自制FC无线手柄

雷精灵2046

) \3 z+ U3 f( x: `+ B. g- i
6 z% Q+ p- `: t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。

# j4 a& t# K. @; Q, @: L
; ~2 o$ D, a- D: d5 ~$ O9 {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。
; v2 H8 T8 e3 `& T3 Z2 ^9 [7 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？
& k7 s1 n9 n& K9 v/ y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。


$ b  l* Q5 e" l8 r$ m% d. C
3 U- [- L( c" x2 u# b最后把按键、导电橡胶和电路板装上去。
- d0 D0 L1 |6 K  B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。


完工！
, ^4 j  T9 {; ^2 g& ~( i5 E

6 `/ B' T* _9 y! g, w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。

: B6 d5 w. t$ e4 q$ u8 k
6 ?5 D: z& f$ r  F/ I; A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。



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。

这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。
  Q) o' y9 H( G7 I) M

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！
4 \' S+ G- {) n% q" G6 y& I) D编译器：Keil 51。

) C* g7 M1 S4 c发射端：
. y  x8 H5 q' s& |( Y

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   + }1 V6 A) t, A, n+ |
3. 
   
4. 
   5 o+ y  d) A) r; d7 e) m# A/ g
5. /*
   
6. --------------------------
   
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   0 x6 c0 k6 b$ t; z- a
8. |                                                   |
   * O, e5 t# m* S+ D; m4 [: H  T* t
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   9 \3 F/ u: N, e, ~+ k
10. |                 STC15W204S                   |
    
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    ) w* C" ]7 E8 }1 q( U; a8 W& f
12. |                                                   |
    
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    
14. --------------------------
    
15. 
    7 ^% n4 L) }% b
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    # b, v3 Y! ^: V6 k  l" `* c# O) k! _
17.            Red          330
    
18. 
    
19. Fosc = 6MHz
    . B' [# T5 J# m' s. ]* ]
20. */
    
21. 
    ! c. p9 [! P  y) w  t) U9 i1 a8 X
22. 
    
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;
    ) {6 O) u: g3 i( p; y8 l3 w: O8 f
27. 
    1 n3 W7 ?8 ~% P
28. // 停机标志位
    
29. bit isReadyToHalt = 0;
    
30. 
    
31. // 矩形波次数累计
    & P- c% }9 f- i! L
32. static volatile unsigned char count = 0;
    
33. 
    
34. 
    
35. static void GPIO_Init(){
    % V8 [! z  @5 _6 X5 B
36.         // P3口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
    5 y! z" \0 _! U7 v
37.         P3M0 = 0;
    
38.         P3M1 = 0;
    
39.         P3 = 0xFF;
    9 H) P* T& B, l/ n, ~
40.         // P5口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
    ; Z2 e1 \) O# e/ \/ t* q
41.         P5M0 = 0;
    
42.         P5M1 = 0;
    
43.         P5 = 0xFF;
      \3 `; _' o* H$ E
44. }
    # P  s& a" I( F' Q3 ]
45. 
    
46. static void Timer0_Init(){
    
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    6 t$ L; A9 F/ d& Y2 i
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
    5 b& A9 R. A7 H; n( U$ P
49.         TMOD &= 0xF0;        // 设置定时器模式
    2 v+ c& b: G; c4 _3 ^3 d2 o0 D
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
    9 ^1 i+ n/ ~: I* E: n
54. }
    
55. 
    
56. static void Interrupt_Init(){
    % q  u+ O* b* D/ i! h- D% m/ p
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    
58.         IT0 = 1;
    5 U0 `! R. R  W; h, c
59.         // 允许INT0中断
    
60.         EX0 = 1;
    
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    : O% {& d+ I, P+ n
62.         IT1 = 1;
    
63.         // 允许INT1中断
    % h4 O) z% |1 T- D/ N
64.         EX1 = 1;
    0 i5 ~9 _3 ]6 G, a7 B. B6 a6 i
65.         // 允许定时器0中断
    
66.         ET0 = 1;
    $ s6 n1 @9 _7 N+ F& Q4 h- `
67.         // 允许全局中断
    ( V; W4 d9 ?% n5 r- d6 d
68.         EA = 1;
    " R; I$ Z4 T) l- W+ @
69. }
    , ^& F- B. W9 R
70. 
    
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    3 D/ b2 @1 x7 x
72.         // 矩形波次数累计归零
    
73.         count = 0;
    
74.         // 重开定时器0中断
    8 k2 r$ S. ~; ?" W
75.         ET0 = 1;
    * V5 V+ F- b6 u, c' s, `# y4 X
76. }
    ( W' o9 l8 z8 G" z/ n& W0 A( U
77. 
      c" j/ a$ H$ s6 Y- i6 l
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    / s0 P7 g3 c) t) G* O3 x- ~
79.         // 输出矩形波
    - y& U& ?& r$ E- _5 {3 }$ @
80.         OUT = ~OUT;
    
81.         // 累计矩形波次数
    - q- {' M7 v( t  ]5 g
82.         count++;
    ' K8 `1 c7 `2 b
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    
84.         if(count > 250){
    
85.                 count = 0;
    # y$ v- S9 w2 ^# }1 {- r
86.                 isReadyToHalt = 1;
    3 L( m1 q; P/ s5 E) ~2 E0 G  F
87.         }
    + U7 w3 O, E+ L. o1 t+ r# D
88. }
    
89. 
    * f& l; v; z. G- v
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    - E. e% ]5 p- A  i0 c, n$ O
91.         // 矩形波次数累计归零
    6 q, @' e! a, Z3 |- N6 a
92.         count = 0;
    $ U$ `8 S" f/ S5 Y; J& \
93.         // 重开定时器0中断
    8 f! R; e: ?! P2 t* F. v" g
94.         ET0 = 1;
    5 A; I# I1 i% @4 S
95. }
    
96. 
    
97. 
    
98. void main(){
    
99.         // 初始化P3和P5口
    % k. G6 f0 g7 J
100.         GPIO_Init();
     
101.         // 初始化定时器0
     ) |6 `1 m2 a$ T2 i: N  c1 o
102.         Timer0_Init();
     0 x* L3 Y2 P" y
103.         // 初始化中断
     ; D- l6 p" O# d9 ~3 ?
104.         Interrupt_Init();
     2 V' T7 y4 \& [9 C8 ^/ }
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 X. ^' E/ t( u4 X' f0 n5 ^! M
110.                         LED = 0;
       f5 m" _0 ^: f$ q9 Q$ {
111.                         // 清电量检测硬件标志位
     & Q4 t% h+ a: v6 N, u, p6 q& w
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     * l$ ?" G. T. s1 {8 ~3 ~
113.                 }else{
     " d7 q, }9 ]$ p. b
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     7 J8 l1 }: t7 z) [! V
115.                         LED = 1;
     
116.                 }
     
117. 
     : \- A6 M6 v& h7 k0 R) o" K( g
118.                 // 检测到停机标志
     / p) F" @2 F2 I7 r3 r0 a% l9 K
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     $ x6 }, P1 ?. r4 b( L2 h0 x
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     6 N5 b) `$ f& k3 B" @
121.                         ET0 = 0;
     ) A7 N3 k0 r0 X) [8 T' F7 Q5 o% n& 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
     ) Q; M1 m( a3 @2 t. Z& }2 u4 W
123.                         OUT = 0;
     2 {6 e" \! X0 q; X3 f+ ^
124.                         // 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
     
125.                         LED = 1;
     3 U7 B5 G& r1 k- [  h1 t# ~1 D
126.                         // 进入停机模式
     
127.                         PCON |= 0x02;
     ' J- t# C2 `7 ^9 ^; g. Z8 ?
128.                         _nop_();
       A0 r* {2 p- i& G
129.                         _nop_();
     
130.                         _nop_();
     
131.                         _nop_();
     
132.                         // 唤醒，清标志位
     
133.                         isReadyToHalt = 0;
     
134.                         // 重开定时器0中断
     
135.                         ET0 = 1;
     
136.                 }
     - T1 m+ M& ~2 F1 J9 I* J# X
137.         }
     + A; j7 v$ O7 w0 _* g& |8 `' k
138. }
     : r+ |' i9 A  \0 P& d% M$ Q2 `, |: {

复制代码

硬件参数配置：

) l  C- v* Y' E
接收端：

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   * ]3 R: g4 m6 g9 y4 u6 ?7 k
3. 
   / c) T$ s. V2 g, g! L8 A
4. 
   1 O# {1 ?, {6 \. ?5 t
5. /*
   
6. 
   ( Q6 Q5 r- r: M5 h- {
7. *---------------------------*
   7 c% Q5 ?7 H# ?6 C* M- `
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   
9. |                                                        |
   - ]2 F7 o" ?  @0 q5 X, v8 l+ m
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    7 t& H: l6 g3 k$ s
11. |                                                        |
    
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    
13. |                                                        |
    $ W9 ~- p5 E, x- s6 R+ K7 H
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    
15. |                  STC15W204S                |
    
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    & b! c/ z# ?% X
17. |                                                        |
      C" a% \. r* D# t- g6 G- [
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    
19. |                                                          |
    
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    
21. |                                                        |
    
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    6 `, E3 S: b5 f; {; x4 R' d
23. *---------------------------*
    
24. Fosc = 12MHz
    & L# i4 |1 Q& M$ b6 R, l4 `- y
25. 
    ) t6 d' b- l2 U( F6 {6 O
26. P1.0 -> 上
    1 ~) T4 j/ J* N; Z
27. P1.1 -> 左
    
28. P1.2 -> 下
    + `7 g9 g8 i3 G# M! V
29. P1.3 -> 右
    
30. P1.4 -> SEL
    , ~5 h" D& g2 e
31. P1.5 -> STA
    
32. P5.4 -> B
    2 A7 H0 F- z: e6 Q$ v6 W, j
33. P5.5 -> A
    9 O/ G" z" E# A) Z# h
34. 
    
35. */
    
36. 
    8 ^# y/ x9 \) e" i8 B% f6 k
37. 
    
38. sbit CLK        = P3^2;
    
39. sbit LATCH        = P3^3;
    9 [8 L# P: n/ m* C
40. sbit DATA        = P3^6;
    
41. 
    
42. bit isReady = 0;
    
43. static unsigned char key = 0;
    ' G! O1 G- o2 A- I8 ^
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
    + i+ w& m5 Y$ t( e2 X7 X
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;
    1 y8 n3 B; ?, M2 i. g( C5 K
48. 
    
49. 
    $ f. _* P  g0 p, L
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
    ) e# g4 Y! E/ V+ b! \) {( u+ p# ~
52.         P1M0 = 0;
    2 x3 l  ^: X% H
53.         P1M1 = 0;
    
54.         P1= 0xFF;
    
55.         P5M0 = 0;
    
56.         P5M1 = 0;
    ' O+ r3 O4 }4 T) K
57.         P5= 0xFF;
    1 i( c- m' `" t& P
58.         // P3口初始化为准双向
    1 J! |' H/ n9 v& {. ?
59.         P3M0 = 0;
    
60.         P3M1 = 0;
    + Y* H0 h5 L" ]; n3 ~3 {6 t: |. V3 }
61.         P3 = 0xFF;
    
62. }
    ( n) D6 p1 j' v9 f1 X# G$ ~
63. 
    
64. static void Interrupt_Init(){
    5 w: V$ }! B) E/ Q  P' o0 s) u/ r8 \
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    
66.         IT0 = 0;
    
67.         // 允许INT0中断
    1 P2 I0 o4 X% U( h0 F
68.         EX0 = 1;
    : u7 b; ]0 y) a2 Q8 S: c
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    8 @3 s! ?/ x. |& O0 _0 s
70.         IT1 = 0;
      f$ Z* n9 v) c/ _! c
71.         // 允许INT1中断
    
72.         EX1 = 1;
    , n* H; M0 C0 \4 m( c
73.         // 开启全局中断
    - F7 B1 v; {1 `8 @, ?; e' ?
74.         EA = 1;
    
75. }
    
76. 
    ( w" ^  f' q( m" k
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    
79.         if(isReady == 0)
    / U6 S5 O( `! `& V2 ?
80.                 return;
    7 q' m, ~* O" M. K, M; E5 X" p% W1 f
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
    4 i* K( ~/ p3 h* I
82.         if(CLK == 0)
    : I$ ?7 q! r. h* [1 b
83.                 return;
    9 |& V0 i" o# w. l' P4 k
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
    * e4 n6 z5 |$ U4 g' B
85.         idx++;
    
86.         DATA = key & mask[idx];
    + P9 T# N- e# G+ }
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;
    , r" F5 O8 q. d3 w5 W2 S
90. }
    
91. 
    5 n3 u+ ?  k. J6 v" @0 v9 |
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    0 a3 Y2 [; m) }5 I* k$ X: K
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
    3 F* v5 f2 o8 J2 L  ~3 Y' Q
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;
    ) p- d5 F+ Y# T7 O7 u. L
98.         DATA = key & 0x80;//mask[0];        // 为了加速运算，直接取表中的值而不是读表
    4 W* r) }+ R. A: j7 Q
99.         idx = 0;
    8 n3 I4 B5 M. }4 ]% A4 n- `  R8 h6 X2 p
100.         // 允许CLK进行移位
     
101.         isReady = 1;
     % V6 B* J, u& z+ s
102. }
     
103. 
     
104. void main(){
     6 {4 G; ^- m  T) z& K  h
105.         GPIO_Init();
     
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     
108.         while(1){
     3 w1 S6 O# S' W  A0 I
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     
110.                 //_nop_();
     
111.                 //_nop_();
     " w5 z3 o  r9 u# ?5 K
112.                 //_nop_();
     
113.                 //_nop_();
     
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     0 z9 j1 P8 y1 a
115.                 bufReady = buf;
     " q$ g* b" P% B( b. M- Q+ A& Y
116.         }
     
117. }
     5 i# ?1 j- {% h

复制代码

硬件参数配置无特殊要求，晶振频率选择12M即可。
+ Z' a) C5 u# r: O8 M7 `
. R- M; ]8 d) M/ Y  A# [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
精彩，楼主动手强，也写得很详细。
' x% s! V6 K. Z9 U/ S' W2.4G方案是目前无线的最低延迟吗？

: j# c2 w8 W9 {* @) J' a3 S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
+ [$ U9 q) [$ Q5 N# Y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 ...

: }3 J2 R1 i7 H# 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。
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！
9 R2 r( k5 U0 l$ D, x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。