自制FC无线手柄

雷精灵2046

  b/ C1 D; {# x) q/ ~( j9 |9 b1 c8 }0 W( D
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。
4 N' t" C& f! T4 N8 ~1 a; B

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。

& X8 i& V+ Z3 s9 n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。
! f: B# R; f: ?; F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。


$ Z! Y+ ?: r; F1 n/ S7 r1 [5 v
最后把按键、导电橡胶和电路板装上去。
' R; ?  D3 w9 e# I- ]5 S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。


  \2 N4 B* K: o0 }/ g完工！


* j( [* @2 {# h, {" I2 p* b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 Y4 \) ?8 u( _

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。
- l9 F3 N. C' x2 Y: p. y  v$ X1 W
9 Y2 g  P% W1 N# C/ J
1 L, O4 A2 K+ X
2 d8 f9 N2 p$ D: w) K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。

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。

- S+ n4 s$ b* L! N- w这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。

0 B3 y! n; i( _/ Q, ]& {
# H% r6 ]9 b% j5 }( _* G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！
3 W' Z  r3 }; B2 d) h$ R2 r编译器：Keil 51。
" F+ Z6 {3 P" s
4 w5 w" _  q" l! C% h: ^发射端：
9 a& \$ ?- ?5 P7 _0 \; m

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   
4. 
   
5. /*
   9 S4 J" n) m7 S8 |2 T0 s% C" B
6. --------------------------
   " P/ B) @! N1 f, P' K2 z
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   5 `* d$ E6 J& i# H* _5 Z; w
8. |                                                   |
   0 p+ p1 z7 \, L* Y9 E
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   
10. |                 STC15W204S                   |
    
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    
12. |                                                   |
    " I- T# \9 P7 @: Q6 P
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    
14. --------------------------
    
15. 
    
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    ! d% u( ]6 g& g/ J7 L  b
17.            Red          330
    4 f. B! T4 r; r- N* E
18. 
    
19. Fosc = 6MHz
    8 z; |0 N, `, H  h$ D
20. */
    " g3 B8 {' m, ^0 Z) v( P
21. 
    
22. 
    ; d/ B% E+ s  f/ Z: X9 ?. {0 _
23. // 矩形波输出脚
    
24. sbit OUT = P5^4;
    ! ?& {8 P* Q9 J) h' t
25. // 低压指示灯引脚
    
26. sbit LED = P5^5;
    + Y+ v8 f4 q. B
27. 
    
28. // 停机标志位
    
29. bit isReadyToHalt = 0;
    
30. 
    " [5 v; @1 n2 {# I: g* G
31. // 矩形波次数累计
    
32. static volatile unsigned char count = 0;
    
33. 
    
34. 
    6 z1 a7 p% o. s: D
35. static void GPIO_Init(){
    % M7 K2 k8 T7 u* s
36.         // P3口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
    3 N5 N8 K# a  c# g. w+ W; ]0 Z
37.         P3M0 = 0;
    ; m2 h$ e% ?% s" T6 y: h7 x
38.         P3M1 = 0;
    9 L7 h  e: H' o* L' E) @9 ?
39.         P3 = 0xFF;
    ( }$ i( |, s( L( }! T, b
40.         // P5口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
    $ x& j1 b( o+ A( |! p0 e0 ?
41.         P5M0 = 0;
    7 i- U/ _& h! _6 ?# @- V
42.         P5M1 = 0;
    - _$ E3 w: d) n/ a4 s
43.         P5 = 0xFF;
    ; {  B& g) `: s2 A) x$ i
44. }
    
45. 
    * g/ i5 w4 G" d
46. static void Timer0_Init(){
    
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
    / N+ m! i2 ~6 e5 X2 F9 d
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
    % V6 I2 P, m3 _% z
52.         TF0 = 0;                // 清除TF0标志
    
53.         TR0 = 1;                // 定时器0开始计时
    $ o2 I  Y: G& ?  `
54. }
    
55. 
    
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
    9 e( j9 W' h( A9 w- Y7 K9 Y
60.         EX0 = 1;
    
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    
62.         IT1 = 1;
    
63.         // 允许INT1中断
    
64.         EX1 = 1;
    & b+ v; ^- h$ I# f5 b7 V
65.         // 允许定时器0中断
    4 \4 v0 {! q/ `$ I6 E7 x' O4 T2 l
66.         ET0 = 1;
    . d: i# w) M+ c
67.         // 允许全局中断
    3 S* k2 D- S* }% s
68.         EA = 1;
    % e4 b' z& |( e- P, }1 \" Y0 m# L
69. }
    
70. 
    4 P2 g) B5 k/ K2 Z
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    3 N5 ~( c8 o, y3 @/ n4 H, v
72.         // 矩形波次数累计归零
    
73.         count = 0;
    
74.         // 重开定时器0中断
    ( t* X3 y( W; w
75.         ET0 = 1;
    
76. }
    
77. 
    
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    " ^1 [% D# w9 B& \  E- [
79.         // 输出矩形波
    
80.         OUT = ~OUT;
    . V! ?/ W; Q* _
81.         // 累计矩形波次数
    * p6 k( K4 n9 s9 @2 h1 u, T' W
82.         count++;
    
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    8 r1 m' r* i& K3 G
84.         if(count > 250){
    
85.                 count = 0;
    
86.                 isReadyToHalt = 1;
    
87.         }
    3 }) e. d2 F; j
88. }
    ) `0 v" ]. [- h" K
89. 
    / t, t4 _; E; r3 E
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    
91.         // 矩形波次数累计归零
    + A- m/ b# S# k; b% @  h
92.         count = 0;
    5 X( m# A) X7 j, x  L
93.         // 重开定时器0中断
    - P% w: B( P9 |9 g5 d" m) V
94.         ET0 = 1;
    * _0 B$ w+ w3 i' `* k4 k1 L( P
95. }
    % \9 e  f2 X" s5 z) T( d# u
96. 
    
97. 
    + W! f2 Q- {+ s  y: x8 s5 X4 L
98. void main(){
    
99.         // 初始化P3和P5口
    
100.         GPIO_Init();
     
101.         // 初始化定时器0
     
102.         Timer0_Init();
     
103.         // 初始化中断
       J+ s$ x( y, a+ O4 V1 ?
104.         Interrupt_Init();
     
105.        
     , V1 k: }6 U9 |9 l
106.         while(1){
     
107.                 // 检测电量
     3 u# T4 ]8 D' v8 k- s5 z. Q% w+ B
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     
109.                         // 如果电量低，低压指示灯亮
     ) o" S: p* H+ f* Y1 C4 U" J9 N
110.                         LED = 0;
     
111.                         // 清电量检测硬件标志位
     # K9 Q5 n& W+ ?1 V# B/ c
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     
113.                 }else{
     , D) e8 N) |* N: \% w  q( L
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     1 W1 Q' m1 ?% u1 A$ @8 c
115.                         LED = 1;
     4 C9 p; W, l# F- i) p2 Q
116.                 }
     * q3 e6 ^) b$ N) I7 q  L
117. 
     3 W& z! G/ G7 X( F2 m9 H- p  a
118.                 // 检测到停机标志
     1 O& [$ O, _2 e  G* a
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     , f7 ]1 c# A3 o& r0 B  P
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
     + I# x, I/ f0 W/ S+ {
123.                         OUT = 0;
     
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
     . h/ m; ^0 e# N; S% I
127.                         PCON |= 0x02;
     * n; ]" I. c! U8 `+ e0 G
128.                         _nop_();
     1 W7 R$ Z" a6 _) a
129.                         _nop_();
     - |/ X  B; D9 \1 N! h
130.                         _nop_();
     " [; t" P; l/ H0 D: L
131.                         _nop_();
     # o1 X3 u& r; |9 G. u; j
132.                         // 唤醒，清标志位
     7 R  N( h! j! }5 u( `9 ^
133.                         isReadyToHalt = 0;
     
134.                         // 重开定时器0中断
     1 h* b$ b- M: ]3 y. X1 Q. E" V. C
135.                         ET0 = 1;
     
136.                 }
     ; x* Y) i2 ?0 n' m' a+ q
137.         }
     + P$ U2 J: t$ r
138. }
     

复制代码

' R! F" c' I7 k  F! L1 I% h硬件参数配置：
, v; {& e+ Y* s& r1 T0 ?. p

2 ?% ~+ p, u5 N% T* T1 X) ]接收端：

1. #include <INTRINS.H>
     O) @: E) u, e8 \& H
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   
4. 
   
5. /*
   + e2 a" B. |3 i0 U8 O# d( s3 O
6. 
   
7. *---------------------------*
   ' v0 ^7 v; l; R" p3 q
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   
9. |                                                        |
   
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    
11. |                                                        |
    , Y( `1 z/ M; S
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    
13. |                                                        |
    / [7 `% i$ B- X- H. h+ T
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    
15. |                  STC15W204S                |
    ! Y4 R3 }: [" y, o
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    " |, x. v2 B. `9 k8 n5 |
17. |                                                        |
    
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    
19. |                                                          |
    4 Z  e8 D0 {4 }! y9 a
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    # _. Y# v8 T* ~  K* r. a, ^  ^
21. |                                                        |
    
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    / v, V, t) g3 I2 i
23. *---------------------------*
    
24. Fosc = 12MHz
    , V: e, j( U5 s5 `
25. 
    
26. P1.0 -> 上
    
27. P1.1 -> 左
    
28. P1.2 -> 下
    
29. P1.3 -> 右
    4 d% T4 @6 V0 S4 ?. x- x4 p' N
30. P1.4 -> SEL
    / C: T) Q, P4 o0 A: h" n( a- t
31. P1.5 -> STA
    
32. P5.4 -> B
    
33. P5.5 -> A
    $ N3 L2 x. d7 V+ v* h. M
34. 
    
35. */
    : o8 l$ R  p4 J! E8 W0 U
36. 
    $ a$ Q- j8 f9 E* ^. l/ c% K, E
37. 
    
38. sbit CLK        = P3^2;
    
39. sbit LATCH        = P3^3;
    - z# G: ^  U6 S- p" ?
40. sbit DATA        = P3^6;
    
41. 
    : ~) j9 [3 d% s: [. ~
42. bit isReady = 0;
    
43. static unsigned char key = 0;
    " e! @- X; s) z$ J. g: x
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
    $ b& H& a) p* `
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
    & m4 M; f) ]" L( B: c, j
47. static unsigned char idx = 0;
    
48. 
    
49. 
    5 J1 W$ n! A6 t: D: n0 l/ d
50. static void GPIO_Init(){
    4 B# ^' c$ p0 k1 }
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
    3 j2 a2 c! {; l2 |( q; N0 g
52.         P1M0 = 0;
    ! T/ f8 W+ S+ U% k1 z% d1 y
53.         P1M1 = 0;
    
54.         P1= 0xFF;
    ( I( U: c4 T: j
55.         P5M0 = 0;
    - H! P; O0 ^% u, z- q, F, G
56.         P5M1 = 0;
    
57.         P5= 0xFF;
    3 ^2 h  X5 F: l6 E4 d" E
58.         // P3口初始化为准双向
    
59.         P3M0 = 0;
    
60.         P3M1 = 0;
    
61.         P3 = 0xFF;
    
62. }
    1 K4 b" J! ^* Y- w3 a
63. 
    
64. static void Interrupt_Init(){
    
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    ! r2 t8 K0 K* F6 s0 Q) d
66.         IT0 = 0;
    
67.         // 允许INT0中断
    8 ~) ?% f5 e6 m) W. ^$ H$ w9 V
68.         EX0 = 1;
    ; c, w; I! ?0 _7 [; P/ |; o
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    ! T% {$ w' _" |; ]
70.         IT1 = 0;
    
71.         // 允许INT1中断
    
72.         EX1 = 1;
    
73.         // 开启全局中断
    
74.         EA = 1;
    / f1 w; O. W' m3 n0 |; @
75. }
    
76. 
    
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    ) b3 s5 H( `% y, `7 d- j1 @& X
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    5 [" L6 _1 T2 J8 w
79.         if(isReady == 0)
    3 E5 H9 b9 b7 I$ b0 ^# z8 \. y
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)
    ) o3 B7 k/ [5 u& n9 h7 p1 j$ e
83.                 return;
    - I5 ?" o7 Q' V
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
    " S5 D+ U3 {5 a% w( a' L
85.         idx++;
    9 b+ ^; S* [/ I
86.         DATA = key & mask[idx];
    6 q7 X. o% G+ c: i+ C
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    , {; e6 c( n+ y7 g
88.         if(idx >= 7)
    & Y& Y- Z, I) x& V& \
89.                 isReady = 0;
    ! t; H" |. }4 Z  S
90. }
    
91. 
    - G. G8 P, B9 ?
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)
    ( C4 o2 D, A, s& I6 q. w; i5 v6 D+ T
95.                 return;
    ' J' S4 J: z4 C
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;
    2 P  ^8 p  {% D+ S- ]
98.         DATA = key & 0x80;//mask[0];        // 为了加速运算，直接取表中的值而不是读表
    5 c: m$ F5 [* T- ?
99.         idx = 0;
    
100.         // 允许CLK进行移位
     : ?% j; g& A$ ?  o
101.         isReady = 1;
     & L) }# k( \: s5 E
102. }
     
103. 
     
104. void main(){
     ( G% s* L; a" U* }- R$ k* r
105.         GPIO_Init();
     $ ?. u: n2 ]* i( \# r
106.         Interrupt_Init();
     1 F- o7 I3 c" K' r  k
107.        
     # J6 y% K! N0 A- P2 C
108.         while(1){
     
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     
110.                 //_nop_();
     * m( o( o6 c+ g9 X% ~7 W
111.                 //_nop_();
     
112.                 //_nop_();
     
113.                 //_nop_();
     7 b& _4 x5 b! _7 E3 \3 Z
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     
115.                 bufReady = buf;
     5 o  b) S$ O/ |( {/ B& h( K1 \
116.         }
     
117. }
     5 M3 m( Y( c1 m4 @$ f. L) U

复制代码

硬件参数配置无特殊要求，晶振频率选择12M即可。
6 v6 F8 v- e0 ^& q. G& X( S
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
2 `/ |' T! ?& }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。
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。
8 M5 O/ S2 f, E) q+ m2.4G方案是目前无线的最低延迟吗？

+ c8 H6 Y# z, }" p! K7 o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。
) `# Y( h/ E5 Q* }- x/ i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 ...

9 n+ `1 H  ?" N; A" D, V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。