自制FC无线手柄

雷精灵2046

8 ]- C$ l6 B. {4 n
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 z9 N7 [; a, ^3 X4 z8 d
; |+ n1 ^; L; J" \% n7 ~0 b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。
5 Y) h4 T  X  p% [3 Q# m. _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？
' Z# s) V: @' h6 I/ {* ~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 d8 g$ I3 p$ o$ B1 C+ H" h
; U; Z6 k3 v. a  \) {6 _
$ q" E! Z. G, ]+ t
最后把按键、导电橡胶和电路板装上去。
- p) [! f) o5 p/ V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。

; v6 m- g% d- X
0 J3 ~6 Y& ~' g完工！


* U& F2 T$ b( B3 v& I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。
; Z  u9 T0 S8 }. x* s3 ]
) k! R# c% O+ Z, O$ B
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。

; j1 w$ n0 S9 }: ?/ p/ T; R
5 B, S' h' j; _" Z6 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。

) P; S& S, b! W, o/ l9 N! s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。
! \$ i0 G9 h( F( l9 B( V/ h
" q3 L4 [, F/ G+ ^9 `这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。

8 B# P8 x" G8 a5 q/ R8 X
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！
0 H5 B% S; Z* W* L6 A# Z. B编译器：Keil 51。
9 E7 {, R6 ?( Y. i- F. a
0 j* p7 i1 d  |. |5 }$ N发射端：
9 r& L; i1 b+ r6 g4 p  P

1. #include <INTRINS.H>
   3 \( A7 Q& ]; w/ d2 P
2. #include "STC15W.h"
   0 N/ H2 I# Q* z/ s& q3 |1 {( a- Q
3. 
   $ [- x- O; U; C6 k  n% n
4. 
   
5. /*
   
6. --------------------------
   % Q4 i: P9 f* l
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   
8. |                                                   |
     q3 K+ T" b. s" p( a) N: e; j
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   3 M# m* _) U5 \1 v- x
10. |                 STC15W204S                   |
    ! ^0 F4 D' x/ `+ M, t3 e
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    7 k( T5 G) Y* G
12. |                                                   |
    ; q8 m$ v) `  L
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    
14. --------------------------
    
15. 
    
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    : n, q4 J& e( l$ N
17.            Red          330
    # Q* v2 b7 m  N/ q
18. 
    
19. Fosc = 6MHz
    
20. */
    
21. 
    ! ?% m" T: |* t
22. 
    8 N. J7 [5 K: C" K" u& D/ w, l: z
23. // 矩形波输出脚
      |4 _, L: m  s9 r* ?9 o* l4 A
24. sbit OUT = P5^4;
      m. S6 \2 r; c: v" }, J
25. // 低压指示灯引脚
    ' C" H9 I& F7 a' }9 `; ]$ T* q
26. sbit LED = P5^5;
    
27. 
    , f- ?* t1 K8 M
28. // 停机标志位
    
29. bit isReadyToHalt = 0;
    2 I0 i, H% j# s9 K# x$ _
30. 
    - `8 Q. h! E9 G9 i0 {5 p8 O8 ]
31. // 矩形波次数累计
    
32. static volatile unsigned char count = 0;
    3 y/ [0 m' |) X/ N
33. 
    
34. 
    ) o) V. _! j7 h8 b
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;
    
38.         P3M1 = 0;
    ( i5 |  \$ U, Y9 X( z2 T% E1 b$ k
39.         P3 = 0xFF;
    ( i6 s+ o# h  |" ]! _, I7 g" Q
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;
    
42.         P5M1 = 0;
    
43.         P5 = 0xFF;
    
44. }
    
45. 
    8 [  S. P( r3 B* e3 B9 I8 k1 m
46. static void Timer0_Init(){
    ! _0 I- }9 y' T4 d, W6 s
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    / [" S, j" D/ G% c4 G; G; d# c! H7 Q
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
    
51.         TH0 = 0xE0;                // 设置定时初值
    / ~+ y$ r- ]/ U- E' X; s7 B( ?! l
52.         TF0 = 0;                // 清除TF0标志
    $ P8 q, ~8 o& M" `. \+ i
53.         TR0 = 1;                // 定时器0开始计时
    
54. }
    
55. 
    ; g1 @/ @9 g$ B. b* L- I
56. static void Interrupt_Init(){
    
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    
58.         IT0 = 1;
    # {! i1 m/ R" n* `  O
59.         // 允许INT0中断
    
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
    8 A6 ?- i; H2 G- N& T
64.         EX1 = 1;
    6 [7 t) G  V# @. n- {
65.         // 允许定时器0中断
      v6 }2 M5 K8 W' l
66.         ET0 = 1;
    
67.         // 允许全局中断
    
68.         EA = 1;
    
69. }
    
70. 
    
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    . I1 h* V+ e- L8 x( ^5 I/ U2 U
72.         // 矩形波次数累计归零
    
73.         count = 0;
    $ J. z( ]4 b/ H4 n2 h1 J4 T
74.         // 重开定时器0中断
    5 B& g, H) P0 }/ a0 p( V$ R
75.         ET0 = 1;
    
76. }
    
77. 
    
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    
79.         // 输出矩形波
    
80.         OUT = ~OUT;
    
81.         // 累计矩形波次数
    
82.         count++;
    
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    # U2 v0 h- ~. v% ?" f( j
84.         if(count > 250){
    
85.                 count = 0;
    ! r; w6 c) F% n  X
86.                 isReadyToHalt = 1;
    / k: a9 B3 }$ x( t" V2 T
87.         }
    ( n$ Y" C& I1 J5 z1 [
88. }
    & ^% f3 j0 C3 A% U. w0 V  |
89. 
    
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    
91.         // 矩形波次数累计归零
    
92.         count = 0;
    " ]8 y; s# [9 O$ V$ }
93.         // 重开定时器0中断
    6 Q2 R$ H- {/ s! L
94.         ET0 = 1;
    8 ~% a  E$ F  v; @3 f5 r* l
95. }
    : B, k9 p" x- H4 s9 N8 c0 }
96. 
    $ X& Y( _/ Y! i  T: }" R
97. 
    
98. void main(){
    2 f- \: [& N8 ^; S
99.         // 初始化P3和P5口
    
100.         GPIO_Init();
     * l! R5 B$ Z! j9 ?& {
101.         // 初始化定时器0
     
102.         Timer0_Init();
     
103.         // 初始化中断
     
104.         Interrupt_Init();
     - W$ Y, Z2 j8 L# n! M) f. H
105.        
     
106.         while(1){
     
107.                 // 检测电量
     ) q: P" I6 h- U0 i
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     
109.                         // 如果电量低，低压指示灯亮
     
110.                         LED = 0;
     5 r# M. X( s1 c/ R1 l
111.                         // 清电量检测硬件标志位
     
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     . T% ]  H- `+ {, T4 n
113.                 }else{
     
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     1 ~1 x% A" V, z, C, y
115.                         LED = 1;
     
116.                 }
     " ?; V, A" _# ]& f$ X
117. 
     % B9 x0 w3 O* z
118.                 // 检测到停机标志
     
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
     , s' U  x8 F/ }" Y! \
123.                         OUT = 0;
     2 {$ X6 ^' v& z& x9 ~  O; D
124.                         // 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
       J0 {2 `4 E' k% `
125.                         LED = 1;
     
126.                         // 进入停机模式
     ; x; P, N0 W/ F$ a- j% [
127.                         PCON |= 0x02;
     2 S" i; T* u* B2 |( N5 `+ Z
128.                         _nop_();
     # g' W1 J9 K6 H& \& A
129.                         _nop_();
     
130.                         _nop_();
     
131.                         _nop_();
     / H2 o; a' n# C; R2 C3 f
132.                         // 唤醒，清标志位
     6 `4 t1 W7 b0 b1 f1 E2 ?
133.                         isReadyToHalt = 0;
     
134.                         // 重开定时器0中断
     
135.                         ET0 = 1;
     
136.                 }
     
137.         }
     $ q, V0 |" W! ?
138. }
     

复制代码

$ U! {1 Q7 d& R% Y: y/ }5 `- `硬件参数配置：


接收端：
6 V' C2 R8 M# x* Z  P4 k

1. #include <INTRINS.H>
   ) l4 E* O8 b/ z$ o
2. #include "STC15W.h"
   4 |% S' A& b7 {4 o8 k
3. 
   # f: q* t8 Z" b
4. 
   
5. /*
   - h( L4 T* m/ t! g% H
6. 
   1 h: i& w# _7 j
7. *---------------------------*
   3 {, n, D+ q5 b7 c; f. V
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   * h) f- B& M5 G+ s
9. |                                                        |
   : i+ @. z( R! \  G/ ^0 j
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    
11. |                                                        |
    
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    
13. |                                                        |
    
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    
15. |                  STC15W204S                |
    ( _4 i* E( X2 M3 {
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    * l- L4 I' V6 E3 v
17. |                                                        |
    
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    * X; D4 e' t' @" G  O
19. |                                                          |
    
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    
21. |                                                        |
    & ^0 c: G, Z4 V  N0 X" e1 I
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    - Z3 T7 |9 I% y# j
23. *---------------------------*
    
24. Fosc = 12MHz
    6 Z/ M6 t4 G, p- S4 o
25. 
    
26. P1.0 -> 上
    9 _/ R" n1 `% Y/ P4 N
27. P1.1 -> 左
    
28. P1.2 -> 下
    5 u' M4 ^7 `1 U; R% P4 t
29. P1.3 -> 右
    
30. P1.4 -> SEL
    
31. P1.5 -> STA
    * w/ o3 O# w0 m$ y: m$ @& Y( p# I
32. P5.4 -> B
    
33. P5.5 -> A
      t* H5 y- W0 H+ ^7 O
34. 
    
35. */
    
36. 
    
37. 
    ! s& \& Y) |  a1 z4 Y
38. sbit CLK        = P3^2;
    : ~0 e! ]0 t* J) L7 s( m- s
39. sbit LATCH        = P3^3;
    
40. sbit DATA        = P3^6;
    
41. 
    7 Y/ C6 y# f8 x" l' u
42. bit isReady = 0;
    - J, F4 a4 ?8 Q8 P! }+ o, D3 S
43. static unsigned char key = 0;
    7 Z7 S) V) x) j1 [. f( N2 r
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
    
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
    0 g& r5 _- q4 D* P/ K/ r, F
47. static unsigned char idx = 0;
    
48. 
    ' i4 H: T# ^7 w2 q
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
    
52.         P1M0 = 0;
    
53.         P1M1 = 0;
    
54.         P1= 0xFF;
    
55.         P5M0 = 0;
    # U% q6 m9 x+ I% q2 M9 ?
56.         P5M1 = 0;
    
57.         P5= 0xFF;
    
58.         // P3口初始化为准双向
    
59.         P3M0 = 0;
    
60.         P3M1 = 0;
    
61.         P3 = 0xFF;
    
62. }
    
63. 
      u3 [6 I  M2 V8 d  O  ~: t
64. static void Interrupt_Init(){
    " z% p- Q6 G1 D' t5 c2 @, Y6 d1 N
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
      \6 v' E" w8 D4 V
68.         EX0 = 1;
    # I# l7 @! A) g7 b' I  u2 h
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    
70.         IT1 = 0;
    7 O. |' t3 y+ g" |
71.         // 允许INT1中断
    2 l9 z  _8 x6 `3 D4 v3 V) m
72.         EX1 = 1;
    
73.         // 开启全局中断
    ( h5 x% S# ^# ?5 z# m
74.         EA = 1;
    3 K' N; i/ p3 Q2 t( {* W2 g% x
75. }
    
76. 
    
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    / w5 V" Q) f$ X$ b0 j0 {5 R
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    5 ^- z7 S5 |$ z4 R6 ^& j. w
79.         if(isReady == 0)
    % m5 v6 ^3 b; v' H4 c
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
    0 Q% S' T& a+ n, k
82.         if(CLK == 0)
    
83.                 return;
    # i, v  B& X, S  f2 y
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
    ! r0 V& V0 @$ ?: S) j) Q& d2 l
85.         idx++;
    9 p4 D) \% j6 i* J. v3 q
86.         DATA = key & mask[idx];
    / S! M& N6 ~: o  x" k6 Z" {0 {( ^  f5 h
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    0 f% B. |3 d7 G& J
88.         if(idx >= 7)
    
89.                 isReady = 0;
    8 v3 u0 ?* o' |" u5 M
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
    $ w; j  X. B. x7 z
94.         if(LATCH == 0)
    
95.                 return;
    . l1 ~  w4 V' p' W% `
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
    " D8 A4 h* d$ I5 f8 q9 \
97.         key = bufReady;
    * e- o* F% r. z: 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
    0 Z$ |: T: D0 k" A1 x' J
99.         idx = 0;
    * k: l# b# n/ V. s7 S2 Y
100.         // 允许CLK进行移位
     6 ~0 R- j8 l6 V; n5 {2 ^
101.         isReady = 1;
     
102. }
     : c% r; U# l2 O; \
103. 
     ; q/ v$ L0 d0 W8 X$ K
104. void main(){
     
105.         GPIO_Init();
     % e0 E% f8 M: e7 J6 Q
106.         Interrupt_Init();
     9 C/ V3 \# _) d* \
107.        
       @* y. I! l0 v# ?( y& H
108.         while(1){
     : W3 g/ W8 m6 j4 f
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     
110.                 //_nop_();
     
111.                 //_nop_();
     
112.                 //_nop_();
     + y6 p0 N, i1 ]* t* }( n. B0 R
113.                 //_nop_();
     9 G* w; I, B( }6 f
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     + T4 [+ O: r, `! k1 f/ l  ^& W3 T
115.                 bufReady = buf;
     2 m/ T8 N; o  }/ E- H- ?5 ?
116.         }
     5 ]& D, e/ H, K! d, ]& M$ m- S
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。
1 A7 _* K$ N5 k: y3 S, 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
1 p2 z  g; I4 @# z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。 ...

6 @% \. j7 h! X6 X3 l* _0 J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。
# {. g0 T: {: N2.4G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。
1 G" Q! g- W+ }1 z+ k7 s! Z. n! 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。
/ J5 K4 M( q/ Q4 N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
, [1 j. E1 D% ~& |- L# @; {: _+ m/ U& G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。
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。