自制FC无线手柄

雷精灵2046

# J! }4 s: ^- z* Y- \& \7 Q2 G
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。
, E3 d/ |. S/ l+ b4 i3 B$ m

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。
% j; G7 g; R" \
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？
! Z1 G! m3 d% g1 O" w  z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。
. @5 j! Q1 E  J; [  d
% f! E- q; M  K0 Y- e0 G

2 c/ s# S; H6 c$ R% f* j, N: F最后把按键、导电橡胶和电路板装上去。
2 x9 P9 E. N3 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。

$ i1 t: H/ k  P( m0 U
( j( \( X8 Z, M1 t5 N- q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。
  U& j3 J( x& R" b/ \0 K  i# g

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。
& m, o9 r' t9 j0 g0 z- v5 o+ S+ k
/ B, K; N4 w, i

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。
$ }* k. ?. F2 o" |8 {
; a1 Z. I7 Z* P* e, t: j这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。
# [2 @( f! {* U: K- _3 S; N

' P, W) G: M- H' L2 X! 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。
1 d3 c7 Z- }" Q; l& l0 s. E
发射端：
" ~# @5 [5 t0 n+ h) W2 q* W  M

1. #include <INTRINS.H>
   # I- ^) B  T  M3 F9 K, d
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   
4. 
   % [+ f3 k" N, E  P, t  Z, o5 q
5. /*
   ) n0 t0 j6 y4 _+ }" v
6. --------------------------
   
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   
8. |                                                   |
   ! l) P8 r! B& I) n
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   
10. |                 STC15W204S                   |
    
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    
12. |                                                   |
    
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    . C2 n9 w( e( Q5 r$ B2 I
14. --------------------------
    
15. 
    
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    
17.            Red          330
    ( o, \5 Z% g) M% H* c
18. 
    2 A( F' J1 M4 y9 X6 R
19. Fosc = 6MHz
    
20. */
    
21. 
    ' F$ s2 b& a$ S! }
22. 
      k: G2 }% B( N7 Y
23. // 矩形波输出脚
    
24. sbit OUT = P5^4;
    + T# j3 `; }+ X, h/ Q1 E
25. // 低压指示灯引脚
    
26. sbit LED = P5^5;
    
27. 
    
28. // 停机标志位
    
29. bit isReadyToHalt = 0;
    ; Z) d! a+ Y/ |, v; b
30. 
    - J8 B- A  U. m0 N: L0 u) b+ D
31. // 矩形波次数累计
    1 u5 h8 A' B2 X4 R* h+ P9 I
32. static volatile unsigned char count = 0;
    ! C- |2 C, B: p) M; l5 Q. C
33. 
    
34. 
    0 j! {! @- d+ @! e' {; I
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
      t. L$ k6 R. e9 g5 C
37.         P3M0 = 0;
    , J( v7 @3 k+ h  V/ K4 @; F
38.         P3M1 = 0;
    ; l  |; w$ W; Z1 b! _
39.         P3 = 0xFF;
    , ]& K2 R0 w  w+ ^
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;
    & u) X3 f0 l, l' `( c
42.         P5M1 = 0;
    
43.         P5 = 0xFF;
      b# o. M0 ]& j1 c- J
44. }
    
45. 
    
46. static void Timer0_Init(){
    
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
    1 V" r4 C7 B% I
49.         TMOD &= 0xF0;        // 设置定时器模式
    2 o  T8 L9 p3 {$ X# U
50.         TL0 = 0xC0;                // 设置定时初值
    
51.         TH0 = 0xE0;                // 设置定时初值
    
52.         TF0 = 0;                // 清除TF0标志
    
53.         TR0 = 1;                // 定时器0开始计时
    
54. }
    
55. 
    4 s! S8 C  m4 N
56. static void Interrupt_Init(){
    " T& }& S& G, A0 F" ~2 ^8 M; P! D; D
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    ' E! S) P1 b4 B+ u; x% d: f
58.         IT0 = 1;
    ' c" g5 `$ f8 k. T7 @
59.         // 允许INT0中断
    ' {% |* t2 S% }  V; a1 e
60.         EX0 = 1;
    
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    
62.         IT1 = 1;
    ) J: a" b1 M" @# A- R/ ]
63.         // 允许INT1中断
    3 r" O$ [' ]# {; d
64.         EX1 = 1;
    
65.         // 允许定时器0中断
    $ r) g% X7 V5 ^7 ~& S
66.         ET0 = 1;
    9 E. ^& q( ^+ `; z& i) Y" a0 y: \1 A
67.         // 允许全局中断
    0 C2 H( _4 \4 B+ t. E0 V
68.         EA = 1;
    
69. }
    
70. 
    ( P: i$ B9 F) M6 |8 e0 M
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
72.         // 矩形波次数累计归零
    " _5 G; }/ i- U
73.         count = 0;
    
74.         // 重开定时器0中断
    
75.         ET0 = 1;
    
76. }
    
77. 
    
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    $ T& ]$ f# O3 N. x2 X# b
79.         // 输出矩形波
    
80.         OUT = ~OUT;
    / t: Z. D% k2 Q$ ^8 B2 r% p; D# ?
81.         // 累计矩形波次数
    
82.         count++;
    
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    - d$ D4 K2 v3 M9 t8 E. ?' B
84.         if(count > 250){
    3 ]6 B- F: h4 d2 t
85.                 count = 0;
    ) \0 S0 D5 ~; W6 `/ U7 E: w
86.                 isReadyToHalt = 1;
    
87.         }
    ! c' L' r5 c  G
88. }
    
89. 
    
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    ! Q9 b5 J* D. m% z  C& Y
91.         // 矩形波次数累计归零
    
92.         count = 0;
    
93.         // 重开定时器0中断
    0 b1 ~4 ?( X9 w: f& w' A2 f
94.         ET0 = 1;
    
95. }
    
96. 
    
97. 
    ( |0 H% K1 m( y  X/ Z8 ^1 z" C
98. void main(){
    & p* M' A. _& r8 M2 F; f6 `
99.         // 初始化P3和P5口
      k# R4 b4 [3 E7 O* `+ b7 |6 e
100.         GPIO_Init();
     
101.         // 初始化定时器0
     / I  c% B& l( S
102.         Timer0_Init();
     
103.         // 初始化中断
     
104.         Interrupt_Init();
     & e8 y9 O- B" |  Y4 A# ?* H0 g
105.        
     
106.         while(1){
     3 a3 W" X% @' {  D# o( d  W- W
107.                 // 检测电量
     
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     
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
     % y2 j, P3 \& |) K; I3 Z1 D
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     $ @0 U; D- U* n; h, ]
113.                 }else{
     
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     2 x. J# j/ h# U  W
115.                         LED = 1;
     
116.                 }
     
117. 
     
118.                 // 检测到停机标志
     
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     % A1 T- _$ V. g3 U3 b3 n1 ^
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     ) F2 R2 o. m$ p& K6 o: s0 ]8 E( n
121.                         ET0 = 0;
     8 E2 Z* [* v3 N* w( n2 H# F
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
     4 l7 ~( ~0 U9 u% U
125.                         LED = 1;
     . G2 N7 {3 _& _" |: v. ^
126.                         // 进入停机模式
     ' v$ M( v+ G! B# D
127.                         PCON |= 0x02;
     / l& m4 ^! ]# H; M. K
128.                         _nop_();
     
129.                         _nop_();
     
130.                         _nop_();
     ) ~1 W' d5 p( J7 ~  p% a; Q0 \
131.                         _nop_();
     3 `1 C+ H4 D2 K# f0 ^
132.                         // 唤醒，清标志位
     . G2 h7 q- r' _5 o$ |/ D' [
133.                         isReadyToHalt = 0;
     7 R$ ?" [; m8 L
134.                         // 重开定时器0中断
     " z  W( ~5 ]; s- F. a7 ~' x4 B
135.                         ET0 = 1;
     3 @7 ?+ z: \0 Z- u7 `3 f
136.                 }
     
137.         }
     
138. }
     

复制代码

$ y  X+ C0 h6 A2 T+ m: V) B7 I硬件参数配置：


接收端：
1 [' L$ Q  ^0 R" ?

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   # L' S- q' s  ~) a
4. 
   ( `5 N* Y: ?8 W& G
5. /*
   , t& j& `. c" C/ L1 @7 y' x
6. 
   
7. *---------------------------*
   
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   
9. |                                                        |
   
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    & H" V" Y. m3 n% U2 t% p, }
11. |                                                        |
    # z6 d+ a# L) z7 E) q/ Y
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    3 z: F5 ?9 c7 i1 @+ ?0 w9 K
13. |                                                        |
    * _+ [, D" q3 F$ ]3 e; U9 W$ M
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    
15. |                  STC15W204S                |
    7 N5 l8 Q! a2 X
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    * [9 ~& u. X4 F  c
17. |                                                        |
    8 E1 U+ O/ ~! [3 x
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    ' J5 }. {: ?. @, g
19. |                                                          |
    
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    
21. |                                                        |
    
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    
23. *---------------------------*
    " A  C" E- F& Z8 x* o
24. Fosc = 12MHz
    
25. 
    
26. P1.0 -> 上
    ( k2 _, Y+ [# K" h7 v1 S; a" B, e% V
27. P1.1 -> 左
    
28. P1.2 -> 下
    
29. P1.3 -> 右
    ) V5 w, q2 L5 @7 e; L8 T
30. P1.4 -> SEL
    7 j* V* ^' e( B6 }: A; w
31. P1.5 -> STA
    
32. P5.4 -> B
    
33. P5.5 -> A
    
34. 
    
35. */
    
36. 
    ( s9 [; a- ^7 H
37. 
    
38. sbit CLK        = P3^2;
    
39. sbit LATCH        = P3^3;
    
40. sbit DATA        = P3^6;
    1 }1 y" X7 g% \3 Y
41. 
    
42. bit isReady = 0;
    ; [! `$ Z" G* v- K: d: f
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
      z) K' \% V5 ?6 P" y% f
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
    # i  V' B+ G% ~0 U
47. static unsigned char idx = 0;
    
48. 
    
49. 
    0 t6 Z9 ]9 B5 P0 ?5 V
50. static void GPIO_Init(){
    : H+ |% |  M+ ?  n/ R# t0 D
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
    : E" r5 a9 R0 ~3 w5 z
52.         P1M0 = 0;
    
53.         P1M1 = 0;
    ; E! f, |2 t' L. P
54.         P1= 0xFF;
    
55.         P5M0 = 0;
    # @; }+ ~6 V2 A: G2 U* j
56.         P5M1 = 0;
    , U; W1 o8 w1 l( o' v/ }- N$ T4 f
57.         P5= 0xFF;
    
58.         // P3口初始化为准双向
    
59.         P3M0 = 0;
    ) K- F- J$ {2 A- O' P  s, v+ ]
60.         P3M1 = 0;
    
61.         P3 = 0xFF;
    9 d  V6 w) H2 r: ?3 ~' p: ]
62. }
    4 d+ r% U, r7 p2 i/ }7 B
63. 
    
64. static void Interrupt_Init(){
    / u" ?) ~5 f1 d7 U& r( ^  C5 n9 c
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    * Z: d2 ^0 [( Y, Y" B; ]
66.         IT0 = 0;
    ( v4 z8 G- s1 J) ~
67.         // 允许INT0中断
    ; o8 }2 `6 ~, b8 n1 @; r- H/ ~% S
68.         EX0 = 1;
    
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    * u* x2 W+ y- A
70.         IT1 = 0;
    + C+ T" S9 E6 O9 u
71.         // 允许INT1中断
    8 {( l' b! M6 O% b- j' S- x1 l
72.         EX1 = 1;
    % C2 X% D" k2 d. N
73.         // 开启全局中断
    9 u5 u4 H  g0 R- A4 {( e* b/ N
74.         EA = 1;
    
75. }
    
76. 
    
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)
    6 Z6 R- A$ B3 o4 ]
80.                 return;
    / a3 L1 I7 @3 |' W8 W/ k
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)
    ! T, q  Z+ h- D4 J
83.                 return;
    
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
    
85.         idx++;
    
86.         DATA = key & mask[idx];
    
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    ) J) n- ]) |* d: s3 K: @
88.         if(idx >= 7)
    4 g# Q* n* b% Q5 n1 Q8 c$ x
89.                 isReady = 0;
    
90. }
    
91. 
    
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
    # L  x7 |+ t0 w6 ?" g/ ~
94.         if(LATCH == 0)
    
95.                 return;
    1 V( B/ w, A3 @2 I3 f1 U2 ^
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
    ' x2 n& l" M1 o. y7 q$ K# U3 b
97.         key = bufReady;
    . A7 R  \* |! K7 d$ e2 t- p9 y
98.         DATA = key & 0x80;//mask[0];        // 为了加速运算，直接取表中的值而不是读表
    & I& }9 b, f$ j" |5 I
99.         idx = 0;
    ' {8 }/ }: m; ~$ k+ [
100.         // 允许CLK进行移位
     
101.         isReady = 1;
     
102. }
     ! N( |1 s+ y3 a& q+ j# Z4 U% B
103. 
     6 y+ H! @' V' b* w( i- {
104. void main(){
     8 _6 G# K' S% e. M, m0 d7 Z, ?, Z
105.         GPIO_Init();
     % m% w( j/ P# ?0 `  T1 @6 i
106.         Interrupt_Init();
     , i9 ]3 r; Y* z% W  R3 i) }
107.        
     ( z; s# w9 I3 w- f# M; g# _7 L2 C
108.         while(1){
     " T7 N$ z+ w' Q1 x4 [# c
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     4 L$ b& b( D9 V/ [6 `) C; {& \: L
110.                 //_nop_();
     9 ]1 J3 C4 D0 o7 K1 ]4 m; H  w' G) s0 Z
111.                 //_nop_();
     3 P) m' A% c# A+ w5 d" n$ ~
112.                 //_nop_();
     
113.                 //_nop_();
     
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     ! u, v: o: L5 m
115.                 bufReady = buf;
     
116.         }
     5 e' s. e1 X/ }: T! A1 [4 O2 V' |
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。

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。 ...

" {9 b. ~4 g$ I& @& M: h! H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
6 X2 Q' f" L9 t+ P1 m精彩，楼主动手强，也写得很详细。
1 i8 m* x& A6 u/ h0 J0 Z2.4G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。
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。
- N6 d' @- C' B: r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 ...

; |6 k( \! z( {! D9 c; e2 f4 X- T: B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！
5 R! p- Q4 p: s2 ]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。