自制FC无线手柄

雷精灵2046

/ t4 `% L  J" M) x+ ^
! A  |% \# B9 d1 m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。

$ a( g1 a- A2 l: Z# C4 A/ F9 Y
' _8 N6 }, O6 A4 H  F/ m' G$ 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。
' q  m6 k% j% v
% J1 N7 O% Q. o9 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。
4 `. L8 ~7 S. j! \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。

  M7 e9 h& Z5 X2 i; @

最后把按键、导电橡胶和电路板装上去。
, V% c# Y$ s5 U8 j3 V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。
7 s3 D' A1 }2 w- G& G

& A' ]$ o' \$ x% u: @5 O, s8 F  v完工！
6 S9 A9 t* ]2 S) m( E

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。
! ^8 T& h9 T# d6 t
2 d' M- b/ Q2 V5 ]2 B: X1 R* l
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。
. E4 y2 k5 Q, S0 K% Q4 q" V


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。
: `1 h1 \5 A1 D: ]! q+ j* F
2 g# L& k; m, e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。


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。

$ U1 p3 ~( t' ~: n( t! s发射端：

1. #include <INTRINS.H>
   2 F$ t5 f4 V. c; _1 H4 g! I( h: Y
2. #include "STC15W.h"
   4 `8 a- Y( {& r) \  C; V1 ?" G
3. 
   # a$ Z+ n' D( }1 Y
4. 
   
5. /*
   
6. --------------------------
   # ]8 ]- X* U/ Y- q& {
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   & F+ D, {- j4 T7 r9 P% o2 Z
8. |                                                   |
   9 V5 ?4 M: A: R) G# B) R8 T
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   
10. |                 STC15W204S                   |
    
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    
12. |                                                   |
    
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    
14. --------------------------
    
15. 
    4 Z% l. l) l! X  M8 L
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    
17.            Red          330
    - I2 Z4 r$ x' X  p/ t5 W
18. 
    
19. Fosc = 6MHz
    
20. */
    - a' v. W8 i: X! o
21. 
    2 @5 ~) v0 B# n
22. 
    
23. // 矩形波输出脚
    
24. sbit OUT = P5^4;
    * s" _5 ?/ U" ~$ i" i- p
25. // 低压指示灯引脚
    
26. sbit LED = P5^5;
    
27. 
    8 x) ]/ W% D7 V2 C  Y. _
28. // 停机标志位
      L) v0 D1 L& u% H
29. bit isReadyToHalt = 0;
    
30. 
    " J$ s8 n! @$ V( U( t# v) D
31. // 矩形波次数累计
    - T. d& i/ i9 h$ l( W. s
32. static volatile unsigned char count = 0;
    
33. 
    
34. 
    
35. static void GPIO_Init(){
    
36.         // P3口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
    % ]4 b. |. j# i+ o
37.         P3M0 = 0;
    % f) S2 ?/ a3 R6 Z( d" [
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
    7 Y* ?# T9 i" ~7 k
41.         P5M0 = 0;
    ' G, S4 M3 z: T" C1 \' Q) J2 s
42.         P5M1 = 0;
    6 X/ y6 `* v" k$ T5 `) Z6 t( ^) z
43.         P5 = 0xFF;
    ) G7 C9 l  f& D1 Q5 [6 P
44. }
    
45. 
    + g$ \1 N$ G2 J1 \" P, ^. r
46. static void Timer0_Init(){
    
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
    
49.         TMOD &= 0xF0;        // 设置定时器模式
    
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
    5 a5 G8 C8 U, Y9 D  U3 {5 ^' F
53.         TR0 = 1;                // 定时器0开始计时
    
54. }
    : o# e. c( g1 U* I, y) P3 @
55. 
    
56. static void Interrupt_Init(){
    . A$ i" j. g5 z' H. Q# N
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    5 a6 [  `8 _* h$ E+ k/ I
58.         IT0 = 1;
    
59.         // 允许INT0中断
    9 E4 a5 I9 e$ s9 X& Z/ g
60.         EX0 = 1;
    9 X7 R: g; A8 n. R3 _
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    4 ]( {6 u7 Z! v0 M
62.         IT1 = 1;
    
63.         // 允许INT1中断
    
64.         EX1 = 1;
    
65.         // 允许定时器0中断
    
66.         ET0 = 1;
    7 e" i$ }5 U( `% r& Y2 a+ J" a
67.         // 允许全局中断
    ; P, O/ S1 {% Q0 O. ]' W2 y+ j
68.         EA = 1;
    , O" S$ u8 V: B
69. }
    9 f2 I5 X$ R1 ]% D) X
70. 
    
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
72.         // 矩形波次数累计归零
    , c- b' ?# {- {4 r
73.         count = 0;
    % X: X! j0 K+ ]! R
74.         // 重开定时器0中断
    
75.         ET0 = 1;
    
76. }
    % }, M2 }  y* d7 J
77. 
    
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    1 x7 }0 a( N( L1 P9 b+ g
79.         // 输出矩形波
    
80.         OUT = ~OUT;
    
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;
    
86.                 isReadyToHalt = 1;
    
87.         }
    
88. }
    
89. 
    
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    0 b0 \. G$ T, W+ k1 E; N1 B
91.         // 矩形波次数累计归零
    & V. B! P. V0 p% v1 n. w
92.         count = 0;
    
93.         // 重开定时器0中断
    2 C5 _: X+ |# c
94.         ET0 = 1;
    * u4 y' j* c5 {) s! Y. A2 [
95. }
    : d' E2 i) M5 b% I1 c0 l% g
96. 
    ; m! ]! g* N* o8 k' N9 D$ D
97. 
    ; Q1 D9 [9 Z5 U9 i
98. void main(){
    * U1 t( l$ N; G; B. D% E% n
99.         // 初始化P3和P5口
    7 K. c4 k1 B" n$ D( o
100.         GPIO_Init();
     5 ~& b# l$ D3 `1 b# ]
101.         // 初始化定时器0
     
102.         Timer0_Init();
     ! Q7 T, g" y* `5 \0 [# v) y" X
103.         // 初始化中断
     
104.         Interrupt_Init();
     
105.        
     + H0 m, c- n: X. p: _3 R# R
106.         while(1){
     
107.                 // 检测电量
     
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     4 C1 U' e9 ^; h5 e4 b/ d* |" k
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);
     9 ]6 T% |8 `5 F# E6 [* A: A
113.                 }else{
     
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     
115.                         LED = 1;
     
116.                 }
     
117. 
     
118.                 // 检测到停机标志
     
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     # I" z* i# u- A: R2 I# ^! t; a
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     + i. |: t2 O, O8 @
121.                         ET0 = 0;
       b% p, I9 \2 l3 D- O2 C
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;
     
124.                         // 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
     
125.                         LED = 1;
     9 u$ k, j; Q8 I& w
126.                         // 进入停机模式
     " `) b+ U' ]( E7 n. L' W
127.                         PCON |= 0x02;
     
128.                         _nop_();
     % n" [# L4 ]; c: R
129.                         _nop_();
     
130.                         _nop_();
     % T( E. m- Y/ Q$ M0 R
131.                         _nop_();
     
132.                         // 唤醒，清标志位
     
133.                         isReadyToHalt = 0;
     
134.                         // 重开定时器0中断
     
135.                         ET0 = 1;
     # V$ d/ u' p! W
136.                 }
     ) M4 k* T4 ?! t* l6 z
137.         }
     ( u( N# Y# g  C1 p1 e
138. }
     

复制代码

硬件参数配置：


- D0 f! s2 D) p! l# x* B接收端：
, @5 I/ w4 j* _% B* r1 ~( d

1. #include <INTRINS.H>
   , [& k' Z7 Y  @! J; y* O8 ]( J) Y1 i
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   1 `1 H: ]6 H( A% U: q( A
4. 
   : l5 v, y9 y' Y; V' l
5. /*
   
6. 
   1 p- S( S) h: O7 }' Z/ [1 l/ {
7. *---------------------------*
   4 L$ `$ ?* L' Q2 K, }. ]7 u" {
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   
9. |                                                        |
   / a# E+ f8 S) Z" r0 W3 {
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
      H$ q2 K& v6 D; V( f" q& q; Q' l
11. |                                                        |
    ' Z' S- G! v* V+ v, I, o
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    ' T0 M) x3 |% \# a: s* ?$ I
13. |                                                        |
    4 [3 V! ?' c9 h/ [0 m$ ~7 U
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
      y) ^  i7 U# `1 K( }$ {
15. |                  STC15W204S                |
    5 O7 q: |1 b6 B/ W6 h# E
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    
17. |                                                        |
    1 d* ^! y2 _9 U
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    
19. |                                                          |
    
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    ( H: k: j6 ^/ y+ y
21. |                                                        |
    
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    " g4 Y" g$ Q: O9 @7 `1 _- v) K
23. *---------------------------*
    
24. Fosc = 12MHz
    2 W0 T  U7 z( ]) [) `
25. 
    ! V( I) \+ u! |0 K% G: A
26. P1.0 -> 上
    " U) c  V7 G1 s
27. P1.1 -> 左
    1 y& L( s: E% \# @/ p
28. P1.2 -> 下
    
29. P1.3 -> 右
    
30. P1.4 -> SEL
    : Y& j0 @2 C7 O2 i2 D* N: n* t
31. P1.5 -> STA
    
32. P5.4 -> B
    
33. P5.5 -> A
    5 e! {: \! L6 W& I% O5 K" u
34. 
    9 Q/ }  _0 b) @$ b0 X6 y- Q- b
35. */
    $ S7 S0 Z  f- l0 b5 X5 ?9 V
36. 
      q; }2 ]% o& j* c6 C4 O2 a( l
37. 
    
38. sbit CLK        = P3^2;
    . I1 [3 A5 @: C) P* A" w  U
39. sbit LATCH        = P3^3;
    
40. sbit DATA        = P3^6;
    9 o% j! T: `/ C7 U- U7 w2 E" @. O$ ~
41. 
    
42. bit isReady = 0;
    1 M, s. _& b6 C, I! O7 i+ E
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
    . ~) x7 ]; U0 O. J
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
    ) K* r+ Y& X2 V. q" T& Y/ e0 |
47. static unsigned char idx = 0;
      ~. ?) O0 G9 F0 c6 @
48. 
    ; S" L! B1 C, T* M
49. 
    & g; f. |. ^0 U% f) L1 W* `
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
    ( Z7 \! {1 o: r3 i( |8 G* Z
52.         P1M0 = 0;
    # W3 z: `( G) {% a
53.         P1M1 = 0;
    
54.         P1= 0xFF;
    
55.         P5M0 = 0;
    
56.         P5M1 = 0;
    
57.         P5= 0xFF;
    * X5 C" m+ U  E  D) T* ], P/ ^
58.         // P3口初始化为准双向
    
59.         P3M0 = 0;
    % J0 `& X4 v. V/ ?! I" ?; J
60.         P3M1 = 0;
    
61.         P3 = 0xFF;
    - ^, f2 H% f5 I( T& h  S& u
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;
    . P- u- _7 w/ o9 L
67.         // 允许INT0中断
    4 U& O- t4 K9 o: q3 j
68.         EX0 = 1;
    - p1 R2 f) k1 x" }% p
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    ; I3 ~0 {0 m3 }5 x; E3 D( m% B
70.         IT1 = 0;
    
71.         // 允许INT1中断
    ( b" o' F; {' |' T! ^
72.         EX1 = 1;
    
73.         // 开启全局中断
    9 q# \* ^" u/ d2 A8 ~# b) O; Z% P' q
74.         EA = 1;
    
75. }
    
76. 
    
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)
    , l8 u. u, t/ }8 M* h
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
    0 L4 N( X1 J' G
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
    ! r$ Q$ _: m" C' d' D* T
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)
    ; A2 [) X. Q( P& E; t
89.                 isReady = 0;
    * ]% y, t0 _3 c- H2 C
90. }
    ) r% t) r3 X8 g1 N. P
91. 
    9 a( g; p+ b+ {# W/ i
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    ) K2 W" B- u8 a) Y6 B- i- a* d
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)
    6 e+ }# U& }9 R& E9 z7 a$ f
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;
    
98.         DATA = key & 0x80;//mask[0];        // 为了加速运算，直接取表中的值而不是读表
    $ c8 u- u  j( q2 W- ~
99.         idx = 0;
    3 Y( ]1 l" D* b4 }
100.         // 允许CLK进行移位
     
101.         isReady = 1;
     $ L$ K. T9 G( N' t9 K
102. }
     
103. 
     : [( c( c. ?7 i
104. void main(){
     9 j( y0 R5 F: o
105.         GPIO_Init();
     
106.         Interrupt_Init();
     0 O4 |- C+ ^% p0 w' |
107.        
     * h( j4 |+ m8 l
108.         while(1){
     
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     1 O2 h7 x! Z/ C: H, c2 O/ A' p. A
110.                 //_nop_();
     + P5 G; v; }- E7 w2 ]. K5 e
111.                 //_nop_();
     ) J* k7 {$ {+ Z4 R7 c4 u8 m" ^6 }: V  b
112.                 //_nop_();
     # r, C$ `8 v3 M$ I2 b
113.                 //_nop_();
     
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     
115.                 bufReady = buf;
     * @0 o: D5 j* A, M/ _
116.         }
     * j8 _1 |% ?& w: b  k
117. }
     4 ^" J# W% I' x& F" _' p4 V

复制代码

4 F8 Z; W) ?; z硬件参数配置无特殊要求，晶振频率选择12M即可。
+ n! J  U( g. n  k
$ V2 u/ `8 B3 R  r; _$ L; ]+ f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
! C- S& h; U; s: V& e: d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。 ...

8 ?6 z4 p9 `% K, C% 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。
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。
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。
! M2 [' x* x) ]& Q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。
5 K+ r# x  d) o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。
2 V' G8 x5 F" s3 ]6 \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 ...

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。
8 H+ u) X% k, J: t8 [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。 ...

: J% |: G1 ?7 Q能得到孙大师的赞誉，不胜荣幸！
% v, \" L& \3 y$ 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。