自制FC无线手柄

雷精灵2046

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。
5 N8 b  I$ I/ O! x, p

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。
2 a& r1 y  d! g# p* {
2 |- _& `6 K; }5 J) @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。
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？
0 c$ t$ r' |! [' X3 c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。
, K4 Q5 M6 V6 j  x# d


最后把按键、导电橡胶和电路板装上去。
  k9 F, e% d4 E6 |' t, [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。
& I# y# N9 `" N2 Q+ o$ H
4 l  U; I( S* J0 u4 W' P! J
完工！

; V  V6 H$ I4 Z/ E6 \& e0 G
1 g' e) L6 P' B( o$ H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。
1 o- H' P- p3 i0 n- P9 I- d
7 v( }4 E) b  [) G$ V# a. u5 S
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。

4 m/ u. }6 c9 \1 m2 s7 \
& M# S; k% h3 f
, {5 C) i, ^- h& o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。
: k1 \0 Q3 R( z
0 Y) C# f  O8 j! k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。
( f* }. s! r5 ?
. e) d: u1 O4 x$ t3 q发射端：
3 ~, M4 ]4 [+ f2 r! K" o

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   7 p0 l: s7 i& R/ m8 e) a; @
3. 
   , M/ z6 S' ~& O1 z
4. 
   6 e1 Q4 a9 ]5 v8 M8 w) s
5. /*
   # |9 N- c; h) Y9 b; j! I; v
6. --------------------------
   4 m/ y* @2 u# W2 q7 W
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   
8. |                                                   |
   $ X$ _0 {- {: U! S
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   5 O$ P$ J/ u6 Z( o2 Y) Z/ d
10. |                 STC15W204S                   |
      ^/ y  c- C1 ]% ]: `9 X7 h
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    6 G$ l2 T3 @* c' X
12. |                                                   |
    
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    . [( A  I! K2 |; x% I5 Y
14. --------------------------
    . y, W+ Q+ q/ d* X
15. 
    8 W9 X  e$ K+ A9 r# j
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    , D# j' e/ q: y9 w: d' s
17.            Red          330
    
18. 
    " H- }3 W- J# [) g# j* T& f
19. Fosc = 6MHz
    3 g: W8 |# g0 t" v; G
20. */
    7 T0 U0 N1 n' p( o' z
21. 
    
22. 
    
23. // 矩形波输出脚
    / B# c  `% f1 G- z6 }
24. sbit OUT = P5^4;
    
25. // 低压指示灯引脚
    
26. sbit LED = P5^5;
    
27. 
    3 B! M: I3 h1 ?8 O6 o: K8 {2 Y
28. // 停机标志位
    $ r5 x8 ]5 P8 z) K* v3 y% v  h) n
29. bit isReadyToHalt = 0;
    
30. 
    
31. // 矩形波次数累计
    ; L$ ~5 ?/ W! [7 ~2 C+ Q
32. static volatile unsigned char count = 0;
    
33. 
    5 ?& v+ N, L9 U2 k" m7 \9 |
34. 
    , N7 ^: B- A" w% N8 y% Q$ v2 C( J. _3 {
35. static void GPIO_Init(){
    % v) h( H8 o0 u3 ~% ~  Q  |
36.         // P3口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
    8 y, Q$ @, Q: F. g, P$ I
37.         P3M0 = 0;
    
38.         P3M1 = 0;
    , g- T3 M) D3 U
39.         P3 = 0xFF;
    9 \% E4 [( t% p
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;
    
42.         P5M1 = 0;
    2 M' ~6 E& d# t1 y
43.         P5 = 0xFF;
    
44. }
    
45. 
    
46. static void Timer0_Init(){
    " m; R" a0 I" Z& |5 Z
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
    4 Q* p+ ?& n0 k2 _
49.         TMOD &= 0xF0;        // 设置定时器模式
    . i" @; J. W( E
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
    
54. }
    1 a: H/ S0 E7 x1 E) P
55. 
    5 U4 S/ L! ]; e9 s( D! K
56. static void Interrupt_Init(){
    
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    
58.         IT0 = 1;
    
59.         // 允许INT0中断
    1 i1 S- i2 ?# V1 u- u5 N" j) c
60.         EX0 = 1;
    
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    / {; E* E  R- Q" h) l9 w2 y8 h
62.         IT1 = 1;
    
63.         // 允许INT1中断
    
64.         EX1 = 1;
    ' b6 b' _) c  r! q7 y( m& Q: Q1 Y
65.         // 允许定时器0中断
    ( B( L' n1 ], m) }* Q
66.         ET0 = 1;
    " v3 a7 K9 E) r- Q7 P8 z
67.         // 允许全局中断
    
68.         EA = 1;
    
69. }
    
70. 
    
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    , L) t5 l) k7 Y2 ~7 v# I  s8 g! S
72.         // 矩形波次数累计归零
    
73.         count = 0;
    / [4 b; B! R1 E7 l1 P1 E  R$ k
74.         // 重开定时器0中断
    
75.         ET0 = 1;
    
76. }
    
77. 
    ( _  K1 d6 d0 g
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    " A3 k0 B# k) ^* w* l
79.         // 输出矩形波
    2 [, W6 t/ \2 T9 e! Q5 V
80.         OUT = ~OUT;
    
81.         // 累计矩形波次数
    
82.         count++;
    # w, r1 M3 k0 j9 }7 ~. v0 ]
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    
84.         if(count > 250){
    
85.                 count = 0;
    5 F4 `' t: M5 `: K/ u, a5 J7 J
86.                 isReadyToHalt = 1;
    ) b! d- e/ b; {" v
87.         }
    , u2 T* m7 R8 @% I. N
88. }
    & K3 m5 C& E' E4 m
89. 
    
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    
91.         // 矩形波次数累计归零
    . r6 X& i$ A" O! V8 Y% U
92.         count = 0;
    ( x+ ?0 |3 D8 e' g* m! z0 `
93.         // 重开定时器0中断
    2 y: _  I7 k4 J4 D
94.         ET0 = 1;
    
95. }
    
96. 
    $ U' ~, K) n2 A; G+ p" Y
97. 
    
98. void main(){
    
99.         // 初始化P3和P5口
    8 g" `' b( T- p4 B5 Y9 q7 x
100.         GPIO_Init();
     
101.         // 初始化定时器0
     $ \0 ^6 X- v/ N0 Z- d( B: d, t* j
102.         Timer0_Init();
     3 C1 J) n" o8 T, i' S4 k6 h
103.         // 初始化中断
     
104.         Interrupt_Init();
     
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
     
110.                         LED = 0;
     4 c- ]' W, [. l- F" C2 X) O
111.                         // 清电量检测硬件标志位
     * Z! B# f6 H3 V. S
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     
113.                 }else{
     6 P" b3 s* C4 L1 N
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     
115.                         LED = 1;
     1 K4 s) u, L- Z
116.                 }
     
117. 
     
118.                 // 检测到停机标志
     
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     ) f( w+ @% Y% E7 t
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     1 |3 C) ^* U' z9 q
121.                         ET0 = 0;
     : @4 f$ L% a& U
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;
     , ~7 N4 T; j4 G! S- n
124.                         // 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
     
125.                         LED = 1;
     
126.                         // 进入停机模式
     ; U' Q6 q( i4 C
127.                         PCON |= 0x02;
     
128.                         _nop_();
     " V! R9 X' k; x, r2 A( j
129.                         _nop_();
     
130.                         _nop_();
     # j6 a4 S. u1 \, q2 f. I( @
131.                         _nop_();
     2 z. o7 L4 F& \. u: r! R1 {8 H
132.                         // 唤醒，清标志位
     
133.                         isReadyToHalt = 0;
     
134.                         // 重开定时器0中断
     
135.                         ET0 = 1;
     9 {9 r/ k0 ?9 A* I* l
136.                 }
     9 D# }! W5 \1 }% _0 s
137.         }
     
138. }
     

复制代码

' S9 a- ?- J5 T% D: a$ w5 B硬件参数配置：

3 p/ E( d! b% P# ^" E; o2 S: R
0 u, S! d$ y5 X3 k接收端：
; u$ f/ w+ r2 v" Y$ N! u) |4 j

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   
4. 
   : @. [2 x+ E# J
5. /*
   
6. 
   8 P  h7 y! o1 s6 n5 a
7. *---------------------------*
   
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   ) h- `4 q: a( m( U3 ?
9. |                                                        |
   ( l* ~( T# L' Q
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    + Y* k8 u) P2 I/ @
11. |                                                        |
    
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    , N; e% A" ~* K  U2 d9 o
13. |                                                        |
    % I4 S7 _( T7 v( x
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    
15. |                  STC15W204S                |
    1 C2 Z( [9 b6 v8 I6 J' x: P" P
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    ! `; R( Y! k& S7 N
17. |                                                        |
    ( C% x0 `7 q% t0 \0 }
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    
19. |                                                          |
    ! x# b) B2 E2 t$ Q9 x+ G+ i
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    6 w/ c; {; P' H) j9 i4 ^
21. |                                                        |
    & x, ~# m' {; e. n2 X9 |0 b
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    ! ]9 r; d* c" s
23. *---------------------------*
    
24. Fosc = 12MHz
    
25. 
    
26. P1.0 -> 上
    % x, U! S+ d. N' F) K
27. P1.1 -> 左
    
28. P1.2 -> 下
    5 {, X! A3 {) A* O5 F- G; T& I+ x
29. P1.3 -> 右
    
30. P1.4 -> SEL
    7 J# K" k! {# |0 a4 h
31. P1.5 -> STA
    
32. P5.4 -> B
    3 V3 s) _) A) ^5 X, `
33. P5.5 -> A
    
34. 
    % h: w6 P5 m) s9 L( Q4 x
35. */
    
36. 
    
37. 
    + y5 Z6 e4 Y5 N/ C4 Q2 [# r
38. sbit CLK        = P3^2;
    ) ~( d; m! `& A+ y5 S( a8 H
39. sbit LATCH        = P3^3;
    6 R# i' q4 s1 R3 G
40. sbit DATA        = P3^6;
    2 q. T3 u) I4 r4 Z5 W- U5 v
41. 
    . I3 U  o' J+ k; b8 s! ~
42. bit isReady = 0;
    
43. static unsigned char key = 0;
    & g1 v* L+ N% E" ~9 |, E- B
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
    3 R/ h7 X* J: w0 @5 Q- ?" x
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
      ]$ _/ b9 ~6 `
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;
    
48. 
    5 g: {* t0 r: G% p: Z
49. 
    9 {2 I* Y) X" j1 N8 p- M. S2 S
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
    " ]8 P# y" P: z
52.         P1M0 = 0;
    
53.         P1M1 = 0;
    8 E3 |; ~" p* i3 T
54.         P1= 0xFF;
    
55.         P5M0 = 0;
    ! d( v/ V  h1 g# r* @
56.         P5M1 = 0;
    , i8 ?5 D) l3 j) _; _0 w/ D
57.         P5= 0xFF;
    + J3 z, g3 W+ x% n4 s
58.         // P3口初始化为准双向
    7 I$ w& {7 v4 y
59.         P3M0 = 0;
    
60.         P3M1 = 0;
    
61.         P3 = 0xFF;
    4 J9 y4 i/ W- f! }% v
62. }
    
63. 
    
64. static void Interrupt_Init(){
    ' F% M8 G( |3 C; Z, R% e' o, b
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    / n# M3 |7 j! c/ I0 x2 d) u
66.         IT0 = 0;
    # r- j4 z  _  b; y
67.         // 允许INT0中断
    
68.         EX0 = 1;
    
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    : K2 P2 h! ], L
70.         IT1 = 0;
    
71.         // 允许INT1中断
    0 g. d; h! _5 r$ t& a1 A/ o! _$ G
72.         EX1 = 1;
    ! |$ g) c$ B6 d. X6 c) ]1 e
73.         // 开启全局中断
    
74.         EA = 1;
    # D4 e8 ~9 ]) a! c7 Y9 m' u
75. }
    $ V& e; k) |9 e: q1 q& g
76. 
    0 u0 a( ]7 q; S0 ?3 r
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    ' o! p, k- v: P7 o- l0 R  m4 Q
79.         if(isReady == 0)
    0 N5 {. M6 p- Y" z
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;
    
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
      Q7 ?# n6 S- V; W
85.         idx++;
    
86.         DATA = key & mask[idx];
    7 o/ A  L1 }; v8 v; e5 f2 \$ [& `8 A
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    ' F" D* v' b) c
88.         if(idx >= 7)
    8 ?9 q$ X# q8 V9 @
89.                 isReady = 0;
    : c4 G: l8 E4 ?9 ?2 V( K9 p% m6 @
90. }
    
91. 
    $ O1 V/ D( B1 q: s8 B0 y% V5 K* u$ d
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    . D8 S9 e& I( D' U. Z# J$ Y0 o) [2 I* b
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;
    0 |7 t9 T) j- i# n# S) o
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
    " i% m9 {( Q7 D# |1 i' D
99.         idx = 0;
      ?0 @) w! }( X6 M8 O/ `: h" i
100.         // 允许CLK进行移位
     
101.         isReady = 1;
     
102. }
     % W) @  S6 t1 U% V* b
103. 
     
104. void main(){
       {6 g: `7 x$ f
105.         GPIO_Init();
     : ?. z+ {" W7 q. f, q3 A
106.         Interrupt_Init();
     " y& v! P! w: U* d# H
107.        
     
108.         while(1){
     
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     
110.                 //_nop_();
     
111.                 //_nop_();
     % e& L2 q* d" S! I
112.                 //_nop_();
     / C- |" _# ?. h) J3 ]" T
113.                 //_nop_();
     - U( g( r4 X# |" P$ ]
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
       E0 R: @3 o+ l; j' w
115.                 bufReady = buf;
       R0 M& Y8 r3 S8 {# ?6 o! z
116.         }
     
117. }
     

复制代码

3 Y7 q% C) E5 b% C$ y硬件参数配置无特殊要求，晶振频率选择12M即可。
/ [/ B6 p9 Y2 J: Q' o) X
9 _- P" ~3 F9 \5 F5 m* ~# R: Z  \+ |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) o$ R) A4 o) [" Q- L- ~) h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。
1 i5 u) h2 h1 R' y5 q/ M. w4 d9 }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？

* L, Z7 k* F5 L; A4 E, u! X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。
  T6 i0 d3 q- R0 _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 ...

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！
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。