自制FC无线手柄

雷精灵2046

! X( \" L( T8 v" j1 ~
) a! O& u! J' U( X3 l% F* q- q, Z; S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。
; x* V% x, b2 L" q* Z
) S/ r' V$ ^+ c7 `9 K
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。
2 m( H& g1 m# j! _' ]8 l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？
# H( \' y4 V9 B/ x8 w/ m1 S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。

, v$ P0 O" d# Z6 R$ A- r5 l

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。


: Z7 ^$ j9 S# a: U+ x% }4 D% |完工！
2 d! Y0 u. ^) ]; A2 U& t% O

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。
: g) i9 d' }  x- X2 j

, N' _( R6 V0 p& ]" ]8 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。
# k8 M( j$ B0 q  A$ g, F' ?

! w/ A5 x2 }: m" }( O$ U7 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。

% E$ L8 ]- h/ E5 L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$ S) _4 ]; @/ K6 w
这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。
5 c- W; b3 w* a. w  K

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。
, D6 z, O) l1 ~
发射端：
' T% K1 R9 y0 |0 ~8 B* x# D8 N% x" Y% q

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   : l: I; f! C, {: K
3. 
   
4. 
   , _% ]* N+ t6 n
5. /*
   8 S3 A3 y! r8 E8 R5 q4 P& C3 S+ [
6. --------------------------
   7 u9 ]$ r) G% `) e
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   1 ~. n6 [3 @( H/ V: w' b
8. |                                                   |
   - Z) [. j0 r4 ]8 I/ @/ F
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   
10. |                 STC15W204S                   |
    $ y( y2 d6 J9 D3 B9 j% ^4 y
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    $ f9 \# q8 O& ~: r9 l, ?
12. |                                                   |
    
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    ! S' f2 o1 }2 J: |
14. --------------------------
    5 c- d9 y. m- o# ]; e
15. 
    
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    6 Z2 b* P$ g, L4 w. H
17.            Red          330
      v6 A0 ^, o9 y0 l* u9 ^) V% s+ [
18. 
    
19. Fosc = 6MHz
    ( n) {& b; r1 H: M; F* Y' o
20. */
    ! x1 E) G( V* G& w' B( s/ G- M
21. 
    9 S) a, X8 z  A5 {5 e
22. 
    6 u4 ^  i1 `* F  @; d- v
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;
    
30. 
    
31. // 矩形波次数累计
    7 s8 t$ \7 u, o$ G! e& ?0 |
32. static volatile unsigned char count = 0;
    0 B: l  M- v+ c1 v
33. 
    3 z$ U5 P1 j% s/ R$ f" v
34. 
    6 J. v& z$ J/ N( x4 x
35. static void GPIO_Init(){
    / ^2 f9 K3 o) [5 l' t, z, V( }
36.         // P3口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
    # V" }( V5 f6 V* t9 n
37.         P3M0 = 0;
    4 a$ j( _& R: p% O. f  i) u
38.         P3M1 = 0;
    - }  I8 g. i" x; A( k& P
39.         P3 = 0xFF;
    & [( _7 Z1 O9 |8 e* |. n% i( s
40.         // P5口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
    6 v, k; K3 X' f% @- t* r5 G% T" W
41.         P5M0 = 0;
    $ `- v% w& {( _2 D& l/ N. X
42.         P5M1 = 0;
    
43.         P5 = 0xFF;
    ; `/ o" e3 Q+ W3 j
44. }
    ) F, \, N" s7 @6 r, z8 E9 t+ {
45. 
    
46. static void Timer0_Init(){
    6 Z6 J" z' k2 U3 t
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    : X( l- I  B6 i& i, B) L7 v
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
      d# R7 ?$ ?/ _+ J2 d
49.         TMOD &= 0xF0;        // 设置定时器模式
      u) l4 h9 N# Q1 I5 d
50.         TL0 = 0xC0;                // 设置定时初值
    
51.         TH0 = 0xE0;                // 设置定时初值
      F& i1 {$ \4 t2 B
52.         TF0 = 0;                // 清除TF0标志
    ) S, v7 I1 i+ X2 }- o( f, Z
53.         TR0 = 1;                // 定时器0开始计时
    8 b  X0 V& u9 i$ J8 }
54. }
    % b" J  S; w1 `( s& i, x, n
55. 
    
56. static void Interrupt_Init(){
    8 k, G( Z9 Q1 e# d* F# |9 c6 B
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    
58.         IT0 = 1;
    
59.         // 允许INT0中断
    
60.         EX0 = 1;
    7 W5 Y6 p5 }- b, M3 l
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    
62.         IT1 = 1;
    " C* S5 P2 T1 l6 Z
63.         // 允许INT1中断
    
64.         EX1 = 1;
    ) ~6 k, e6 Q9 k4 {) l  Y4 F7 ]- V2 F
65.         // 允许定时器0中断
    + F$ k# M, u7 l8 B, Z( v$ ]
66.         ET0 = 1;
    
67.         // 允许全局中断
    $ E) z. S3 i7 U9 @  p
68.         EA = 1;
    
69. }
    " Z$ }7 |7 T) ]: l
70. 
    6 T& z7 T; L, O$ @* _# w& v
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    : U# N! j# |% A5 P
72.         // 矩形波次数累计归零
    7 w% J. w! f& z3 T- ~6 ?; W5 ]4 @
73.         count = 0;
    & z3 G  F/ F$ w. _2 k& E( ^- A
74.         // 重开定时器0中断
    
75.         ET0 = 1;
    * l; p* z+ J7 p# R7 l
76. }
    
77. 
    
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    
79.         // 输出矩形波
    $ W- H+ Y, G4 D0 K' N! n+ n
80.         OUT = ~OUT;
    
81.         // 累计矩形波次数
    # F& V" }' _3 \  }$ t
82.         count++;
    - x! z0 m2 {- P) z% M$ T3 T2 |
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    " M9 k) G0 \' u+ D
84.         if(count > 250){
    
85.                 count = 0;
    
86.                 isReadyToHalt = 1;
    * W8 Q9 T( R$ V$ m- y
87.         }
    
88. }
    + s8 U+ A  N! K- o+ K' W
89. 
    8 _: U: F/ N/ J/ g+ r2 c0 ]
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    7 I! ]# M- |* i9 i
91.         // 矩形波次数累计归零
    1 n! }1 |  f. E3 v7 k0 M* m
92.         count = 0;
    
93.         // 重开定时器0中断
      m8 u7 S( q% v, ~; R9 y
94.         ET0 = 1;
    7 D8 L' g# H0 h' i6 j
95. }
    " p8 ?& n$ [! S. z! H
96. 
    6 `( o% D8 A' t% l. R# u
97. 
    
98. void main(){
    # }: v7 J3 l: F' d& w- j
99.         // 初始化P3和P5口
    " q' \, ~9 T$ E% Q% R$ K* a1 O
100.         GPIO_Init();
     
101.         // 初始化定时器0
     9 d& b1 |. j- G) g" \8 \
102.         Timer0_Init();
     
103.         // 初始化中断
     9 c  l( n8 Y$ K& Z; G" i! t
104.         Interrupt_Init();
     2 w4 A6 U3 g* t) C. @
105.        
     
106.         while(1){
     
107.                 // 检测电量
     
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     + |9 |/ T! s- l  ^
109.                         // 如果电量低，低压指示灯亮
     " J+ Z" O; n5 T( H' z
110.                         LED = 0;
     
111.                         // 清电量检测硬件标志位
     ' E7 I3 K+ o. }) T& B0 @. u
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     * [' _- w6 w  s4 ~- r( W" a- l2 x
113.                 }else{
     
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     8 A# r" v; @) S! s; z4 x0 p1 Y
115.                         LED = 1;
     
116.                 }
     : I8 b/ i: ?$ H# k5 E
117. 
     7 q( C* {* C& S" v5 u0 S
118.                 // 检测到停机标志
     
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     
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;
     ) {$ c) K% U. r: r! f7 ]$ Y
124.                         // 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
     6 {: X$ G! H0 k% i" `) Z+ s$ e3 e
125.                         LED = 1;
     
126.                         // 进入停机模式
     & _! }1 H3 W+ F. M
127.                         PCON |= 0x02;
     . V0 v0 B% O4 H: @2 G$ \
128.                         _nop_();
     / U5 @0 x4 m3 L5 T! R7 _
129.                         _nop_();
     
130.                         _nop_();
     " e  S5 ^2 ?5 j4 l  s6 V4 ^( O
131.                         _nop_();
     * }3 @3 @3 O7 X$ C$ m% [" U
132.                         // 唤醒，清标志位
     1 o* E& }# ^# q2 t2 x
133.                         isReadyToHalt = 0;
     
134.                         // 重开定时器0中断
     
135.                         ET0 = 1;
     7 B- X6 U/ X( }
136.                 }
     : i5 `9 X- T$ ^' P* ?' J
137.         }
     
138. }
     

复制代码

& N5 C7 t" v& O# S硬件参数配置：
4 v8 ^9 v# C1 Y) E
2 J+ a% t% v9 P; I& Y' `0 F* v
/ y8 v3 H1 I3 x  L接收端：

1. #include <INTRINS.H>
   : c" Q! w9 O1 k: J- K3 ~, i
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   
4. 
   
5. /*
   ! j( E! ]9 h* k
6. 
   ( N$ g' u. d7 ~
7. *---------------------------*
   $ e  k! V4 ?0 X8 ^
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   
9. |                                                        |
   . A5 d+ Y; v9 N; B/ _, M# U$ g
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    ( f0 f2 y" ]3 T4 Y2 W' [8 Y4 b1 V
11. |                                                        |
    
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    
13. |                                                        |
    
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    ) Q$ ~9 |& z# s: i
15. |                  STC15W204S                |
    : D8 j2 O2 l0 g$ ~6 t, g2 x+ }
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    - F/ p- V! w3 H$ ]3 M9 q6 ?3 t/ _
17. |                                                        |
    ) z6 \% Z" c6 Q/ T) U
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    
19. |                                                          |
    3 Q4 A. {* B. y1 v; a7 w% C
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    
21. |                                                        |
    
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    ; O6 C: t% x/ q" l5 b3 D
23. *---------------------------*
    " R" ~8 h2 q7 V: R3 Z3 i9 `( o! A
24. Fosc = 12MHz
    
25. 
    
26. P1.0 -> 上
    5 j# }; x' u% ]$ D! V, Z0 o
27. P1.1 -> 左
    * W* n+ L! e$ b* t$ R" `
28. P1.2 -> 下
    
29. P1.3 -> 右
    
30. P1.4 -> SEL
    
31. P1.5 -> STA
    , T6 h$ u  [. n- f+ C: _: Y$ p
32. P5.4 -> B
    9 k/ K8 E; a) u9 ]5 w
33. P5.5 -> A
    $ M  n3 v6 c- f& A. I  x% j+ V
34. 
    $ F9 ^. ?; p& T! f6 G' j4 ~: h7 k
35. */
    - X6 Z& J3 M! p  J
36. 
      O9 U) T( Q. V2 y
37. 
    
38. sbit CLK        = P3^2;
    
39. sbit LATCH        = P3^3;
    3 x2 O" m6 A9 ^7 d! [6 T& f5 g* r
40. sbit DATA        = P3^6;
    6 o+ ~8 U) i# Y9 O1 K9 s7 n2 n
41. 
    ' ~: Z8 r0 I) F& ~) I$ s" _
42. bit isReady = 0;
    + v; c. M+ |1 w8 E  W
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
    
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
    # B* U) q3 d5 Q# u8 C
47. static unsigned char idx = 0;
    
48. 
    
49. 
    - H- L" K7 b9 z
50. static void GPIO_Init(){
    4 s: M+ s- Q' s; z4 \$ ^
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;
    3 W  }$ z2 Z$ m9 h( }( N& p# u
53.         P1M1 = 0;
    ( V/ D; V7 J; B2 B. x7 g; ~( _
54.         P1= 0xFF;
    
55.         P5M0 = 0;
    5 `4 z; r1 b  u0 L; i
56.         P5M1 = 0;
    ; c, D0 u8 n3 x: V0 g8 W
57.         P5= 0xFF;
    % h1 h5 O. `$ K, J
58.         // P3口初始化为准双向
    : y' u' G! L8 S" L3 I
59.         P3M0 = 0;
    
60.         P3M1 = 0;
    + c7 [' Z$ m6 N' M- g' {
61.         P3 = 0xFF;
    1 o$ c! _2 @0 x
62. }
    
63. 
    1 h" T7 [  ~, Z- r& G
64. static void Interrupt_Init(){
    ; ]2 F- [% L  J" A5 X; d
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    
66.         IT0 = 0;
    4 S; o' |. G3 l9 }1 q8 ?
67.         // 允许INT0中断
    & |' R6 p+ K4 A, q$ x1 b
68.         EX0 = 1;
    2 G2 E: J$ k4 p. D2 z
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    + `; n5 L$ o) Y: [) t6 E
70.         IT1 = 0;
    
71.         // 允许INT1中断
    9 r9 J' Y% a0 ?: M
72.         EX1 = 1;
    
73.         // 开启全局中断
    2 R: l0 T# J; i7 l$ N
74.         EA = 1;
    0 p* h+ L" X. `! A6 g
75. }
    " D$ d+ Q/ C6 r$ m2 E+ O- F
76. 
    ; B7 f' P4 s: ?8 z, O1 w
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    3 g8 Q- Q  H5 \0 g% P" x8 t5 G( ^
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    
79.         if(isReady == 0)
    " G$ W0 K9 R( U( L( \
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)
    0 q" l) J# P4 B7 L4 s' l
83.                 return;
    
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
    ! w" Q/ A3 ]$ {$ e
85.         idx++;
    
86.         DATA = key & mask[idx];
    ; Y' `: h: e' p- S
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    
88.         if(idx >= 7)
      i2 ~2 Q; z# A  g4 G: }6 u
89.                 isReady = 0;
    
90. }
    - C1 ?9 k. n0 s- u
91. 
    
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    
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)
    % z) ~- i9 `# v0 F) J
95.                 return;
    ' X& J" M! k* a
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;
    
98.         DATA = key & 0x80;//mask[0];        // 为了加速运算，直接取表中的值而不是读表
    8 Z/ ]: k( Q9 O0 r  ~9 X
99.         idx = 0;
    0 G9 M: `. G' O/ n
100.         // 允许CLK进行移位
     
101.         isReady = 1;
     
102. }
     ) Q) r; I/ D& ?: M" ~: q
103. 
     
104. void main(){
     
105.         GPIO_Init();
     4 q" v, F' i8 m, D3 o# b
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     
108.         while(1){
     1 H; e! C( c! R+ m' x4 h0 h
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     
110.                 //_nop_();
     
111.                 //_nop_();
     ! d, X* N. q: \3 C
112.                 //_nop_();
     
113.                 //_nop_();
     
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     
115.                 bufReady = buf;
     " l: U# r& G7 c# C
116.         }
     0 A7 S  C( P* e% d6 n8 u  k
117. }
     ( ?' [$ x* p2 ^7 C' G

复制代码

1 n0 Q/ w' X- {! i6 a% g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
* D% p$ [$ U% f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。 ...

! v1 T( x6 `5 c1 |0 i& b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。
+ _! u; c2 z* n' @' Y6 B. N- n2.4G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。
2.4G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。
' a& U" k. y' e0 o: W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。
% @; b  ?9 j1 I( O) f+ S7 l! E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 ...

. X6 a" R4 a4 M* I: i' W2 p, q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。 ...

& k+ O6 i6 z; ^# s2 M3 C  s& X能得到孙大师的赞誉，不胜荣幸！
7 H4 x( b1 e- J1 U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。