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。


/ _" f- C7 U) \1 f6 r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。
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？
8 t! }6 L% B$ A& e& A0 ~7 ~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。
- f+ S* F! f2 B% c6 |
# O+ Y' x) M- R# B
/ r5 ~9 O' _* d3 o
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。


完工！
- I3 u& c+ x7 [6 i+ ?
) I0 ~9 `6 R) o2 ^4 K% M8 A5 G6 e
5 F5 f5 k( @3 a+ k& V# j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。

! y2 g# G0 o* b) n% k5 r2 o. c
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。
% u( B6 t2 h3 f. V
+ I$ p% R) R* y% d: O4 {; R" p/ g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。
' u4 q. u. E2 Z8 `
+ O0 r/ ]! m! [+ q. R& h* q. D' e
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！
; J% i8 T/ P' ~编译器：Keil 51。
! L* Z5 m+ U  H! R5 \6 D& ~
; `4 u9 x5 \8 R  O8 V/ ?& f发射端：

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   ; `0 G( x4 }. s- n7 M
4. 
   
5. /*
   9 s: p4 C" a8 u  o9 x' r
6. --------------------------
   % ?! P; u( e# _& N& S' K- |
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   3 b6 A/ t5 F# i, O+ B) O
8. |                                                   |
   
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   5 s) P1 M8 t8 l0 {
10. |                 STC15W204S                   |
    8 v& j9 @8 b( A" j1 ~) E6 G3 s
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    
12. |                                                   |
    ) p) \' X: g/ c  H. \
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    
14. --------------------------
    ( a, Y- c0 C: r% U6 m- I9 v! `% e
15. 
    9 v2 g, M' a: N# u  h
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    
17.            Red          330
    . r9 C1 R$ d* X- Y- _
18. 
    & N8 l, Q7 v. |* d
19. Fosc = 6MHz
    
20. */
    1 E+ x9 S& Z+ t4 a* \$ u
21. 
    2 b6 u) p) O9 m8 |
22. 
    2 S  [: u6 [- z1 y4 Y
23. // 矩形波输出脚
    ) d  I$ `+ d7 ~# a- A4 B, C
24. sbit OUT = P5^4;
    
25. // 低压指示灯引脚
    $ b" L" \; Q* R/ [
26. sbit LED = P5^5;
    
27. 
    
28. // 停机标志位
    9 e& c! `  V& f$ n
29. bit isReadyToHalt = 0;
    
30. 
    0 c& q9 g, U. ]( F
31. // 矩形波次数累计
    8 p" _/ i$ _2 s4 z# W/ c$ S
32. static volatile unsigned char count = 0;
    
33. 
    
34. 
    0 F- f9 m$ E2 n- J5 Y
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
    
37.         P3M0 = 0;
    
38.         P3M1 = 0;
    5 B+ ?/ c# k6 E& f" ?; b: S
39.         P3 = 0xFF;
    - r5 r) F' v+ y( z/ e" g2 \' J" S; ?
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;
    7 e- i+ _* o, J. Q5 F4 h
43.         P5 = 0xFF;
      j5 b2 b& D6 v3 i" b. r
44. }
    & U9 U: d) C9 r5 P! Q4 @
45. 
    
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
    6 B# Y8 C: F: O
52.         TF0 = 0;                // 清除TF0标志
    
53.         TR0 = 1;                // 定时器0开始计时
    0 {$ q, k0 e# s8 l
54. }
    / K" j% Y* [; t3 [! C& U* b3 K
55. 
    * G4 ^+ y9 e% i) z) X9 f5 F5 a
56. static void Interrupt_Init(){
    
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    
58.         IT0 = 1;
    ( B' Y3 [1 h6 _
59.         // 允许INT0中断
    ' \1 z2 Q$ c. Y
60.         EX0 = 1;
    , k4 n+ A2 X  m9 L- K) h% H" b
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    * I4 `8 T) E7 w5 K. H) e& f0 N
62.         IT1 = 1;
    4 S% _" ?# f* N4 g$ z: @& X$ C1 n
63.         // 允许INT1中断
    ; A# B: O. e/ d$ z% e2 U9 T
64.         EX1 = 1;
    
65.         // 允许定时器0中断
    ' V% V/ p4 K0 J0 p- U8 n/ B
66.         ET0 = 1;
    
67.         // 允许全局中断
    0 g) T* m9 h. k: x5 @
68.         EA = 1;
    2 i, w/ R- I  R9 d
69. }
    
70. 
    : B$ j- h% r0 {2 D0 V4 v3 l
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
72.         // 矩形波次数累计归零
    
73.         count = 0;
    
74.         // 重开定时器0中断
    
75.         ET0 = 1;
    
76. }
    
77. 
    
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    ! q7 c/ g" L3 I* g6 B' q& u
79.         // 输出矩形波
    3 A5 w- {- K6 s4 _2 R) }! n4 W" h9 h/ X
80.         OUT = ~OUT;
    
81.         // 累计矩形波次数
    : Q: u9 o- R5 g8 t2 w
82.         count++;
    
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    6 _2 o# o0 M# y8 I' A5 B+ A) n3 X
84.         if(count > 250){
    4 l7 f, l0 e) o9 P6 `
85.                 count = 0;
    # w4 G3 R' E1 t6 m8 S+ `
86.                 isReadyToHalt = 1;
    
87.         }
    
88. }
      i" E7 F: L) x7 a3 y( y
89. 
    
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    2 ]: v2 n) [8 d) Z9 D7 g; ~! L% C
91.         // 矩形波次数累计归零
      L7 t( u5 L& D# _+ Z
92.         count = 0;
    " c+ X7 Y% P6 P0 X" Y( k" `8 U( A
93.         // 重开定时器0中断
    
94.         ET0 = 1;
    0 B0 L/ }% j1 w
95. }
    6 s& n6 X4 A: j, Z: N4 M
96. 
    & h  N1 J% `' j  Q. X8 A
97. 
    
98. void main(){
    
99.         // 初始化P3和P5口
    
100.         GPIO_Init();
     $ o/ W0 U- B' I8 k" X9 O
101.         // 初始化定时器0
     
102.         Timer0_Init();
     / ~) B; t/ J" G' x) S4 ^2 ?" i6 V# h
103.         // 初始化中断
     
104.         Interrupt_Init();
     2 s7 h- a8 e0 _8 F& c8 C, ]
105.        
     
106.         while(1){
     
107.                 // 检测电量
     
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     . G- E" C8 T$ b
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
       e' ]' j9 @. N1 Q
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     ! n1 L* g: {  D
113.                 }else{
     
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     
115.                         LED = 1;
     
116.                 }
     / \1 ?% R) I- ]( g2 g3 |* E. q
117. 
     
118.                 // 检测到停机标志
     
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     - f2 Y+ C. W2 X8 \5 n! Q% O
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     ; Z3 D. u. k5 B4 G6 w
121.                         ET0 = 0;
     " w* x" S/ R$ ]1 ^
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
       U, B$ G& y# e/ o: M$ k! y
123.                         OUT = 0;
     
124.                         // 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
     ( @: {+ j  _% E. L0 W4 e
125.                         LED = 1;
     ( J  D0 e1 H" a# f+ f
126.                         // 进入停机模式
     
127.                         PCON |= 0x02;
     
128.                         _nop_();
     7 d; K( H3 ?# g: R) h/ |0 C6 H- a
129.                         _nop_();
     $ X) f0 g. D8 m( D. e2 O
130.                         _nop_();
     
131.                         _nop_();
     ; X  V% a( S" \/ S4 V, k
132.                         // 唤醒，清标志位
     
133.                         isReadyToHalt = 0;
     
134.                         // 重开定时器0中断
     6 J! i. s8 W# L' z
135.                         ET0 = 1;
     . d6 }, g2 K3 m
136.                 }
     
137.         }
     + r6 Z' Q+ Z; o4 L4 D9 d( B8 ?
138. }
     

复制代码

( b) {8 G) E/ K6 K8 O/ a7 g硬件参数配置：
& t6 a4 J' ^3 ]( n. ]1 x+ f

接收端：
* X6 `+ b5 a* r; ^- O

1. #include <INTRINS.H>
   * Y2 x1 W8 J: \( E% Q
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   * b8 a. Q, G" j! b( P: A! d
4. 
   
5. /*
   
6. 
   
7. *---------------------------*
   7 z: X2 Y2 m- I# `' `
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   
9. |                                                        |
   
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    * {$ `, ]! G; |
11. |                                                        |
    4 t$ `5 Z1 ]$ S: E
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    5 p, G0 C! B+ N6 B
13. |                                                        |
    
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    / j8 Z( Y* k( M
15. |                  STC15W204S                |
      x0 A( {4 ?  }* O, J  {( s5 ~
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    4 f% l! r# i. a+ m
17. |                                                        |
    : p( r8 }' R5 s. ~8 e8 ?& y/ l
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    
19. |                                                          |
    3 e. x. q1 @' X: b3 q( U5 J0 f, Y
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    " W2 c8 Z1 x0 C5 D2 \* C
21. |                                                        |
    
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    
23. *---------------------------*
    9 `( ^& n9 u: j- o+ T) M
24. Fosc = 12MHz
    ! }) t" f4 Y* m: I
25. 
    8 Q' N9 z# B0 X
26. P1.0 -> 上
    " q) Q) G# Q" Z9 p) y
27. P1.1 -> 左
    
28. P1.2 -> 下
    
29. P1.3 -> 右
    
30. P1.4 -> SEL
    $ I2 l' _6 O) v7 F8 V
31. P1.5 -> STA
    
32. P5.4 -> B
    & a( }( `: ]% m! ]7 U2 z$ w: l- d
33. P5.5 -> A
    
34. 
    
35. */
    / ]) E- I2 d! s4 v& a( G
36. 
    
37. 
    - I1 k7 x) e) H
38. sbit CLK        = P3^2;
    * s  U. P+ w) d8 [& Y' q$ z! ?
39. sbit LATCH        = P3^3;
    / c& w( b/ b9 Y/ D; m6 d+ d
40. sbit DATA        = P3^6;
    7 r3 G5 H/ \9 d. k+ t$ x7 d" P
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
    
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. 
    8 ?' A5 {6 h$ \. w9 n$ c0 {
49. 
    
50. static void GPIO_Init(){
    ! Q* t9 G) a+ j' ~6 p$ |, K
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
    % f' i, F4 o) a. W& Y% g
52.         P1M0 = 0;
    ; c1 }1 O7 y' R* K
53.         P1M1 = 0;
    
54.         P1= 0xFF;
    - o( J4 h' E# R" i$ S. f$ A8 a4 B5 r
55.         P5M0 = 0;
    
56.         P5M1 = 0;
    
57.         P5= 0xFF;
    
58.         // P3口初始化为准双向
    
59.         P3M0 = 0;
    
60.         P3M1 = 0;
    . m1 N* U$ t4 ^
61.         P3 = 0xFF;
    5 E% u- X. X1 k) o
62. }
    
63. 
    
64. static void Interrupt_Init(){
    
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    2 h$ T9 b. c( i+ T" P' {* X; R
66.         IT0 = 0;
    4 ]9 u: y/ `% e5 l, C" _9 I
67.         // 允许INT0中断
    ! ~% l' _5 K1 ~# H3 s% n) J
68.         EX0 = 1;
    ' M+ a, c0 F- i0 A- Z& 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
    7 [/ B. m% `5 g: F* a
72.         EX1 = 1;
    
73.         // 开启全局中断
    
74.         EA = 1;
    $ U) \0 B- }7 Z/ s" d! e& U9 i
75. }
    
76. 
    # U% f0 f2 T# _2 K. v! b& U
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    ' [' L1 P) D. O$ O
79.         if(isReady == 0)
    3 b, a! H/ V6 I7 [
80.                 return;
    2 `3 @- i' O% l/ Z, \+ Z
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)
    7 q/ P7 _7 r6 W4 {3 ^( c
83.                 return;
    
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
    5 t( D* F( I3 o4 x
85.         idx++;
    ( u. {$ W$ n. H
86.         DATA = key & mask[idx];
    4 _* D9 I  ~# [, s( m+ s
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    6 _' `* a( Y8 o6 m/ Y# W- n6 h3 [
88.         if(idx >= 7)
    
89.                 isReady = 0;
      W% a! g9 `. L9 F8 T" R  a& L- d
90. }
    
91. 
    
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    0 a. J/ F1 V$ q
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
    0 F* s0 _# p. R- Y2 ]5 E
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;
    
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;
    " Y5 W0 O" W$ y2 N3 N7 i
100.         // 允许CLK进行移位
     * a2 D2 v1 w4 D( G1 {* s/ E$ d
101.         isReady = 1;
     
102. }
     0 b. J2 |0 v8 e; ^, O
103. 
     
104. void main(){
     
105.         GPIO_Init();
       `0 H4 t. x/ s. {, J8 ]: B
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     ! U# V8 ~1 z" ~: Q7 U* m. e
108.         while(1){
     
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     
110.                 //_nop_();
     
111.                 //_nop_();
     ' _4 ~, O- t3 ]1 e3 Q
112.                 //_nop_();
     
113.                 //_nop_();
     
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     
115.                 bufReady = buf;
     - e0 t" c& l" X' i' r8 m8 F8 G
116.         }
     
117. }
     

复制代码

硬件参数配置无特殊要求，晶振频率选择12M即可。
3 c* M  K& E+ [( m1 W
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
- b, Y# x/ [& ^% g# Z9 W4 b: x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。 ...

* b% P6 h3 G8 U( k- S! o* v9 [0 ], z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 P3 F# @8 g) P2 d, Y2.4G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
7 {3 V8 w* C2 [- s3 s6 A+ B( q( G1 b) }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。
3 Z, G2 |/ D/ ~. x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。
! q; ]! g8 ~  G2 m3 P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
" o/ T/ k" w/ _. ]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。
, \, a" x$ D6 F$ H! s两个板子倒是有十几张剩余。
2 N2 r# T8 S3 s5 r! C& G2 O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
: t% s# T/ b$ a* L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。