自制FC无线手柄

雷精灵2046

% c9 `5 k) F4 v0 Y& o
: w, [5 |2 q7 d5 u* E+ [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。
8 D4 I) K4 @' s! J  u' k+ O/ c9 E$ W
! K' i! }3 i' m( w) h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。
. [6 W) A+ U& U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。


0 L1 z) a6 D% T: T2 W7 R
: _/ z/ q) \4 `+ B! X1 I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。
* M: \$ D* Z2 A! J; A, Q
1 b6 n' F8 }- z6 o& f( }
9 z" M, a" @3 E. B9 D完工！
. u7 \$ Q+ R+ i" i4 J

3 b& w( B* w% ^  W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。
0 _# l% J8 Z  b7 T9 D2 z( 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。

/ \) L: R( D9 J* A& O
* ^/ J+ q: X! B! g/ t  j- Y5 v
( X* I7 I5 w/ g. l5 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。
, S' C" I9 k, W! C- h
" W% P7 D7 k' n) v  }% B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。
" C3 G" S8 \% i6 B; h) N3 h8 r  `* ^4 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！
编译器：Keil 51。
/ y; |% b4 }0 g3 B+ f; U: \' O- ]
& S9 a) H- d9 v  I; s发射端：
  T$ T* N" S9 V& N, i

1. #include <INTRINS.H>
   6 ?+ L$ R$ B. N
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   7 Z; R6 K6 F2 {+ j7 G1 E* F
4. 
   
5. /*
   % e+ H8 D% x1 o  c
6. --------------------------
   5 T) g- |. ?5 c. J
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   ; j$ A- `3 c- b
8. |                                                   |
   
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   # A% C' ?( n: u4 M0 l
10. |                 STC15W204S                   |
    * N% a  a, |8 B* h. L
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    $ Y2 \# ]+ I* N0 Z( E8 j# d
12. |                                                   |
    / G$ X! q. h+ O" w8 g. k
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    
14. --------------------------
    
15. 
    1 Y7 D: k# V" j& J
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    1 q4 d$ m, R5 F3 O
17.            Red          330
    
18. 
    
19. Fosc = 6MHz
    $ K! O# d0 P0 S5 s8 n
20. */
    ; W2 n3 g6 j+ [7 x& d
21. 
    
22. 
    
23. // 矩形波输出脚
    $ R7 P+ J  f! O9 X  e. O
24. sbit OUT = P5^4;
    
25. // 低压指示灯引脚
    
26. sbit LED = P5^5;
    ' i% a# x; v3 |+ {3 b
27. 
    * p9 |- u+ X- s$ l$ p  j0 S
28. // 停机标志位
    
29. bit isReadyToHalt = 0;
    / b6 s- [9 X6 z6 X# F. h  D3 S. h
30. 
    
31. // 矩形波次数累计
    
32. static volatile unsigned char count = 0;
    + \# u: J' l  l$ O9 i. r  `( ?
33. 
    / u! ]( a4 A$ C2 o7 e( H
34. 
    
35. static void GPIO_Init(){
    " g" ?4 ?1 g* l0 ^
36.         // P3口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
    2 Y, G3 W) k+ x4 g6 _2 u8 B; ^* c
37.         P3M0 = 0;
    
38.         P3M1 = 0;
    
39.         P3 = 0xFF;
    + _' s3 Q  n8 G9 C, F
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;
    - O8 ^4 y. |4 @. G$ q) p
42.         P5M1 = 0;
    
43.         P5 = 0xFF;
    ) G; J. n9 ~8 c3 _
44. }
    
45. 
    
46. static void Timer0_Init(){
    1 [) e& r7 @4 l' S  ?7 ~; ]
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    6 `% U4 \" p. d) g% f- \/ U! G9 i
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
    / ]1 `* h" Z2 W/ M! ?* G
51.         TH0 = 0xE0;                // 设置定时初值
    + O5 x* w) `, f
52.         TF0 = 0;                // 清除TF0标志
    
53.         TR0 = 1;                // 定时器0开始计时
    
54. }
    
55. 
    
56. static void Interrupt_Init(){
    7 C4 y& \: f: X$ b" d1 Y7 x
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    
58.         IT0 = 1;
    5 }1 F! C* o. h; g. F+ ]+ v4 T/ K
59.         // 允许INT0中断
    ; v+ |; k! L( z* U
60.         EX0 = 1;
    
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    
62.         IT1 = 1;
    % v; l- Z8 v" s6 S: C% r
63.         // 允许INT1中断
    
64.         EX1 = 1;
    
65.         // 允许定时器0中断
    ; L; @/ u) y  o1 H
66.         ET0 = 1;
    
67.         // 允许全局中断
    
68.         EA = 1;
    3 F* n5 \! ^$ Q, a9 R( f/ y
69. }
    
70. 
    
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
    6 Z: r8 p* |" e5 V- a: H
75.         ET0 = 1;
    
76. }
    " L7 T: f4 f) W, U- l
77. 
    
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    . Y; R2 J+ W' I8 h
79.         // 输出矩形波
    $ ?8 ~) t7 T4 d$ d% A5 u' m& _& Y
80.         OUT = ~OUT;
    / _1 l7 C% T1 S6 ~
81.         // 累计矩形波次数
    / B/ F. {  g' N, R. M  E9 o! g! n+ C
82.         count++;
    4 S* K  F. w# }$ E9 F
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    # |: a, U9 P1 p, @
84.         if(count > 250){
    
85.                 count = 0;
    
86.                 isReadyToHalt = 1;
    
87.         }
    * ^: R3 L$ o( U1 Z+ d# O: C9 @' h
88. }
    0 ~* K6 x: N. E) X7 F
89. 
    # L9 O9 p8 T$ ?" x
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    5 F( b% j$ y# V  U( `0 O% {+ U4 R
91.         // 矩形波次数累计归零
    
92.         count = 0;
    . g4 k5 J6 d4 [; p# \
93.         // 重开定时器0中断
    9 H+ ?: [# s! q
94.         ET0 = 1;
    
95. }
    
96. 
    
97. 
    2 @) Y! x! J/ D4 i: ]* O- e
98. void main(){
    : q7 f( E: G: _4 w4 ]# i9 _7 B
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
     
104.         Interrupt_Init();
     9 {1 m% @: w* n2 e. \
105.        
     / S! T4 S; k8 G. H
106.         while(1){
     
107.                 // 检测电量
     , [, {% \' y( y: N! \
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     
109.                         // 如果电量低，低压指示灯亮
     
110.                         LED = 0;
     . P6 s! c/ P, h$ ^: b/ T  d% h) P
111.                         // 清电量检测硬件标志位
     , m' Z9 ]' [& m& E
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     
113.                 }else{
     
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     ) l/ ^9 d; S, |  a0 J0 S0 F2 j
115.                         LED = 1;
     
116.                 }
     
117. 
     
118.                 // 检测到停机标志
     3 ~6 R# x* d9 _8 a5 c4 f
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     
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
     
123.                         OUT = 0;
     5 x, ~- C3 Q6 _" |( i
124.                         // 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
     
125.                         LED = 1;
     " D9 y3 Q( y7 V$ w1 m
126.                         // 进入停机模式
     
127.                         PCON |= 0x02;
     ) g. _& q' Z) {" h9 K3 T
128.                         _nop_();
     
129.                         _nop_();
     5 l2 J, h- t; Z  y. `
130.                         _nop_();
     
131.                         _nop_();
     ) \) X% s$ f( v5 h7 ^
132.                         // 唤醒，清标志位
     
133.                         isReadyToHalt = 0;
     
134.                         // 重开定时器0中断
     6 c; s1 @; V# G: U9 z
135.                         ET0 = 1;
     
136.                 }
     
137.         }
     2 e7 Y0 |3 s5 X2 @# a
138. }
     

复制代码

硬件参数配置：
: ?* p: P4 t# a; j9 a, q
. O+ Y4 J; ^& g2 w: e% u
接收端：
+ |2 S1 V# E' {! I

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   ) ~3 U( x$ y0 F# K* U+ l
4. 
   ! u& Q, W4 z9 b3 p
5. /*
   2 t+ s* R% s6 f5 W5 y
6. 
   - J! K* S, |# q- f4 @
7. *---------------------------*
   1 H7 k1 p  V$ e1 j0 x4 b
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   ) I; F" J. Y, u9 n
9. |                                                        |
   
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    
11. |                                                        |
    2 S7 O  y' B3 |0 z# ?# |) j
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    
13. |                                                        |
    
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    7 v! s# N6 |! ]& f
15. |                  STC15W204S                |
    
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    2 F5 c- q/ M/ n1 g- I
17. |                                                        |
    
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    
19. |                                                          |
    6 g4 U3 s* {* E+ c: L) ?) d3 U
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    
21. |                                                        |
    % E% T. f3 N) S% m# a
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    ! W8 T6 x8 f: ^5 u
23. *---------------------------*
    
24. Fosc = 12MHz
    
25. 
    : Y. M$ ?' D4 r: W+ g
26. P1.0 -> 上
    
27. P1.1 -> 左
    
28. P1.2 -> 下
    
29. P1.3 -> 右
    
30. P1.4 -> SEL
    3 ?  J7 i! P( }. c0 k1 F; r
31. P1.5 -> STA
    
32. P5.4 -> B
    7 ~. z0 U4 {; |+ q" C7 k) n( w
33. P5.5 -> A
    
34. 
    1 n4 v4 x0 d- P4 ^( v4 l, m8 A  X8 E: `
35. */
    0 K2 _( j0 ]* K& {
36. 
    ( `- t" I8 _2 C$ [- i+ E* k; n5 A. p
37. 
    6 z2 S( c7 {; K  ~4 m$ H
38. sbit CLK        = P3^2;
    
39. sbit LATCH        = P3^3;
    
40. sbit DATA        = P3^6;
    * X! S& h. n9 o* ~+ O* Q
41. 
    / [$ W: P; w+ A9 M0 K5 ]
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
    5 O3 \* T& T% o9 E& U
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
    4 g# \$ @% H) w3 n/ m  j# ]! J9 ~
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
    9 {& a, T! z8 l4 q1 d8 f2 N5 g
47. static unsigned char idx = 0;
    : F" p! u. ]* k1 K" s: G
48. 
    ; b8 I! n2 i. W
49. 
    4 r0 S! i8 v8 ]' z
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
    ) `9 W% U8 t- B$ _; d  x/ N
52.         P1M0 = 0;
    
53.         P1M1 = 0;
    
54.         P1= 0xFF;
    
55.         P5M0 = 0;
    
56.         P5M1 = 0;
    * S) q0 v; N/ v6 H8 F# |. Y
57.         P5= 0xFF;
    
58.         // P3口初始化为准双向
    ! A# Q' G$ s$ q4 c2 j5 d
59.         P3M0 = 0;
    
60.         P3M1 = 0;
    $ X$ T9 f8 ~# m$ T# ]
61.         P3 = 0xFF;
    
62. }
    
63. 
    : N7 K1 U+ ?: v& ~1 ]. v# T
64. static void Interrupt_Init(){
    3 d. t- m; A% e- ~
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    
66.         IT0 = 0;
    $ w) F: ^5 }& n8 R4 x3 k, K' S
67.         // 允许INT0中断
    
68.         EX0 = 1;
    
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    8 v) {, q- ^. h4 G! {
70.         IT1 = 0;
    
71.         // 允许INT1中断
    3 ]2 ?- `2 `: }( l/ E
72.         EX1 = 1;
    
73.         // 开启全局中断
    
74.         EA = 1;
    
75. }
    * j$ D  o" ~. w) s  S+ H8 L
76. 
    ' V4 z9 I; L4 T% z
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    . p6 [  i  D4 y1 R) p
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    
79.         if(isReady == 0)
    
80.                 return;
    8 _5 h4 m9 O5 h: x) m- N# ~
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
    8 |& S; W. J$ A% |$ v. P9 S
82.         if(CLK == 0)
    $ k8 G+ U8 v$ }, y& ]
83.                 return;
    9 H9 {2 F; ^- L. ]
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
    ) j! P% L( {0 R7 h9 X
85.         idx++;
    . @0 L/ T8 q3 j( S, O
86.         DATA = key & mask[idx];
    " p; W7 U& O6 S5 Y3 A8 D3 h
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;
    
90. }
    1 _) n" u1 C7 \! l% Z2 e* _
91. 
    
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    ; \1 w! Y/ F$ P. b
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)
    
95.                 return;
    : D; L7 P6 V* ~0 q/ M4 v* s; q
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
    : L( }+ x! K. t9 r4 [- \! k) v
99.         idx = 0;
    : I: }% D$ R! i' d
100.         // 允许CLK进行移位
     
101.         isReady = 1;
     1 H# U1 V, H' \" T# w
102. }
     
103. 
     
104. void main(){
     
105.         GPIO_Init();
     * w1 U0 T( R2 s; y1 a! F. |
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     
108.         while(1){
     
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     
110.                 //_nop_();
     & C/ r! @2 K7 D; `
111.                 //_nop_();
     
112.                 //_nop_();
     
113.                 //_nop_();
     
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     
115.                 bufReady = buf;
     
116.         }
     
117. }
     3 F* q2 M$ r/ j/ D# r- e5 R1 S

复制代码

7 P7 i; p& c2 |0 n硬件参数配置无特殊要求，晶振频率选择12M即可。
& u" o0 P" g1 W6 p5 h9 Y( D! W! V0 {
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
1 @# _' l/ Q  B5 y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。
7 ^" }' F3 W% p( p1 G2.4G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。
- }" L. [, i. l0 h" k2.4G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。
" g( }- k, N. b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
0 K" L( _; y: V# z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。
两个板子倒是有十几张剩余。
7 Q; ~! s7 [) 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
* W4 [8 a/ F# v5 _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。