自制FC无线手柄

雷精灵2046

- \9 Y2 }5 C& `9 ?
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。

  V$ I: S' Z7 o0 S: o' b# [
. n$ L: m6 e/ W# w8 `& m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。
' o% B! G9 r" R" T( H5 I3 E9 p6 U( r
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？
# i' p5 I' W" p, F2 n5 h# U2 A0 @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。
/ Z" `/ ]3 @* S7 L, S& U$ V  Q. ?$ q


最后把按键、导电橡胶和电路板装上去。
3 d, g& Y) T3 H. R% e" N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。
9 U) s5 T/ c0 \  d( o
  y4 u+ n/ ]# R# m5 _
3 w; u- h+ B& f7 _7 n3 ~. z  Q2 N# R完工！
9 Y" s, k2 [9 _7 {( s/ P, h
2 W1 s+ N' k, j9 n* ^6 G
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。

: Z" u* h# W: l8 `/ I5 z' S
7 I4 u3 L5 u1 b' 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。


# a0 {2 _, ^/ p% J9 A: L8 H' H
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。
* X$ ~- Z& q* y  }
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。
1 J/ K4 Q9 H2 V
7 @3 P  d" b4 Y/ Y! p& P) k2 z) n这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。


4 t3 s5 D, }; ^& j7 P- @+ S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。
/ D' L; L- r7 J0 c3 X
- c8 I* U; S# O( t" j2 B) i发射端：

1. #include <INTRINS.H>
   5 |0 `5 {7 H: ^$ J
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   
4. 
   . ]0 A0 E% G' d6 L+ I+ M
5. /*
   
6. --------------------------
   , A$ d. l) O# i7 Z4 G. C& N
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   & _0 m# W+ e" T7 E  k( Z
8. |                                                   |
   
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   
10. |                 STC15W204S                   |
    / q) g" i" e% p' K1 j: I1 u
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    
12. |                                                   |
    . m' t4 m1 o' i* K4 P
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    % J. z- ]- k2 R5 k$ X& z
14. --------------------------
    
15. 
    : n  \" _5 t5 |2 Y/ f) j
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    
17.            Red          330
    0 m1 V/ V4 e3 M: M# f
18. 
    0 U3 c( o! c( H$ ~; K+ c* m
19. Fosc = 6MHz
    % U; `' C  `2 U% H# p0 m& X1 u
20. */
      E5 h- l1 x3 Y4 L
21. 
    . J3 A0 h! v. r  [& r3 d
22. 
    
23. // 矩形波输出脚
    * [9 ~6 \( N  [" h
24. sbit OUT = P5^4;
    
25. // 低压指示灯引脚
    ) x- ?7 g% `/ `7 O4 @3 T
26. sbit LED = P5^5;
    
27. 
    
28. // 停机标志位
    
29. bit isReadyToHalt = 0;
    : S' ^" h5 y, q0 D- o* j! h
30. 
    
31. // 矩形波次数累计
    
32. static volatile unsigned char count = 0;
    5 O5 Y3 J( A  K  Z6 R
33. 
    
34. 
    , V0 C8 d1 B  _) a+ j, ]
35. static void GPIO_Init(){
    / g" C% V5 a8 G
36.         // P3口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
    " |. I" Q$ t5 }( }: e
37.         P3M0 = 0;
    
38.         P3M1 = 0;
    6 L% l% A  `, [% N: d6 H
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
    1 \8 M* b1 z4 j4 o$ |& _* Q
41.         P5M0 = 0;
    + _* }# T$ R* J7 @
42.         P5M1 = 0;
    
43.         P5 = 0xFF;
    / d' e$ @0 C1 e/ b, k% Y, d
44. }
    7 `) c# _% b# C2 J$ C5 r" B9 ^, R
45. 
    4 p2 t& e  u+ F5 u7 x+ g( f0 B
46. static void Timer0_Init(){
    , D; a+ F7 U+ B6 |- I7 B
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    & R2 l; ~4 d: q, u# }0 f; C& z
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
    3 M; P9 ^  a' G+ R/ h6 q
51.         TH0 = 0xE0;                // 设置定时初值
    . E# R8 F1 o5 X0 Y0 T% `
52.         TF0 = 0;                // 清除TF0标志
    & u7 X  ]6 S- x. ?4 e
53.         TR0 = 1;                // 定时器0开始计时
    
54. }
    
55. 
    
56. static void Interrupt_Init(){
    $ F, P" h* g0 q
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    ; C5 z! h, i) p3 i
58.         IT0 = 1;
    . i' S* }2 |8 I6 z3 C  M* y
59.         // 允许INT0中断
    
60.         EX0 = 1;
    3 l  R: Z2 Z/ R3 Z+ u. h9 _/ R
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    ' A8 u! R" Y( Y
62.         IT1 = 1;
    ( K* s0 ?1 I6 M0 N* [. `
63.         // 允许INT1中断
    * c9 j# d0 O  ]- _
64.         EX1 = 1;
    
65.         // 允许定时器0中断
    
66.         ET0 = 1;
    ) B/ p, g/ V- ]! B# M/ Z- F
67.         // 允许全局中断
    
68.         EA = 1;
    
69. }
    
70. 
    
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
72.         // 矩形波次数累计归零
    
73.         count = 0;
    3 ?& Y6 m3 I, A! f' d) y
74.         // 重开定时器0中断
    - Y  \! N' m3 y' z) z5 `
75.         ET0 = 1;
    
76. }
    
77. 
    
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    
79.         // 输出矩形波
    ( A% l2 @! z2 |5 C& \3 o4 V$ q
80.         OUT = ~OUT;
    ' o  O& h/ d7 Y% k6 I1 D5 P
81.         // 累计矩形波次数
    * e: B* g3 o/ D9 U: H4 ^
82.         count++;
    " u" h7 |/ V0 K; s3 k! S1 W- ~
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    $ k7 W& s9 u' f* d+ T
84.         if(count > 250){
    # y" i: f! p; h- j  l+ d1 U8 L
85.                 count = 0;
    
86.                 isReadyToHalt = 1;
    $ @' m) K7 e+ s  e2 ]# ]2 |0 G* x
87.         }
    ; D, \4 u! \( M/ ?" A
88. }
    4 _7 R/ E5 H7 ~0 @5 I- p3 M
89. 
    
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    
91.         // 矩形波次数累计归零
    
92.         count = 0;
    8 `" x/ [- }4 T1 h. K. V
93.         // 重开定时器0中断
    ' Q0 c' O  Y) W# K
94.         ET0 = 1;
    - t$ W- z; Q) x6 w. @5 m! G+ _
95. }
    * G7 J8 M  f2 D; b$ @
96. 
    ( c4 a8 j3 r; j, J0 |  \0 x; v
97. 
    
98. void main(){
    
99.         // 初始化P3和P5口
    % a# ]8 k, z8 r: q
100.         GPIO_Init();
     " C; {1 v9 |3 M# f; i7 Y7 K: p
101.         // 初始化定时器0
     
102.         Timer0_Init();
     
103.         // 初始化中断
       C' B1 |0 G6 G* U: [8 [. {
104.         Interrupt_Init();
     
105.        
     ( a  n, j3 P* @$ U
106.         while(1){
     9 @7 N* t$ P* I* ^. d0 O9 [' z
107.                 // 检测电量
     ' A1 t: H( g8 ?  Q) h
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     
109.                         // 如果电量低，低压指示灯亮
     ; M* a$ W; u0 Z0 e
110.                         LED = 0;
     
111.                         // 清电量检测硬件标志位
     
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     4 i8 z' f* R: b, O; D
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
     6 B* ]. H( h/ F/ G$ M# A/ ?/ l" e
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     + u% A% L5 F! S3 ^2 K6 f" c1 x( R
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     
121.                         ET0 = 0;
     5 o' A5 E) t& U; `$ 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
     8 J) `4 D9 F( r) z; m6 ^
125.                         LED = 1;
     & @' h: W0 c: r1 v
126.                         // 进入停机模式
     : y* O4 b* i  ~- ~
127.                         PCON |= 0x02;
     
128.                         _nop_();
     
129.                         _nop_();
     $ F0 [3 S9 S4 i  F/ s
130.                         _nop_();
     
131.                         _nop_();
     ' x6 X8 c0 G0 _4 G3 ~
132.                         // 唤醒，清标志位
     
133.                         isReadyToHalt = 0;
     $ c; m, @+ w% G5 a2 a" x1 h
134.                         // 重开定时器0中断
     
135.                         ET0 = 1;
     . p' i9 q) ]. ]; C; F2 j9 d9 x
136.                 }
     : L" V1 p( y6 x& J: P5 R/ U2 {
137.         }
     / {& {* i9 S8 J( k
138. }
     

复制代码

% j: F4 c) u: Z- t9 E. I# n2 t硬件参数配置：
4 Y1 F3 B0 x' |5 X3 o* u, D, ^7 ~$ F

% ]1 p. o0 F& y( d+ f接收端：
) ~* T# J6 N, t) d5 ?

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   ( w) M# }/ V( F' T! B0 h
4. 
   
5. /*
   9 ^! @8 C+ r1 ~: v* Y2 t0 S
6. 
   
7. *---------------------------*
   2 S( C3 ]) b. h0 F
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   
9. |                                                        |
   
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    
11. |                                                        |
    
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    
13. |                                                        |
    
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    
15. |                  STC15W204S                |
    4 P4 m% e$ a6 F: C. l" o) h
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    7 S: Q  X+ a% P) e& `
17. |                                                        |
    ; P+ t1 [# R# _9 \
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    5 `6 ]; M5 b" _. D  N6 `8 d3 m
19. |                                                          |
    / o& w  v2 H7 J- l' b1 _
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    2 E% x0 I" Q  _. H; O5 A! U" s4 [1 V
21. |                                                        |
    
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    
23. *---------------------------*
    - h7 U1 Q0 T# `
24. Fosc = 12MHz
    
25. 
    
26. P1.0 -> 上
    & X8 A" o1 Q. O( g
27. P1.1 -> 左
    
28. P1.2 -> 下
    
29. P1.3 -> 右
    ' o4 h: Z3 r2 H; ^2 |( m! x2 Q4 u
30. P1.4 -> SEL
    
31. P1.5 -> STA
    ' e" I( |: e5 X4 `8 c) V9 \' H+ ]. i! A
32. P5.4 -> B
    . C2 _6 h2 I, I; ~
33. P5.5 -> A
    
34. 
    
35. */
    ; t; `; L3 r0 t' [# a: [7 n* e
36. 
    ' y2 q- v8 t3 {; r
37. 
    
38. sbit CLK        = P3^2;
    ) T* \& m) m. O. `
39. sbit LATCH        = P3^3;
    ) a" u' O+ {' B6 j0 J5 O3 \6 M& A
40. sbit DATA        = P3^6;
    
41. 
    
42. bit isReady = 0;
    
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
    % t4 F# I- u$ e5 X! I
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
    
47. static unsigned char idx = 0;
    
48. 
    
49. 
    
50. static void GPIO_Init(){
    8 _8 n9 k9 V0 [' j) t, @: X) t6 _
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
    9 L$ I- n  D2 b6 y# K7 [
52.         P1M0 = 0;
    
53.         P1M1 = 0;
    
54.         P1= 0xFF;
    
55.         P5M0 = 0;
    4 q$ y1 X5 R6 h
56.         P5M1 = 0;
    
57.         P5= 0xFF;
    
58.         // P3口初始化为准双向
    
59.         P3M0 = 0;
    : Q6 Y( e' x& k: _% S
60.         P3M1 = 0;
    
61.         P3 = 0xFF;
    
62. }
      S4 l( H9 m. E' v
63. 
    + A7 C% M, Q: S4 q( y6 Q6 y
64. static void Interrupt_Init(){
    
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    9 l2 |) I9 `5 ^% a( |1 r
66.         IT0 = 0;
    
67.         // 允许INT0中断
    
68.         EX0 = 1;
    , {, |8 t0 m1 L
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    
70.         IT1 = 0;
    
71.         // 允许INT1中断
    
72.         EX1 = 1;
    ; g' @, L8 W3 s! g4 c
73.         // 开启全局中断
    9 x# X  Q* R  ]4 G) n' T$ v
74.         EA = 1;
    ( W; f# G% Z7 q5 I/ @
75. }
    
76. 
    
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    8 f4 @, x/ q6 L% r  x
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    
79.         if(isReady == 0)
    
80.                 return;
    & E7 I) M( b6 `
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
    + k4 d6 ?* K; L9 b8 ?& Q
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++;
    0 P9 I  d9 N. H0 Z( S
86.         DATA = key & mask[idx];
    - }$ P3 `! {2 t$ E
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    - B  n' F$ f$ {
88.         if(idx >= 7)
    
89.                 isReady = 0;
    
90. }
    . W5 |9 ?1 G! R+ ~: ^  J8 X, L
91. 
    
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    $ Y2 s5 C/ Z2 a
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
    4 C5 B+ U6 @1 ]! }* y; [$ Z8 J( `7 @. m
94.         if(LATCH == 0)
    8 o2 v, V+ D; F+ O
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
    % H) m4 W) ?5 l* V7 |/ X
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
    
99.         idx = 0;
    2 {% E1 ?. V) J( ?0 d
100.         // 允许CLK进行移位
     # i2 u6 I. ~- `7 z! O8 ^+ S# m
101.         isReady = 1;
     / m6 {2 K: ]$ w
102. }
     
103. 
     & ^- U# R$ N, j' @4 m5 Z
104. void main(){
       M! |/ f# k0 W& U7 K& l% h
105.         GPIO_Init();
     1 D* f" A0 k; H
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     " q5 P' U, N1 y  @+ c
108.         while(1){
     
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     2 V, p9 Y9 B; h
110.                 //_nop_();
     
111.                 //_nop_();
     
112.                 //_nop_();
     
113.                 //_nop_();
     2 n% v, D3 I( t7 l, i3 _
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     ' S! G1 k/ N9 E1 s
115.                 bufReady = buf;
     + t) I' [% }, j* I
116.         }
     
117. }
     + X/ F3 K4 F4 ^* \- `2 w0 W

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 h8 h6 }1 T: R: K( o4 |, u0 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
8 a" {; |7 ?  C: ~3 i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 P3 ~0 m# z# `% Z8 C8 H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
! ^" W2 t/ w9 q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。
# H  l0 E0 k( Z. d2 M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 ...

- A3 q1 ?. o+ x5 M/ A! t4 B% |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。
2 _) V& ~7 ^: i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
7 {: o4 u0 g9 `! M! U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。 ...

1 ?6 _* ?: @/ E! _/ z4 }) o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。