自制FC无线手柄

雷精灵2046

+ Q! |# Y* W. R& }, `  c$ B
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 G6 Y2 w* V+ g
; ~/ l7 W/ y4 U
# E' ~6 {; v, U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。

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。



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。
9 v4 L7 H0 O2 \& [8 M- p

完工！
/ Q2 x- t4 @, U( F
7 K+ e' a, r) T" g
& e& Z4 k, _6 D. Z  \, C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。


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。
6 A" s3 T: {2 O3 M


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。
( c- a( ]4 L' k7 M8 H/ m+ f, c4 f
这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。
* F2 L( G9 s* q  X) w

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！
& E- q3 m" j" Q% a! Z编译器：Keil 51。

8 P3 ~# t: [) S: E, u/ D发射端：

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   2 m$ }1 Z7 _2 _
3. 
   
4. 
   
5. /*
   
6. --------------------------
   
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   
8. |                                                   |
   ) |* w! q: u8 U& o# c) K
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   
10. |                 STC15W204S                   |
    
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    ' o* e; y7 x' ]) |! S6 _: ]
12. |                                                   |
    
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    % t  t, T/ P6 G& h
14. --------------------------
    / S+ j# z3 j8 B8 z8 ^# p" D
15. 
    
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    9 X- C2 A* y( H) z# ~
17.            Red          330
    
18. 
    
19. Fosc = 6MHz
    % K( u: r9 Z7 `0 r: i- K- P
20. */
    " F8 ]$ f5 I& k6 P' C( t7 a9 H  D4 [" ?
21. 
    
22. 
    : q  L9 C- y) m
23. // 矩形波输出脚
    
24. sbit OUT = P5^4;
    1 D3 [  y: d- ]- ]4 c- ~
25. // 低压指示灯引脚
      P$ C5 u4 G' x" l$ b
26. sbit LED = P5^5;
    & ]$ `$ G7 D$ E; ^1 Q( j
27. 
    
28. // 停机标志位
    
29. bit isReadyToHalt = 0;
    
30. 
    ' {$ `3 H) F3 l  [8 u
31. // 矩形波次数累计
    ; ?( o- v8 \* x+ }* a1 ?. Z! G
32. static volatile unsigned char count = 0;
    2 |- k/ ~4 W: a/ S& H8 \8 l4 a
33. 
    
34. 
    * C6 p: q* P+ |- H
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
    6 t, k: H, @+ E. p9 G. t
37.         P3M0 = 0;
    
38.         P3M1 = 0;
    # P- t4 o8 d1 H( f0 i
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
    , t; c* t7 q- k2 i1 s3 ^) j! }5 U
41.         P5M0 = 0;
    
42.         P5M1 = 0;
    8 B& L8 ^7 y& k+ c5 D
43.         P5 = 0xFF;
    
44. }
    8 g  D! n. F+ L8 j
45. 
    5 j3 d" j8 J7 z/ x4 e. u
46. static void Timer0_Init(){
    " P, P* M9 X9 d$ T" R
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
    $ j0 _6 s9 y2 K( a7 Y# o7 i+ M% C8 d3 f
49.         TMOD &= 0xF0;        // 设置定时器模式
    . o6 c5 _. c9 @) L
50.         TL0 = 0xC0;                // 设置定时初值
    4 A* Q+ g7 o2 y) e) D0 u
51.         TH0 = 0xE0;                // 设置定时初值
    $ F9 B4 Y0 T- [
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(){
    
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    $ r: D$ l: z  g8 k+ O
58.         IT0 = 1;
    ) w& z+ C: r! i) P) i' }* ^8 [" ]
59.         // 允许INT0中断
    
60.         EX0 = 1;
    
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
      t6 b) c/ F0 d' I# O) ~
62.         IT1 = 1;
    / T9 r- X) _2 j/ i* \9 y$ i8 z
63.         // 允许INT1中断
    & L) u! X9 y4 U* U7 J( g' z+ K
64.         EX1 = 1;
    # _3 h  M6 t9 z, y) Z. m
65.         // 允许定时器0中断
    6 N1 D+ {, R* p5 v9 a
66.         ET0 = 1;
    
67.         // 允许全局中断
    
68.         EA = 1;
    $ d6 A7 ~: T& G6 Y8 O$ G7 D
69. }
    9 X. d- }: ^7 A5 p3 b' K3 a4 \
70. 
    
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    # P1 t* D) q* \3 {
72.         // 矩形波次数累计归零
    
73.         count = 0;
    ; W# Q* I- A" |2 ]$ H
74.         // 重开定时器0中断
    , m( Q' R! a, s: W: K2 K' Y
75.         ET0 = 1;
    
76. }
    
77. 
    
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    
79.         // 输出矩形波
    / O; D2 X- J0 e4 x! f: A
80.         OUT = ~OUT;
    ' W, h* S0 _& @: k, s* G' X* Y
81.         // 累计矩形波次数
    
82.         count++;
    # m- U3 L2 N' X) O' y& L
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    ) ^2 t( W$ U  D1 `0 t1 X
84.         if(count > 250){
    
85.                 count = 0;
    . ?) I$ ~8 |6 Q% }$ o. e3 L% i+ C0 j
86.                 isReadyToHalt = 1;
    
87.         }
    ' z. h  D. i4 D# G+ c$ |  v4 U4 J
88. }
    
89. 
    ; V+ ?, N) t3 x* @2 G  H( A
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    
91.         // 矩形波次数累计归零
    
92.         count = 0;
    ( Z/ X. f2 n  B, n3 g3 b* @
93.         // 重开定时器0中断
    4 I6 \$ j0 S* m% v
94.         ET0 = 1;
    
95. }
    
96. 
    
97. 
    . v' x9 t; G, O$ l- B1 N& G5 K7 _
98. void main(){
    , p8 w" s7 K* f; |
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();
     - D9 C# x  \- Q( x/ r; M
105.        
     
106.         while(1){
     
107.                 // 检测电量
       {. Z, z% `2 l  R
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
     / X% L- p# ^0 e( C
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     * X& m' a% Q% G2 v3 D3 J
113.                 }else{
     
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     
115.                         LED = 1;
     . P: A4 g& ]7 B4 }
116.                 }
     
117. 
     $ K8 O! ~( {) N( X
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;
     ' W* m1 I# }$ l: c2 k
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
     
125.                         LED = 1;
     
126.                         // 进入停机模式
     ) z: G, p+ R! i" q* s( k, w/ @) T4 e
127.                         PCON |= 0x02;
     
128.                         _nop_();
     
129.                         _nop_();
     ; M9 m; B9 q( H; _2 y
130.                         _nop_();
     , J$ `. e# L* ~$ \7 M5 Q/ m
131.                         _nop_();
     / @! ?, s# O9 r3 U; Z2 {
132.                         // 唤醒，清标志位
     0 o7 S% C% m- E0 U( k4 S
133.                         isReadyToHalt = 0;
     1 `( l) o  J/ D6 j
134.                         // 重开定时器0中断
     
135.                         ET0 = 1;
     0 \  t9 c& M& Q$ u& [) N0 A
136.                 }
     
137.         }
     
138. }
     

复制代码

# P' x, L9 k3 f' v4 `4 ^$ k硬件参数配置：

" ^; A0 j: G8 v' B3 Z
接收端：
7 R% p) a6 y" r1 z

1. #include <INTRINS.H>
   ; m. c, P( M( G; Z4 k" V
2. #include "STC15W.h"
   $ R8 m# n4 u$ T- O% R2 {! p3 t
3. 
   ; o* h' e% i: D
4. 
   4 j  E7 K& d9 `' I$ ?
5. /*
   
6. 
   9 ?& H+ }5 l5 u
7. *---------------------------*
   + G; M; P& R0 _/ N
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   
9. |                                                        |
   : F$ p' ?& {+ f7 P  e
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    / b( K# _) l& h7 A6 |1 T3 H
11. |                                                        |
    
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    3 v7 u0 P9 M: p8 R/ @
13. |                                                        |
    - ^( y* v+ I. e) M" i6 K5 h
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
      q+ f; h% u2 N( L" x9 u: x) r
15. |                  STC15W204S                |
    ; V  a: T% P$ `% ?9 }% d8 S
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    , d4 |' d4 T  D/ a
17. |                                                        |
    6 o- l/ G, }% n  @- v+ X/ B7 H
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    . q' U* x& D: \2 g; \* I. Q
19. |                                                          |
    
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    
21. |                                                        |
    : S& Q0 x3 L% K! E. _
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    / P4 r; u$ r8 Y6 f3 h( w5 s- @$ A
23. *---------------------------*
    $ M5 I+ `" W  n  W# U- C# @- X
24. Fosc = 12MHz
    3 w; `( y5 \9 T% |( h: W0 I
25. 
    
26. P1.0 -> 上
    
27. P1.1 -> 左
    " y& m+ ]7 e  M1 n3 n& O
28. P1.2 -> 下
    7 t' `% f* O5 k3 n
29. P1.3 -> 右
    
30. P1.4 -> SEL
    ; u0 h1 Q% d) o5 O1 h3 }& g
31. P1.5 -> STA
    
32. P5.4 -> B
    
33. P5.5 -> A
    
34. 
    & i' J+ u( V( y. Q
35. */
    
36. 
    
37. 
    
38. sbit CLK        = P3^2;
    . Z# ~4 Z% {; U- P! ]4 c& `( \
39. sbit LATCH        = P3^3;
    * N' q6 `( E. X1 I* C
40. sbit DATA        = P3^6;
    
41. 
    2 g9 c8 p( j' T' b1 S
42. bit isReady = 0;
    
43. static unsigned char key = 0;
    ! \0 L( e0 ?7 Q" ^8 o
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
    + H0 s' @% @0 e
47. static unsigned char idx = 0;
    ' X6 O7 I. `2 ]2 K- o
48. 
    
49. 
    $ J; ~/ G& p8 b6 z2 |; b! s
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;
    # W" e" [% O5 i
53.         P1M1 = 0;
    
54.         P1= 0xFF;
    
55.         P5M0 = 0;
    + _. w! W* `* d. H
56.         P5M1 = 0;
    
57.         P5= 0xFF;
    7 R% @' p! G0 Z8 k) ^
58.         // P3口初始化为准双向
    ( r+ ^7 j. H4 z; I
59.         P3M0 = 0;
    
60.         P3M1 = 0;
    5 V4 r8 k, |+ y0 _  a% e6 y( Q
61.         P3 = 0xFF;
    
62. }
    
63. 
    
64. static void Interrupt_Init(){
    
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    7 v! ?2 N5 i/ b/ {- W
66.         IT0 = 0;
    
67.         // 允许INT0中断
    
68.         EX0 = 1;
    3 r# w1 d5 {' ]# A" j
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    9 T' q$ m' T$ l( T4 g
70.         IT1 = 0;
    
71.         // 允许INT1中断
    
72.         EX1 = 1;
    . i0 W/ \" _6 q0 i6 E% y
73.         // 开启全局中断
    
74.         EA = 1;
    
75. }
    
76. 
    6 {. u0 X* C) t# b4 t
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    3 ?4 r7 P( m7 u- c
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    / o% D( I  o5 s. l% E' k
79.         if(isReady == 0)
    2 I" p/ s2 h% N# s4 [. v
80.                 return;
    % C+ T4 T; F' X; [* _7 Q% V+ ]: o
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
    5 n* y! S) P! k+ ?+ z8 P# i" {6 N
82.         if(CLK == 0)
    & q; s) a. [  Y
83.                 return;
    6 h3 i( [. ^9 O
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
    
85.         idx++;
    + `& s$ y3 ^' h- d& M) m# h4 x
86.         DATA = key & mask[idx];
    ( ^3 f6 R) J; g! Y  Q) @2 s+ s, ]! H
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    ' ^& [9 X3 E  U
88.         if(idx >= 7)
    4 @3 `$ l* I6 t9 N
89.                 isReady = 0;
    
90. }
      f+ s: Z0 ]( D, d4 T4 E
91. 
    
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    * Q  [  P) G2 W2 ?# U' F' x
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;
    
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;
    / b8 x; m. e  {9 Q" y( V0 o7 [
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;
    . z/ T3 d9 f  n# ]
100.         // 允许CLK进行移位
     
101.         isReady = 1;
     
102. }
     ; o/ K. B8 y  o6 u6 @7 G
103. 
     " [1 e* _! J5 j' `7 C  p9 M2 y! `
104. void main(){
     
105.         GPIO_Init();
     
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     
108.         while(1){
     5 V  `4 ~% E" C4 _
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     8 a, S$ I+ C! s1 w: m" K9 i
110.                 //_nop_();
     
111.                 //_nop_();
     
112.                 //_nop_();
     
113.                 //_nop_();
     9 p1 Q; L( I0 e( K/ D; }
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     6 _' m# M" C6 F* k/ Z# Q8 Z
115.                 bufReady = buf;
       z7 y% s- i5 z1 w6 D
116.         }
     7 i2 @- E& S1 e/ ~
117. }
     ( T+ ~: K" Y& ~! q

复制代码

硬件参数配置无特殊要求，晶振频率选择12M即可。

2 n7 h4 f$ }8 C+ \$ h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。 ...

4 g7 Y/ A! A, k8 d5 N6 C# f" N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
" H$ u7 s, b6 c* r  N$ t$ L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？

3 H! Q! I- `3 C& K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。
+ g# Y: b/ I0 C8 B5 P! E+ V' f$ W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。
3 T6 l2 A) D: Y$ P9 K: i) I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 y  T; a6 C; M6 k' p6 U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 ...

4 \. V) D8 A% k, T. n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。
$ \1 u9 L' }* `% p+ d: X. Q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
' x5 j4 ^1 F& J! G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。 ...

' O1 M, d7 y" j. I能得到孙大师的赞誉，不胜荣幸！
. }& X9 j% ]2 i! D/ Z% T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。