自制FC无线手柄

雷精灵2046

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。
5 r) U! R# H# n! L

/ d5 j4 G& ~2 W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。
/ @& x. Q- d& _6 N7 n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？
% q0 E/ y; {6 t% d* e6 y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。
( e4 e5 \0 P* E. n0 Y: K


最后把按键、导电橡胶和电路板装上去。
. C3 l1 `5 x/ ]2 b! t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& c% l& \  c- k$ N0 H1 W完工！


4 w% U# l9 }: u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。
, _  t. s8 Y" `( K' a! {1 p  l3 Q- }
/ h; Y) |8 K1 R( ^# O2 y
8 D3 S4 ^2 z  r4 ]2 }$ f( N- f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。
5 s% X6 ?9 G1 g0 y


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。

这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。
. Y  {/ A) b, O
+ L+ M& H/ n- t, r/ O7 g. M
7 A, j3 X; ]# F" m1 y  Q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。

发射端：

1. #include <INTRINS.H>
   2 P& `9 J6 p5 R8 H7 L
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   + f+ h* t0 k' F% Z* N' N
4. 
   
5. /*
   ( j1 s, J5 F( K1 Z( Q+ m4 c' u
6. --------------------------
   
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   9 K( I& \9 s* [7 P9 E/ }
8. |                                                   |
   
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   
10. |                 STC15W204S                   |
    
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    , ]' S6 X3 I! [+ P
12. |                                                   |
    
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    9 }) B6 w; p7 k8 Z0 o# G: R
14. --------------------------
    3 O0 i2 [/ L: c+ _
15. 
    - f  |2 X- T7 ~) o$ H. S5 @
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    
17.            Red          330
    : y  Q; x" h& s, z1 _# x! F. r2 k
18. 
    - H& C8 d0 y- W/ {
19. Fosc = 6MHz
    
20. */
    , c4 {+ R  G/ u& o
21. 
    / q+ X# L% }3 s, b9 n+ r
22. 
    
23. // 矩形波输出脚
    
24. sbit OUT = P5^4;
    6 _0 m( V5 {- z+ `3 B3 s2 ~* z
25. // 低压指示灯引脚
    
26. sbit LED = P5^5;
    . X, b4 C0 ]& _/ ]
27. 
    ) M2 C$ m9 I; O- A' z+ v3 g
28. // 停机标志位
    ( r8 @1 I' _" R# q3 i+ ^! J  H
29. bit isReadyToHalt = 0;
    
30. 
    6 l; I. u+ u; w( @- V& ~
31. // 矩形波次数累计
    
32. static volatile unsigned char count = 0;
    
33. 
    
34. 
    
35. static void GPIO_Init(){
    7 K+ W& d3 g  U; Q* z0 r4 x9 B
36.         // P3口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
    8 A+ y4 A3 A; O2 r! x" j$ l+ _
37.         P3M0 = 0;
    / t0 }1 d) s) H' m. v9 A
38.         P3M1 = 0;
    2 l6 v, j4 T( Y3 d  y
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
    " l( N, Y. W# Z
41.         P5M0 = 0;
    2 E0 l! a4 o0 s7 P* c3 g2 e
42.         P5M1 = 0;
    
43.         P5 = 0xFF;
    
44. }
    
45. 
    
46. static void Timer0_Init(){
    
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    9 Q+ t* E% e7 E  Y
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
    
52.         TF0 = 0;                // 清除TF0标志
    
53.         TR0 = 1;                // 定时器0开始计时
    3 N. `+ j0 c5 }" E) o- X
54. }
    6 x/ k$ M5 s- A' s
55. 
    ! Q6 P+ q5 X- m3 t6 j5 f
56. static void Interrupt_Init(){
    7 z; o5 U* B' Z: V
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    
58.         IT0 = 1;
    $ s3 U* c- m( P# I6 f
59.         // 允许INT0中断
    3 e+ O, L! i4 X4 v
60.         EX0 = 1;
    
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    5 Y: B6 U4 n* P! T% {
62.         IT1 = 1;
    
63.         // 允许INT1中断
    # _6 Z! ]% [# A) Q9 o
64.         EX1 = 1;
    2 v: J; C$ n8 H8 @& V& Z, g0 B5 s
65.         // 允许定时器0中断
    
66.         ET0 = 1;
    ; _0 [$ n! k8 P  M. H( }% ?9 q
67.         // 允许全局中断
    . M# x, f- O. g6 h. T6 D
68.         EA = 1;
    ' z& I9 `& _% D$ a6 V$ {7 R
69. }
    
70. 
    ) j' ]) k8 d4 w
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    + ^6 }' N2 N# o  y4 Y; s& ]7 P
72.         // 矩形波次数累计归零
    . h- s9 i7 R. u( Q$ w) i: o, B
73.         count = 0;
    1 R* X5 a8 E4 @  u6 x
74.         // 重开定时器0中断
    
75.         ET0 = 1;
    
76. }
    
77. 
    
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    
79.         // 输出矩形波
    2 U; x; x' b8 o! t
80.         OUT = ~OUT;
    
81.         // 累计矩形波次数
    
82.         count++;
    / Q% q( P! o( s, N  r
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    
84.         if(count > 250){
    
85.                 count = 0;
    
86.                 isReadyToHalt = 1;
      c0 a! V  c* D" ]2 `. U
87.         }
    4 I. W2 G# [$ O# u
88. }
    
89. 
    
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    
91.         // 矩形波次数累计归零
    
92.         count = 0;
    
93.         // 重开定时器0中断
    $ ~* X6 e1 c9 l2 o  a6 g7 I
94.         ET0 = 1;
    # z9 M4 m/ h" j) ~/ [' O/ B8 g
95. }
    
96. 
    ! @  E9 u, L  c5 |% e9 C6 C
97. 
    1 s# i- O' F- Z
98. void main(){
    
99.         // 初始化P3和P5口
    ) _, U! B) Q3 H4 {
100.         GPIO_Init();
     . m% P- k$ D/ Q; C; M$ }
101.         // 初始化定时器0
     8 ^& B" d' w; H2 ~0 b% x5 L- s. _
102.         Timer0_Init();
       y! i' X' |& L( H; c+ P
103.         // 初始化中断
     
104.         Interrupt_Init();
     2 O# f; \* O8 e+ z
105.        
     
106.         while(1){
     # X) w! k% r+ L
107.                 // 检测电量
       g' j/ i' Y8 p/ a; M, y
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     
109.                         // 如果电量低，低压指示灯亮
     2 J& `  W# L, }% P6 p2 z6 w
110.                         LED = 0;
     0 ~1 C% ~6 b4 }4 v% h5 ~
111.                         // 清电量检测硬件标志位
     
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     
113.                 }else{
     ! }) b4 g5 p+ L1 n' p
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     3 X6 z4 ^$ e# q& g$ C
115.                         LED = 1;
     2 x# P# W- j5 _0 s- _
116.                 }
     % A+ z  L+ {/ m: E; l
117. 
     & v# }0 b* [& d0 `6 g
118.                 // 检测到停机标志
     
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     * V* ~$ i1 V7 b
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     
121.                         ET0 = 0;
       t5 w' A5 m8 H2 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
     2 v/ E$ o7 [* P" K
125.                         LED = 1;
     $ B1 [# k1 _6 d. P+ h  C" g# W+ k
126.                         // 进入停机模式
     
127.                         PCON |= 0x02;
     % n0 B: A7 g8 ?
128.                         _nop_();
     7 k- W$ o4 D0 u% L* d( u  g- u
129.                         _nop_();
     
130.                         _nop_();
     
131.                         _nop_();
     # T( A7 W2 _' ~+ O" E
132.                         // 唤醒，清标志位
     + e# ^5 \+ y9 M2 j' e4 A
133.                         isReadyToHalt = 0;
     1 o0 o' [' D$ M# W" F2 G
134.                         // 重开定时器0中断
     
135.                         ET0 = 1;
     % `$ E6 W( j/ |2 p8 C2 e# ^
136.                 }
     ) r) b7 E+ R" S" |
137.         }
     
138. }
     

复制代码

硬件参数配置：


+ Y& Z$ s  ~) L* ]8 X" w接收端：
% f+ p: O$ |* J& {

1. #include <INTRINS.H>
   - g" _6 Z0 b! U& S$ C1 z% V
2. #include "STC15W.h"
   : l2 ]6 z$ y7 X2 v" b
3. 
   " _; u+ E  A- X. b: c$ v  J# P! u
4. 
   8 I% _% o7 F) T8 O
5. /*
   
6. 
   8 [5 L' A/ S7 P7 [( N0 v
7. *---------------------------*
   
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   5 U8 H" d- _2 g; w4 ^& H; {
9. |                                                        |
   
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    . u6 R& |" X  E, e
11. |                                                        |
    8 D* ?6 [5 M; A3 Q5 E5 _! N
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    
13. |                                                        |
    6 U$ ]4 h( {  H( y% {
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    
15. |                  STC15W204S                |
    
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    
17. |                                                        |
    
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    8 G8 Z" \8 n6 x4 X, K4 |" ?" `
19. |                                                          |
    % \, N: `. B: g/ I1 i
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    
21. |                                                        |
    6 D' I$ d- Q8 C* g" ~- b' F
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    
23. *---------------------------*
    6 F2 \0 q' a$ [( {
24. Fosc = 12MHz
    
25. 
    
26. P1.0 -> 上
    7 A8 Z* l/ e: E9 _* [
27. P1.1 -> 左
    
28. P1.2 -> 下
    
29. P1.3 -> 右
      s- q' e" M$ h
30. P1.4 -> SEL
    
31. P1.5 -> STA
    
32. P5.4 -> B
    
33. P5.5 -> A
    
34. 
    0 g3 g0 w& S1 ]1 [1 u6 j0 n& D
35. */
    
36. 
    
37. 
    / m4 q. w8 b9 J  i+ m
38. sbit CLK        = P3^2;
    
39. sbit LATCH        = P3^3;
    6 X9 s2 Y" J9 L  V$ _
40. sbit DATA        = P3^6;
    7 Y. z& P: J8 r3 ~. ?# ~
41. 
    
42. bit isReady = 0;
    1 a8 s4 m, |$ j+ Y8 Z1 [
43. static unsigned char key = 0;
    $ t% Y! t5 F' \" Y
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 F( T( m$ i# I
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
    + l% f. w) L- s+ }0 W
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
    
47. static unsigned char idx = 0;
    
48. 
    , j' L+ `- s2 ~( T- N# ?7 b& w
49. 
    
50. static void GPIO_Init(){
    . X5 O6 W7 d* B9 q/ U  [8 _
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
    1 K- v9 T2 U: r" O) {( p4 y  D
52.         P1M0 = 0;
    * T( @! p1 u9 W4 X+ Z2 U  x
53.         P1M1 = 0;
    
54.         P1= 0xFF;
    
55.         P5M0 = 0;
    
56.         P5M1 = 0;
    
57.         P5= 0xFF;
    
58.         // P3口初始化为准双向
    
59.         P3M0 = 0;
    
60.         P3M1 = 0;
    ; ~$ d/ g% t! h" ?
61.         P3 = 0xFF;
      m5 G  r. o" {3 I, l
62. }
    ! d  Y8 R3 L' B' w; z4 K& Z
63. 
    ( ]: A7 |; b& B4 R( ]
64. static void Interrupt_Init(){
    
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    
66.         IT0 = 0;
    * u- e5 T8 h: A' s* m' W7 k
67.         // 允许INT0中断
    ) `2 t( G- l# F" u% A
68.         EX0 = 1;
    
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    
70.         IT1 = 0;
      v. A! ~# c; m. `/ l( K
71.         // 允许INT1中断
    , `* f/ j, c+ k; c. Y
72.         EX1 = 1;
    
73.         // 开启全局中断
    $ [; g9 O( w4 a' l7 F: C
74.         EA = 1;
    
75. }
    2 G/ b( C' g& _; C7 L7 v& i
76. 
    + o9 K5 g! K7 Y# r$ q( f5 h4 W' y
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    9 @$ M1 ~! k7 `; C
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    
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;
    7 }( Z: b! f! h  S5 F. K
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
    
85.         idx++;
    5 t, _; L3 b: ?
86.         DATA = key & mask[idx];
    
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    
88.         if(idx >= 7)
    ' a/ t  W& O; h+ l6 u* h! `. y
89.                 isReady = 0;
    + W9 U3 X6 [* H9 R  }5 H) g( R
90. }
    0 f% k: p3 j* c7 s2 v" ]5 H
91. 
    
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    % R9 ]. W- p& D* u
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)
    7 _$ V3 \8 z4 }7 V9 v) O: p; |
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
    ' y- {$ Y5 n: ]  ~# W5 W  o1 O
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
    : _2 x7 }" c1 n% F( m7 u& t9 u' D
99.         idx = 0;
    
100.         // 允许CLK进行移位
     / R5 u9 M9 S; h+ R1 J
101.         isReady = 1;
     
102. }
     
103. 
     4 G- C4 t  R2 C: @2 ?0 s% E
104. void main(){
     
105.         GPIO_Init();
     % F- A& {* ^; j& W0 E& h/ O
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     
108.         while(1){
     
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     
110.                 //_nop_();
     
111.                 //_nop_();
     - `0 H) y$ z0 Q8 L
112.                 //_nop_();
     7 n2 Y5 c8 R  R
113.                 //_nop_();
     
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     9 Y' k$ @. a: L. E$ q& }8 n8 k- ?
115.                 bufReady = buf;
     + w! Q6 K5 L+ E. ^
116.         }
     ; t, g( `' ?2 P$ ?. @5 ^$ v" w! t* N
117. }
     , y$ q  e: n/ n

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
6 o3 R8 N6 `% \8 L5 T9 q; n7 F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
精彩，楼主动手强，也写得很详细。
" t- ?' e. ~+ c3 f, I, L4 f3 G2.4G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。
: U5 N% e8 u$ ^/ W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
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 ...

; g% r$ b) c% Q4 \) y  w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。
8 r: x# r0 H- T/ v( W0 Y两个板子倒是有十几张剩余。
7 T3 l5 a/ X9 G3 B! T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
9 i$ v, q: x, \# P3 }: ^0 k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。 ...

/ V" p1 o& a0 E! r8 T2 n* L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。