0 s4 T# R; b
80.         OUT = ~OUT;
    
81.         // 累计矩形波次数
    7 W/ W8 B+ ]* ~, h; B/ m* c5 g
82.         count++;
    
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    
84.         if(count > 250){
    - g- j; k% W6 N/ U- N, o+ L
85.                 count = 0;
    ) F4 t- E) e& S/ ~  _
86.                 isReadyToHalt = 1;
    
87.         }
    
88. }
    
89. 
    ( J1 u" V1 u' h* j0 P$ ?
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    
91.         // 矩形波次数累计归零
    $ V$ _* {" x. h0 _2 l/ {8 U
92.         count = 0;
    
93.         // 重开定时器0中断
    ) b+ m6 ^7 ^# b. i
94.         ET0 = 1;
    
95. }
    
96. 
    
97. 
    
98. void main(){
    5 J9 b' `3 v! @) v+ ~3 q
99.         // 初始化P3和P5口
    5 [$ b& L) ^+ W, l
100.         GPIO_Init();
     
101.         // 初始化定时器0
     " i7 G! o8 \; Y1 {
102.         Timer0_Init();
     + Y8 K# J% d7 x! g: X
103.         // 初始化中断
     8 y, M$ }5 {' @
104.         Interrupt_Init();
     
105.        
     ; ]; Y# e; O; N& A
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
     
110.                         LED = 0;
     
111.                         // 清电量检测硬件标志位
     & b, a( Y& \# R$ m3 j- @
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     
113.                 }else{
     ' |! X% B- Q$ u( A0 }! J
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     
115.                         LED = 1;
     
116.                 }
     
117. 
     
118.                 // 检测到停机标志
     . Q0 x/ K( v  }  P' I$ s
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     1 Y0 T4 j, r! D" z2 I2 K5 [4 y
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
     
123.                         OUT = 0;
     2 k+ \, I8 x2 n* X" C! N7 ^
124.                         // 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
     $ i4 q) \5 V, Q+ ?1 c( N& s8 s
125.                         LED = 1;
     6 R5 e# P" Y. y! M" \
126.                         // 进入停机模式
     5 R! \+ E+ B! }. E0 y* g% W. K& r
127.                         PCON |= 0x02;
     
128.                         _nop_();
     
129.                         _nop_();
     & V8 e/ V, {2 h7 ^! t  g: s, E" l
130.                         _nop_();
     
131.                         _nop_();
     ; O9 Y% q/ Q) [1 }3 j
132.                         // 唤醒，清标志位
     
133.                         isReadyToHalt = 0;
     / V8 i$ b( w: t  }: i4 Z$ q
134.                         // 重开定时器0中断
     ' x6 {& p* C/ s; `, k
135.                         ET0 = 1;
     2 ?* p* y$ p9 j1 @2 n2 S
136.                 }
     . \5 {( c9 g8 b0 C& \2 k( O
137.         }
     
138. }
     ) x) p; j* Y( B$ ]

复制代码

硬件参数配置：


5 X' d6 e6 J0 P9 Y6 V( n( m接收端：

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   # ~$ C+ T) Q9 n  A
3. 
   ; m) ^# D$ v7 ~! h  x) F% s
4. 
   
5. /*
   
6. 
   , ]% t. p4 v( P) B2 V0 P
7. *---------------------------*
   
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   ( X% n5 m3 I( c
9. |                                                        |
   
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    
11. |                                                        |
    . z# H" V# F0 k' v
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    4 x/ M6 f' A( t9 b
13. |                                                        |
    
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    
15. |                  STC15W204S                |
    
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    7 C. V+ [' H$ j% o0 Y; a
17. |                                                        |
    1 A8 ~0 p, q; q9 C, o4 J
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    4 s. D% T+ f9 Y3 F) N
19. |                                                          |
    5 y  r; ?0 Y) g/ o+ c/ v
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    $ z' Y5 k) k: h) {) y) Q( s% ]4 ?
21. |                                                        |
    ' r9 m& H) s+ w7 D$ X
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    ) J' j( u4 w) [3 `4 @8 W
23. *---------------------------*
    
24. Fosc = 12MHz
    
25. 
    
26. P1.0 -> 上
    
27. P1.1 -> 左
    
28. P1.2 -> 下
    : `8 t* i2 G+ p( g: f
29. P1.3 -> 右
    * S7 m6 w% l9 b- Z
30. P1.4 -> SEL
    7 r8 G1 |2 o/ K* O; V6 x
31. P1.5 -> STA
    * \4 ~5 T) }2 _6 V
32. P5.4 -> B
    
33. P5.5 -> A
    + M2 ]) m* t: z. M- J
34. 
    
35. */
    7 G% H2 S: v; v
36. 
    , F+ B3 h% h7 i+ [
37. 
    
38. sbit CLK        = P3^2;
    + d3 C* d' t& v# z  o, Y
39. sbit LATCH        = P3^3;
    ( w, W  b/ v: q. E8 d
40. sbit DATA        = P3^6;
    
41. 
    
42. bit isReady = 0;
    ! T0 K; b$ V/ A" ^. P
43. static unsigned char key = 0;
    - I( }% G% g3 Q) d6 R: I
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
    : X% l4 T9 o: u2 m% g0 a
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
    ; [$ \- z! V9 p  h
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
    " N# Z7 R% W' }
47. static unsigned char idx = 0;
    6 e' K6 Z7 s: i
48. 
      |- T( W& I3 {4 @6 a4 V
49. 
    5 q  p7 A1 [9 Y2 f- _) O% i* m
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
    * @1 N/ f0 ]; C0 Q1 G- [
52.         P1M0 = 0;
    
53.         P1M1 = 0;
    
54.         P1= 0xFF;
    , t5 v: p0 V0 S8 L' _1 B" A
55.         P5M0 = 0;
    
56.         P5M1 = 0;
    
57.         P5= 0xFF;
    9 i9 y; Y) M/ D/ M8 @# ]
58.         // P3口初始化为准双向
    
59.         P3M0 = 0;
      u1 S, Y. S' B/ z8 I
60.         P3M1 = 0;
    
61.         P3 = 0xFF;
    
62. }
    + \) q+ A% Z* K0 C, ^/ C9 g
63. 
    , r# }) O+ T* P" x' J9 |
64. static void Interrupt_Init(){
    ' N/ D2 q3 Y! n8 }
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    ! E0 |. M- u5 ]' m8 A
66.         IT0 = 0;
    # L7 E) @  r; |8 n
67.         // 允许INT0中断
    
68.         EX0 = 1;
    7 R8 ?, [9 z2 ~. R, ~
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    
70.         IT1 = 0;
    % {. l$ O6 V7 o) A8 }  x) k
71.         // 允许INT1中断
    
72.         EX1 = 1;
    6 x% o4 x* {. b2 ]2 g6 l; k5 P
73.         // 开启全局中断
    
74.         EA = 1;
    
75. }
    9 S' I+ ?1 I! m; z# ~; s# H$ T0 L
76. 
    
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    : w: B. {8 u( x+ \( U3 s
79.         if(isReady == 0)
    9 D5 S$ _( {8 T' \4 h# |' d- O
80.                 return;
    2 T; R( r- p2 V7 G& _$ E. k6 W3 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
    9 c6 u5 G5 d; K, C
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
    
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
    
88.         if(idx >= 7)
    3 N7 Z6 Y" Y( ~/ H+ @2 Q
89.                 isReady = 0;
    * f1 n+ W/ h" r/ H' N; i6 v
90. }
    
91. 
    
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    4 j$ X! F- S* o4 _* Z* U! 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
    
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;
    / S/ Q; w& E0 E' X+ y# D4 }
98.         DATA = key & 0x80;//mask[0];        // 为了加速运算，直接取表中的值而不是读表
    $ C5 z0 |6 ]/ R4 x
99.         idx = 0;
    ) f" _2 P$ r& C' V; {1 n& {' ]4 c
100.         // 允许CLK进行移位
       V5 \4 T6 i/ p! m; p( E
101.         isReady = 1;
     8 ^/ A: _, _( e
102. }
     
103. 
     5 E- |  @8 k* F" C
104. void main(){
     
105.         GPIO_Init();
     
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     
108.         while(1){
     
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     * r% G! L: ~. B, v4 }
110.                 //_nop_();
     2 ~( {, |/ t1 x0 y1 j8 R5 i
111.                 //_nop_();
     
112.                 //_nop_();
     + O6 l9 N3 Y4 U& h+ J8 y- [0 c
113.                 //_nop_();
     ( [3 x* ~) O2 {0 u  S) ^
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     ( H! H- n6 Q4 Y  f8 x* w, J& A; O
115.                 bufReady = buf;
     
116.         }
     6 l0 g6 P; a! l6 t; p0 V! c
117. }
     

复制代码

硬件参数配置无特殊要求，晶振频率选择12M即可。
# |& _5 [2 O; c* @
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
( V) U' N! n; P0 c( S5 Y3 f# E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。 ...

+ s, ]; {! n- `! x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。
3 ~. I: r' o( V8 @( b5 }: Q2.4G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
* X+ x( }. g* }* ]精彩，楼主动手强，也写得很详细。
' ]6 i) F0 _5 O: G2.4G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。
7 \, p! k  v- i4 X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。
; r* d1 n9 l1 b) j! T; T" x9 w; `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
) |: B5 r) Y5 e" g3 w& F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。
. R3 K/ j) Z& ~: o& K- `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
8 i; ^- V1 G. k% i1 u% l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。 ...

) p9 `8 u6 X9 ~2 l( }; b2 c. I能得到孙大师的赞誉，不胜荣幸！
" s) `8 y. Z9 D3 Y' t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。