自制FC无线手柄

雷精灵2046

, a8 `9 [6 `6 J: c0 _
7 {* O, t' D* |6 K4 J4 ]# w- d+ F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。
' U5 C' G, i. ~4 ~6 T* a

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。
  ^( S! ?" g4 q3 a- a
/ w* Y* j$ ?0 a+ T8 V) Z: E" m9 [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？
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。

1 o$ f, B0 [. I2 R# D4 N* ?

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。
0 h: t- U* t, F
9 p+ I+ d8 T, y8 u/ {. R
( d/ q6 P0 I& n3 F, P7 R. x完工！


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。


% j6 Q9 k+ L( P3 F2 h1 {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。
1 i  V- _7 j9 I
* m4 m& {* Q( [9 u5 |: t
/ @! S. |! M4 B1 s* z  k6 f
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。
  P- `. {6 Q, E
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。
( ?8 j) D( N8 ?$ n
这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。

: s$ o7 w: w6 ?/ v( s8 u# `
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。
' q  A% N) Y4 l% k
! X& @% }8 [6 _  c) z+ X0 y发射端：

1. #include <INTRINS.H>
   # P3 c' K1 E+ \" W; ]
2. #include "STC15W.h"
   # _9 p3 M( {& S  d1 \+ C
3. 
   9 M# ?1 l; n2 Z! B. I9 m' W) c
4. 
   / r5 k( d) b4 g2 u) u6 e3 r7 k
5. /*
   " g1 b- U9 _3 C- ?
6. --------------------------
   6 `0 ~8 w  k( I( y! H, L
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   $ f  }5 M: [6 G( X: X
8. |                                                   |
   
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   
10. |                 STC15W204S                   |
    
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    7 L/ s4 ^3 k8 t. S2 s; I7 b% E
12. |                                                   |
    2 z; r) D$ a& Y* |8 Q, j; u+ Q
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    
14. --------------------------
    1 ^8 G. C4 s! p2 t$ M
15. 
    0 A9 y' J, g' C* n7 c
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    5 W1 A/ B1 [- Q  K5 M
17.            Red          330
    
18. 
    
19. Fosc = 6MHz
    
20. */
    & S! @5 o" X# N
21. 
    ) @3 y9 f; @0 ?
22. 
    
23. // 矩形波输出脚
    
24. sbit OUT = P5^4;
    
25. // 低压指示灯引脚
    
26. sbit LED = P5^5;
    
27. 
    6 |+ j) e. d6 R' o/ Y7 d
28. // 停机标志位
    ; ?1 M9 O. c6 h
29. bit isReadyToHalt = 0;
    
30. 
    
31. // 矩形波次数累计
    
32. static volatile unsigned char count = 0;
    
33. 
    
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;
    ) \: S+ N0 g! [# _2 I
38.         P3M1 = 0;
    7 h0 U) S. u- B7 R- s8 M
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
    " r5 N" x; k1 [, y, N+ e5 |, x5 C
41.         P5M0 = 0;
    
42.         P5M1 = 0;
    4 ]# I" T) M) U& i
43.         P5 = 0xFF;
    
44. }
    
45. 
    
46. static void Timer0_Init(){
    * a3 ?1 H9 t3 j/ Q' I( h
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
    + G* w+ @& O" f# s
49.         TMOD &= 0xF0;        // 设置定时器模式
    6 W, E$ y; Z, K, G2 A. V' Q
50.         TL0 = 0xC0;                // 设置定时初值
    " H4 @7 \* Q- C- U" i" R
51.         TH0 = 0xE0;                // 设置定时初值
    
52.         TF0 = 0;                // 清除TF0标志
    0 f+ j2 i" K! U* n# y5 O0 X
53.         TR0 = 1;                // 定时器0开始计时
    
54. }
    8 O& k( j2 }9 m% F: w3 m
55. 
    - P; Z; r* o0 n, l4 _: @
56. static void Interrupt_Init(){
    / U& E  H% L5 x3 o' V; J" F; {
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    - T- B& a* ^1 d8 Y# u" G
58.         IT0 = 1;
    
59.         // 允许INT0中断
    
60.         EX0 = 1;
    0 @5 B9 w: ^9 j: M6 X" X. K6 p/ T
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    , [$ T& N4 e8 z4 ^/ c; p
62.         IT1 = 1;
    
63.         // 允许INT1中断
    
64.         EX1 = 1;
    ) z& ?6 W% H: X9 \. x
65.         // 允许定时器0中断
    
66.         ET0 = 1;
    
67.         // 允许全局中断
    , j0 E2 \) H" F# u4 U6 U
68.         EA = 1;
    
69. }
    
70. 
    
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    * m2 |+ Y# J3 N# o- w3 _; h( {" ]: [
72.         // 矩形波次数累计归零
    
73.         count = 0;
    5 x( _( O3 K# ~5 k2 A- l
74.         // 重开定时器0中断
    
75.         ET0 = 1;
    
76. }
    * ?" x8 p5 f- N. I
77. 
    
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    
79.         // 输出矩形波
    & R/ z$ {' n2 D. J+ N& }6 y1 q
80.         OUT = ~OUT;
    * j  f5 [/ c0 \1 ?. \
81.         // 累计矩形波次数
    : c: u  ?0 t5 `1 w, K
82.         count++;
    
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    ( }& X" v/ r1 d7 ]7 W
84.         if(count > 250){
    
85.                 count = 0;
    
86.                 isReadyToHalt = 1;
    
87.         }
    
88. }
    0 R' q! d$ \9 H  r+ Z7 v
89. 
    4 Z) S' y: s0 W1 f$ b% ]3 t  s4 U5 V
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    . @$ e1 C3 ?, t3 e1 X
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;
    
95. }
    
96. 
    9 |+ _) k# q7 N' p& @7 X
97. 
    & K5 t+ q# `( z: n! b
98. void main(){
    - Q6 R4 ^  g' B) C
99.         // 初始化P3和P5口
    
100.         GPIO_Init();
     8 N$ o' A* @7 g: w  H* C& _
101.         // 初始化定时器0
     
102.         Timer0_Init();
     . O) ^, V  R* D. m6 M+ `
103.         // 初始化中断
     
104.         Interrupt_Init();
     
105.        
     7 p3 e3 J3 Z" b" m' |% Z0 Z
106.         while(1){
     5 B7 I3 T+ u1 r- n2 u
107.                 // 检测电量
     3 s# o, J% J3 X: m0 |3 B3 a9 i
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     9 I$ P7 r: c, p; x; R3 ^
109.                         // 如果电量低，低压指示灯亮
     4 q* R, @6 @) C- z8 o
110.                         LED = 0;
     
111.                         // 清电量检测硬件标志位
     
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     
113.                 }else{
     & R8 T' _# a) X
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     
115.                         LED = 1;
     & d& k( q* a# [3 F8 D, A6 `  ]
116.                 }
     % Y) b( `' t& u1 o+ J
117. 
     
118.                 // 检测到停机标志
     
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     : K# V  p* R; R2 [: ~4 F+ x
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     
121.                         ET0 = 0;
     + w9 i" d3 n4 X
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
     6 o& z9 m' ~. T+ l( x( ]. [- b7 r
125.                         LED = 1;
     - N; g4 n% J! t4 O
126.                         // 进入停机模式
     
127.                         PCON |= 0x02;
     : d! q$ P& Z8 V! `, o6 Z; q
128.                         _nop_();
     
129.                         _nop_();
     - z0 `9 w) f: i+ O) r
130.                         _nop_();
     - I" Y0 ~4 @! {9 e* c
131.                         _nop_();
     
132.                         // 唤醒，清标志位
     $ g7 A; x2 q" k% E7 u
133.                         isReadyToHalt = 0;
     
134.                         // 重开定时器0中断
     
135.                         ET0 = 1;
     
136.                 }
     0 i% f% R/ E# e. i  ~. V3 y
137.         }
     : H  A& S' D# `' n7 H% n# s
138. }
     7 {, H! y' ]% N; [

复制代码

: H" g9 O6 K" S( q6 v# E硬件参数配置：


接收端：

1. #include <INTRINS.H>
   $ V) B. T% S5 w% ^
2. #include "STC15W.h"
   $ Z: b* r* f% [: k
3. 
   4 N( R( R! W- ]6 C' i$ v" l
4. 
   7 i$ F3 ~+ q4 b( j9 m
5. /*
   % k0 p( ~$ j7 |7 v/ t
6. 
   
7. *---------------------------*
   
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   
9. |                                                        |
   
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    
11. |                                                        |
    , ~# y# ], W* b5 U" \' U5 I; |/ ~6 P% z
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    $ r' I  w3 a3 y; k9 w
13. |                                                        |
    
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    
15. |                  STC15W204S                |
    
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    " T6 L  A+ z% e' y7 y! Z5 {
17. |                                                        |
    
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    8 P& x5 A3 s) S' v; f( I
19. |                                                          |
    
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    1 n4 R8 j8 O. z7 \% Y
21. |                                                        |
    
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    ( t8 P# H8 z5 u, u. t1 ]1 w0 a( C
23. *---------------------------*
    
24. Fosc = 12MHz
    
25. 
    6 t6 u# C8 B* R
26. P1.0 -> 上
    - D4 g3 ]  X8 v" W7 u6 P, d: u
27. P1.1 -> 左
    
28. P1.2 -> 下
    
29. P1.3 -> 右
    ( g. P: v- R  I  O. ~7 D
30. P1.4 -> SEL
    
31. P1.5 -> STA
    / R3 t# T+ h0 {' e# R0 Q) s
32. P5.4 -> B
    ( L% S9 o7 |  {3 E6 u
33. P5.5 -> A
    ' e8 ?/ N3 o0 T. m3 i! G
34. 
    ) D2 G! ~" i1 I/ p: X
35. */
    
36. 
    
37. 
    
38. sbit CLK        = P3^2;
    6 G  R' g; X3 S' b4 w! y. n
39. sbit LATCH        = P3^3;
    ) S9 S. Y1 o* Q
40. sbit DATA        = P3^6;
    
41. 
    
42. bit isReady = 0;
    ( b; }5 d( ^' E$ _. k6 R
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
    / \6 N  s! x! O- y6 q
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
    . f" ]6 p" Z" h" D4 B0 n
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
    3 z7 N! Y  M# h4 c3 a* O5 x3 c
47. static unsigned char idx = 0;
    
48. 
    / d  e2 d% c! c2 X- c
49. 
    , `1 D) ^( G* V  K+ A
50. static void GPIO_Init(){
    ! K9 `3 R+ U; u& k) A# H; B1 r
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
    ' P; J% r. c. t  C1 `# B
52.         P1M0 = 0;
    
53.         P1M1 = 0;
    
54.         P1= 0xFF;
    * C2 k: A; W+ e) W( v4 o
55.         P5M0 = 0;
    
56.         P5M1 = 0;
    
57.         P5= 0xFF;
    ( F2 k* B! y5 k( ^" O# l  ?. D. N
58.         // P3口初始化为准双向
    
59.         P3M0 = 0;
    
60.         P3M1 = 0;
    
61.         P3 = 0xFF;
    
62. }
    
63. 
    - l" g" z5 `2 J0 G- v" E* p1 e& H
64. static void Interrupt_Init(){
    
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    
66.         IT0 = 0;
    
67.         // 允许INT0中断
    3 f9 h( B$ \  h
68.         EX0 = 1;
    
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    0 L, f/ g, c5 S* t: W
70.         IT1 = 0;
    ) r: k; ~- L3 ]& i
71.         // 允许INT1中断
    / S& @+ b" z: |5 |+ b
72.         EX1 = 1;
    9 z+ q  f8 L2 _. W% K  T
73.         // 开启全局中断
    
74.         EA = 1;
    ! d  a0 t5 Q9 S& ^  O) U: H$ {9 N- U
75. }
    
76. 
    
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    2 d+ {3 ^2 x5 \0 P* J9 ]4 D
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    # A% K# [( e3 |9 L, W7 X4 [8 s6 H
79.         if(isReady == 0)
    
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;
    * o+ l/ N3 [9 P$ H
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
    + Q8 b* s- u: i0 y6 M
85.         idx++;
    2 I0 S0 \: G: y8 c0 I5 A8 v3 q
86.         DATA = key & mask[idx];
    8 J" B$ f  }; n' G! G) [; ]; ^
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    
88.         if(idx >= 7)
    
89.                 isReady = 0;
    4 _. N! h6 ?+ Q& ]+ Z0 Y6 w0 S# a
90. }
    
91. 
    * i' P5 ]0 B% m
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    ; b0 F& w& Q0 \- B1 D
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)
    ( `& u- C: T, v5 l, p. e
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
    8 Y' @* U8 C' j/ x( r9 }
97.         key = bufReady;
      j, A9 B$ t3 r3 r* T+ b
98.         DATA = key & 0x80;//mask[0];        // 为了加速运算，直接取表中的值而不是读表
    " A  W9 U' J2 w% x
99.         idx = 0;
    6 F5 D+ O1 A7 t+ u* _9 `" [; A
100.         // 允许CLK进行移位
     % h3 e" F6 A- E. L3 g9 Z
101.         isReady = 1;
     ) f' x/ Q* q4 I7 `
102. }
     
103. 
     ' S: ?% v) u$ a
104. void main(){
     
105.         GPIO_Init();
     , q) W' M# v& n* L+ Y3 a
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     8 z; g) n5 A  e; v
108.         while(1){
     , V/ w- [+ s; V# x; W+ L3 k
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     . Q* d' E' P& @3 y" u7 ]( q' W
110.                 //_nop_();
     
111.                 //_nop_();
     % [9 l2 I; W) p9 c' D: k# Y) h
112.                 //_nop_();
     ; E! T3 x1 d8 |, m2 M- U
113.                 //_nop_();
     1 X/ i$ g# G4 o$ _$ a4 p$ e
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     : v5 o/ C; z7 ^  W2 Q1 t7 t
115.                 bufReady = buf;
     , F2 C! J+ i7 W0 z4 Y2 _6 N
116.         }
     
117. }
     9 r$ i( f4 @- n% N6 a

复制代码

硬件参数配置无特殊要求，晶振频率选择12M即可。
: S, Q. H+ ~& s4 _+ k, D
4 Z! s/ y% t. u2 H) d+ K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。
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
, }: {) k" X. K5 o; ?精彩，楼主动手强，也写得很详细。
7 d! U& a& j0 f$ i1 }2.4G方案是目前无线的最低延迟吗？

' O1 d/ v$ m5 T' J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。
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。
- Z5 |: ~8 |' c% x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
: n1 h7 h. w  [) f/ i- ]! ]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 ...

% E% e$ |% s! X' J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。
# }# f  t  E/ E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。 ...

% O- ~7 {- j" ]9 A: d能得到孙大师的赞誉，不胜荣幸！
% p2 V' Z! y5 d- y) j1 P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。