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。


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。
1 l) d3 V3 l1 N8 v" Q3 W
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？
. e; r3 c9 g, O2 `, p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。
2 F9 a, y8 d& a
- d$ c$ Y- p; u# B. q" Q4 i* S
! B' A1 k  T, k+ Q3 ~
最后把按键、导电橡胶和电路板装上去。
2 [' P7 F3 b) S; O+ ~& O8 ?% M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。
( r8 o0 {" ^; s3 \! \% d
+ H; |2 @+ O3 l$ L! S
% U- }3 Z" B' m, r4 w: t7 R" {1 }完工！

9 Y; c5 l0 o% J6 T0 ?# t
5 v- }2 p. F, W5 c$ y. t- [" S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。

& y+ R8 c& q4 n& Z  K$ {; e7 Y
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。
; o9 e1 r0 R/ [2 R
$ v, }. h! s9 `3 U: E2 Z4 t* R

2 M# r% h/ Q7 R4 t" e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。

# n+ [- p' B. K6 k5 G  K8 G这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。
; s: o* i: T' X5 C% r, z  g
6 j, F  l1 c' U; T, q" h. _
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！
- q1 P8 y) d2 N4 T编译器：Keil 51。

发射端：
/ q; y! z6 C- m2 e" B

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   " i* N5 i. H; G1 W0 I  y  u2 y
3. 
   
4. 
   
5. /*
   
6. --------------------------
   & B" i" R* o* C
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   
8. |                                                   |
   
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   
10. |                 STC15W204S                   |
    
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    7 o/ \: ]. w2 f" `$ {
12. |                                                   |
    % X* K# T+ S% z  ~1 u3 d
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    3 A! c  G- i- B4 [7 t- v
14. --------------------------
    ! P0 |* L7 E1 t% d# N) k, E
15. 
    
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    * q# y- [+ F9 y
17.            Red          330
    
18. 
    9 x, {' t1 B( y9 k( G4 f
19. Fosc = 6MHz
    
20. */
    
21. 
    9 D/ e# }5 Q$ x) E- G0 G1 a2 ^( N
22. 
    
23. // 矩形波输出脚
    
24. sbit OUT = P5^4;
    ; i2 }4 o) z$ v
25. // 低压指示灯引脚
    
26. sbit LED = P5^5;
    2 }. R4 c. t* C$ n
27. 
    
28. // 停机标志位
    
29. bit isReadyToHalt = 0;
    3 w! z( b% i3 a7 @3 j% s& ~- `
30. 
    
31. // 矩形波次数累计
    # ^8 Q! }4 t8 K( h: x5 l
32. static volatile unsigned char count = 0;
    
33. 
    $ q0 j2 q6 C4 ^8 u! G
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
    
37.         P3M0 = 0;
    9 [; u; ^4 o3 L8 N3 ^/ N; g0 q
38.         P3M1 = 0;
    8 a9 m: F% p' x$ E
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
    
41.         P5M0 = 0;
    1 p) {( j4 G: I0 h/ y% E4 Z' `
42.         P5M1 = 0;
    
43.         P5 = 0xFF;
    " y. {# r" C/ `0 B
44. }
    
45. 
    ) R* X  p8 R( D$ u2 o1 G- \3 g
46. static void Timer0_Init(){
    # p+ H) T  U7 l) V$ ]
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
    ( \; b; y; M( t3 v1 Z/ i
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
    & ]0 K/ Y$ D# G% z. g5 p: t1 d0 _
52.         TF0 = 0;                // 清除TF0标志
    ) ^  f6 \4 e, v5 H2 `
53.         TR0 = 1;                // 定时器0开始计时
    
54. }
    2 w" d1 u6 K  {1 K
55. 
    # k9 p# m( u, X; _/ q
56. static void Interrupt_Init(){
    
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    
58.         IT0 = 1;
    7 ]& ^3 _/ t& C% z8 s; l
59.         // 允许INT0中断
    & }: q5 N5 Y" h* W8 J& |
60.         EX0 = 1;
    % P- N3 ]8 H- l
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    & x8 v0 x) `4 c1 G4 S; `
62.         IT1 = 1;
    & a& u# f* g- O1 J
63.         // 允许INT1中断
    
64.         EX1 = 1;
    
65.         // 允许定时器0中断
    " R) i$ _+ \3 I; p. L8 @+ j
66.         ET0 = 1;
    
67.         // 允许全局中断
    
68.         EA = 1;
    % X7 t' l. M5 v3 l
69. }
    
70. 
    # D# L+ K8 W) m8 S
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    , G3 ~6 ~6 |2 k' U* D1 O7 o4 b
72.         // 矩形波次数累计归零
    $ g9 N2 B  X3 t
73.         count = 0;
    " F' ?# ~6 ?# g1 w( X
74.         // 重开定时器0中断
    8 |/ I2 i6 F7 E
75.         ET0 = 1;
    
76. }
    
77. 
    4 T9 w0 H* T+ a# E' V
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    ! F( k  @* r7 E, v- q
79.         // 输出矩形波
    1 ^; I/ O7 r, @/ \
80.         OUT = ~OUT;
    
81.         // 累计矩形波次数
    8 l3 L1 E2 B; o- O) g1 H
82.         count++;
    5 F7 Z/ L- V( t1 T  F4 D" Z
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    0 a2 [' u  ~: O% _7 ]& f; T: p
84.         if(count > 250){
      z. x* w) H( e6 ]$ ~& U3 E! C
85.                 count = 0;
    3 Q. k' y% W6 v% C
86.                 isReadyToHalt = 1;
    6 K) G9 g: a* y. c1 M( v
87.         }
    0 w8 n5 S. X- Z0 K$ `4 M0 ]- ~, [3 I
88. }
    
89. 
    
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    
91.         // 矩形波次数累计归零
    
92.         count = 0;
    
93.         // 重开定时器0中断
    
94.         ET0 = 1;
    + K- b' J1 Y; {# J
95. }
    
96. 
    
97. 
    ; t8 `( U* u' O, j8 S; H
98. void main(){
    
99.         // 初始化P3和P5口
    
100.         GPIO_Init();
     
101.         // 初始化定时器0
     7 i4 A) X% y4 L+ ^) J8 F5 K/ v) Z
102.         Timer0_Init();
     0 P- d- A- u4 ?
103.         // 初始化中断
     
104.         Interrupt_Init();
     
105.        
     
106.         while(1){
     ! x& b# g. v+ }1 C' H0 Z
107.                 // 检测电量
     
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     1 M% v7 V& ]3 q* F+ Z. D
109.                         // 如果电量低，低压指示灯亮
     " Q8 V/ J6 K0 ]! K! o
110.                         LED = 0;
     
111.                         // 清电量检测硬件标志位
     & D! N: w" Y0 V9 u  `7 o2 j
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     - o5 a& D- ~! l+ G' O  {5 a
113.                 }else{
     ! s. p3 h0 y4 n( K$ N! q) v
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     
115.                         LED = 1;
     6 a2 k; ?5 `& i
116.                 }
     " B$ k  R+ w/ l2 Z) Y
117. 
     
118.                 // 检测到停机标志
     0 P# U2 x, z6 s  @
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     2 D. G( q9 o* [: m( b
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     
121.                         ET0 = 0;
     ' p; j# }1 `# s" J4 i# Z( ?# l) M
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
     0 l( l& o+ K3 a9 w4 w' B
123.                         OUT = 0;
     $ A! q" Z4 b: U; T& }
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
     9 m/ p2 B& G8 |1 X
127.                         PCON |= 0x02;
     
128.                         _nop_();
     
129.                         _nop_();
     ' a" S, Q0 o& p2 `. N( Q8 Q
130.                         _nop_();
     
131.                         _nop_();
     % V' z: b7 [5 ~5 \3 i0 R' t
132.                         // 唤醒，清标志位
     . F/ c3 e- a- W8 H0 B8 Y  Q7 e
133.                         isReadyToHalt = 0;
     
134.                         // 重开定时器0中断
     5 u" d; E% n- i, m! A$ q  ]" a
135.                         ET0 = 1;
     
136.                 }
     
137.         }
     
138. }
     

复制代码

( Y  h$ H& H5 x. l( b, B硬件参数配置：


接收端：
9 d8 i2 `' _" j3 n+ h5 \

1. #include <INTRINS.H>
   ( v1 N1 Y; u8 c
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   
4. 
   2 r0 c* Q6 J' C& r) k- i
5. /*
   ' y4 ^; |. f+ P% {/ g: y
6. 
   
7. *---------------------------*
   
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   : k2 S/ Z9 m" \, J$ C3 B' D: c
9. |                                                        |
   , ~2 e: v' {  @" L
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    
11. |                                                        |
    
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    5 e4 a! `' _: A) C6 J  P( U
13. |                                                        |
    
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    
15. |                  STC15W204S                |
    $ p% i5 l* U$ c! E6 n0 r( [
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    " _' L/ ?3 R' @+ X" R% I! D, ~5 x# p
17. |                                                        |
    
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    
19. |                                                          |
    
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    
21. |                                                        |
    9 t' M1 Y6 ]- d/ ?* z
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    
23. *---------------------------*
    ! G" m4 N3 \3 y2 ^
24. Fosc = 12MHz
    ) }; f' ?) |0 c) L$ u% e
25. 
    ; K3 \+ Y" m: f3 l! d
26. P1.0 -> 上
    - X; O/ c/ ^4 Y% u& G# j3 g6 t
27. P1.1 -> 左
    
28. P1.2 -> 下
    * u% R$ J$ o# }; W. T$ t
29. P1.3 -> 右
    
30. P1.4 -> SEL
    & [$ t( A. q2 r3 W' w# \0 X
31. P1.5 -> STA
    ; P' L- w5 ]# g- D5 S
32. P5.4 -> B
    
33. P5.5 -> A
    
34. 
    3 |" o  n' t) b) T% T# O5 [/ _
35. */
    
36. 
    7 v8 k* _+ P# B  J1 x3 \$ s' R% n
37. 
    * q8 w4 V6 K  h. M& Y8 P
38. sbit CLK        = P3^2;
    ; l8 E7 m: l1 f& N0 g
39. sbit LATCH        = P3^3;
    
40. sbit DATA        = P3^6;
    
41. 
    $ s/ W. @5 ^8 e& k! b2 ^4 i
42. bit isReady = 0;
    $ K% C! ]+ c6 ^% X( q
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
    , K1 c0 `7 t! Y. 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
    - P4 K: F! R( u. ]1 l$ V+ {$ [
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;
    3 q6 j, [! o7 {1 ?
48. 
    ) O; p6 T8 O  \/ [% P7 B4 ~
49. 
    
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
    7 `- E$ i  h7 Y. J6 p) D* J5 V
52.         P1M0 = 0;
    & T9 c7 u% I2 N/ F9 _, w3 u
53.         P1M1 = 0;
    + v* ~9 e; U& [
54.         P1= 0xFF;
    2 d" m0 e- P, |5 E2 A/ Y
55.         P5M0 = 0;
    
56.         P5M1 = 0;
    
57.         P5= 0xFF;
    : S7 [  h, Y8 E" F) i
58.         // P3口初始化为准双向
    3 o0 F9 }+ J3 V& q2 T
59.         P3M0 = 0;
    2 ~/ h" o+ p8 Z6 F4 ?) ~
60.         P3M1 = 0;
    
61.         P3 = 0xFF;
    & ^( o' |3 L. a" w" t
62. }
    
63. 
    ( G/ z' \1 }. C
64. static void Interrupt_Init(){
    
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    1 O3 @7 ^9 u1 ]; k+ ~8 Z# q
66.         IT0 = 0;
    6 S9 h0 N2 n: h: Z* u  c  w3 _) J8 ^
67.         // 允许INT0中断
    1 c3 u/ @- {$ a- F
68.         EX0 = 1;
    
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    $ j" p1 l+ m; ^
70.         IT1 = 0;
    0 |6 B% d4 z* C' B! O! H
71.         // 允许INT1中断
    6 x4 S( k, h- ?. M+ @6 u
72.         EX1 = 1;
    
73.         // 开启全局中断
    
74.         EA = 1;
    " a: e. Z: n- Q4 f  F, D7 w3 l
75. }
    6 U; L. i% B7 H# [0 n; ~% l( l
76. 
    . E5 `2 y' ^5 X/ `3 o+ q' Q
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)
    ' {) E* X% n  p9 i% f$ u% [
80.                 return;
    # N8 X3 O0 r' ]3 F0 B
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 w& M7 J, R/ g8 G
82.         if(CLK == 0)
    
83.                 return;
    ) ?# _  o7 H; @( `1 R. T/ j, T
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
    
85.         idx++;
    4 O& a  @7 s% A, c- K' s
86.         DATA = key & mask[idx];
    
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    1 S! Z' Y; X' _' _7 c3 A+ j
88.         if(idx >= 7)
    
89.                 isReady = 0;
    
90. }
    
91. 
    / j. ]% h2 c/ D$ k0 Z
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
    , g( F) w/ y' o6 e) n5 F$ v  Q
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;
    
100.         // 允许CLK进行移位
     
101.         isReady = 1;
     
102. }
     
103. 
     
104. void main(){
     2 a/ x% J$ q6 \  K, ?) z
105.         GPIO_Init();
     ( C+ d+ H* R, a3 ]% j2 g4 D8 I
106.         Interrupt_Init();
     3 D& h8 w5 h, A! t& x- }
107.        
     
108.         while(1){
     % v" V, |( o  k9 ?# J
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     
110.                 //_nop_();
     3 n6 k' n& R  e+ y8 S. K
111.                 //_nop_();
     * m. E/ J) X5 u: x+ ^' }* o) K3 n
112.                 //_nop_();
     3 S' W# Y. x$ Y" \
113.                 //_nop_();
     , m6 Q( y- s- v5 I( {% D
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     5 t4 G- U1 }) D7 X% n
115.                 bufReady = buf;
     
116.         }
     7 L2 A3 ?. L# j/ j" [0 v
117. }
     ( m: a8 M+ a& d6 W6 V  Z

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 k: e$ F8 g$ ^2 L* w: S; a
9 g: Y/ P/ Z- J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
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。
  J7 d0 T% J9 j- J* T) T+ C6 o4 c' p2.4G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
$ S$ E; q' V+ a. ~& N精彩，楼主动手强，也写得很详细。
* P( ?  E0 e8 M2.4G方案是目前无线的最低延迟吗？

( ~4 i* J# q8 S" [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。
& f2 i! z5 R% a: U$ V* V9 V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。
& H1 R! |& P/ k' W: x: Y# _) L4 A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
7 V# ], N- F0 k- {! w" H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 ...

6 x" {3 U* G# S/ F; t" e! V& K/ {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。
  s; t# X2 M3 ~. l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
$ A) I2 ^7 J$ F! l" q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！
7 z3 F& m9 b8 X) Z' ~% h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。