自制FC无线手柄

雷精灵2046

/ y* X5 }$ m/ c5 a9 F) }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。

, k+ q9 x9 Z% H3 ~
3 N; ~% ~/ ], U  q7 C1 `+ Y: H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。
2 U1 S# d( q* i& z* [5 z
9 L0 R' z; z; I" t  E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？
- D' x9 T( p% ?# S) [+ r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。
" P( O3 w! E" z3 |$ x$ b/ y
, q: r3 M5 s' c6 V

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 V# {2 F1 M: p4 s$ ^8 C" [

完工！

7 H$ K9 g- V7 p  }& w, M. F5 q
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。
( d  U2 v' x+ v2 D6 C
" G+ u4 j6 }: w# G" D
; D3 B" X! U8 ]4 h4 y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。

* p% E# k6 H/ f. j
2 l/ x/ c7 _' O0 q' }8 a
, ?3 I0 T5 ]) H, u( A  C( D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。
6 G$ K3 C8 d" j: o" a
4 d; F& F0 h) y% c" |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。

5 G- E' l  c9 \7 Y4 Q7 z% r' d3 R这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。

0 h/ _( L; P: s# {
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：
7 z. s3 z/ B1 z- ~& A1 c$ m

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   - @! F; j4 |, f/ ^6 p
3. 
   ! y- w- H( d- E8 _3 m* J
4. 
   5 x7 k8 g# Q7 ]
5. /*
   
6. --------------------------
   
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   6 T; R  P1 [; m$ q0 t/ V2 L
8. |                                                   |
   
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   
10. |                 STC15W204S                   |
    5 _2 X3 W$ y( v; q
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    
12. |                                                   |
    
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    " i& ~# t7 |& }2 h
14. --------------------------
    
15. 
    , K6 w# x# w+ i7 V
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    ! D! l) k9 Q# d8 {# w
17.            Red          330
    ! M/ a9 d- B  }* ?; H3 N
18. 
    ; d% i0 d1 M6 J) ?& v- i; b
19. Fosc = 6MHz
    0 J' `9 o8 ]9 [4 V2 N% {% s
20. */
    2 J) [# m) w  v/ w' g
21. 
    8 F0 @1 \0 l6 e: }- D* b5 {
22. 
    
23. // 矩形波输出脚
    - h, U1 N$ [/ |/ ]8 K( f# @, \1 I
24. sbit OUT = P5^4;
    2 U- y1 F9 \! a  `' O- N" b
25. // 低压指示灯引脚
    - \6 ]6 [3 m/ S8 @& Y+ O, z
26. sbit LED = P5^5;
    3 c6 O$ d& a8 m+ e) x# J4 L
27. 
    
28. // 停机标志位
    ) i" e  D: X+ d* Z! w
29. bit isReadyToHalt = 0;
    3 l, ~8 f1 k' P9 }4 D6 u% d
30. 
    
31. // 矩形波次数累计
    : u- T. F% o* P) `& l3 g+ s- S
32. static volatile unsigned char count = 0;
    
33. 
    8 i9 O0 F" r0 E9 F) b( T; N5 z
34. 
    # m) [/ D5 H0 J$ g0 s' v3 k/ `7 o
35. static void GPIO_Init(){
    0 e9 P0 z+ T6 m
36.         // P3口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
    $ Y# ~: \7 u; l! U
37.         P3M0 = 0;
    3 ^  J; l- s6 Q" w! z: Q2 t9 _6 S
38.         P3M1 = 0;
    
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
    
41.         P5M0 = 0;
    8 V3 m, u  O+ G4 o6 z2 e( U1 s; C
42.         P5M1 = 0;
    9 R  J) W# ?! {  a5 }- t- [6 _" ~9 J
43.         P5 = 0xFF;
    
44. }
    
45. 
    
46. static void Timer0_Init(){
    + u. [- `  }" E" W. u1 y) J( u
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
    
49.         TMOD &= 0xF0;        // 设置定时器模式
    9 l$ f0 A+ Q$ z, C1 v  s: p
50.         TL0 = 0xC0;                // 设置定时初值
    / j5 ]( c2 j- r$ E; F) ~2 x
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. 
    
56. static void Interrupt_Init(){
    ! I0 K6 K2 V$ \! H4 O* I5 ]
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    $ ?* @2 w5 G: q$ b
58.         IT0 = 1;
    
59.         // 允许INT0中断
    
60.         EX0 = 1;
    ; K1 E5 F& N2 `) f- U  b, `
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    ) G6 i: T* q5 T! G9 X2 e9 V- V: {& t
62.         IT1 = 1;
    % b' _# s6 E% [. I4 {" j7 C; L
63.         // 允许INT1中断
    
64.         EX1 = 1;
    ! s( s7 @9 o; X! o* t, A
65.         // 允许定时器0中断
    8 g1 n) _# [* g) @7 A
66.         ET0 = 1;
    ! D! p' W: t! d) ^# `6 ~! M
67.         // 允许全局中断
    , E% _# A  W2 e& {4 }" f
68.         EA = 1;
    9 q/ B: P3 T9 [% Q
69. }
    
70. 
    
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
72.         // 矩形波次数累计归零
    7 U5 b, r  y1 F) T4 {9 s" o4 x# q% f
73.         count = 0;
    
74.         // 重开定时器0中断
    
75.         ET0 = 1;
    
76. }
    
77. 
    . @4 L/ ~! \2 f* @. q+ ?+ l# R* _
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++;
    7 T, t" c3 J( m1 }
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    + D7 k$ m. N. m3 }5 o  x8 `
84.         if(count > 250){
    
85.                 count = 0;
    
86.                 isReadyToHalt = 1;
    7 ?: ?, z; W% }
87.         }
    ; q, ]' ]" h3 W7 x: B
88. }
    
89. 
    
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    ( q" M3 f* ?4 d4 f6 A/ O* [* i
91.         // 矩形波次数累计归零
    + F, {2 d; r1 F; |
92.         count = 0;
    
93.         // 重开定时器0中断
    
94.         ET0 = 1;
    2 h: P# K3 {4 h" P  o$ V/ M- u
95. }
    
96. 
    $ L  E: }9 `) |, u8 B4 x
97. 
    
98. void main(){
    
99.         // 初始化P3和P5口
    
100.         GPIO_Init();
     
101.         // 初始化定时器0
     " b* D( q' H/ S4 r
102.         Timer0_Init();
     
103.         // 初始化中断
     
104.         Interrupt_Init();
     ! ~, w4 k0 E: C/ e1 ^
105.        
     ) k9 y$ z! R, b% W: k2 S
106.         while(1){
     + ~, X  c6 E: y+ N0 [; Q
107.                 // 检测电量
     " j+ F, S1 m  P% n2 ^  f2 x
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     + v' ^! C( u7 p
109.                         // 如果电量低，低压指示灯亮
     
110.                         LED = 0;
     - \- @9 z# B7 u! A+ A7 _
111.                         // 清电量检测硬件标志位
     
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     
113.                 }else{
     
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     
115.                         LED = 1;
     * r' m) q8 y* S& n
116.                 }
     
117. 
     2 ~% x2 l. G4 t$ S
118.                 // 检测到停机标志
     ( U  Y( ]! q- U- s
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     0 L/ E8 U( j+ Y6 R0 ]  M2 {6 Z9 b) S
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     " k. X9 q; E4 c' T
121.                         ET0 = 0;
     5 k- S# v  v1 L' O/ t, R8 M- G" q
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;
     7 Y& G  W! g% q
124.                         // 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
     1 [5 R1 c- ~5 ^) H( `1 j2 w0 v& d# v3 D
125.                         LED = 1;
     ) y; G7 j4 _. d( k: o
126.                         // 进入停机模式
     
127.                         PCON |= 0x02;
     
128.                         _nop_();
     2 X1 s( E' P0 T, X! a
129.                         _nop_();
     
130.                         _nop_();
     $ t* z" U/ j7 d( h+ W1 d
131.                         _nop_();
     3 o& K7 y6 z% S- e' Q" S
132.                         // 唤醒，清标志位
     - m8 g- u$ e, d$ J: B) i
133.                         isReadyToHalt = 0;
     8 O8 `: `; S/ {7 V
134.                         // 重开定时器0中断
     
135.                         ET0 = 1;
     : @$ W1 Z* {/ ~1 J$ s! D
136.                 }
     2 P: K( C6 P" G. b( k1 C3 b3 V
137.         }
     
138. }
     

复制代码

硬件参数配置：

$ J, S$ p$ c- @0 ]/ L5 k
接收端：

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   ; _+ l6 N' |$ R! Q
3. 
   
4. 
   
5. /*
   ' r5 g  k3 U+ F) ], f
6. 
   ! p' g/ {0 E2 B$ E/ p
7. *---------------------------*
   - z9 P! l& Z. I
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   
9. |                                                        |
   8 y+ E0 t1 r( D6 p0 _+ P* O
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    : J0 d2 M+ R0 h% g0 W# y' v
11. |                                                        |
    # y3 \( H7 [& |: m& P- z, d: r
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    
13. |                                                        |
    
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    
15. |                  STC15W204S                |
    
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    & c7 {3 d$ \* C+ ~+ x5 e
17. |                                                        |
    
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    - Q5 }$ |9 W. P; `
19. |                                                          |
    
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    
21. |                                                        |
    ( J1 _0 a5 E5 i+ G5 W- F; L! Q
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
      q! ^# p7 d! d9 b0 ]- [
23. *---------------------------*
    
24. Fosc = 12MHz
    . W5 y$ r* ]1 V1 [% W
25. 
    
26. P1.0 -> 上
    3 J9 e: J% n' ~! f* r
27. P1.1 -> 左
    - {5 F1 K4 Z# ?/ o% Z+ ~7 S9 @
28. P1.2 -> 下
    
29. P1.3 -> 右
    . G) x2 e% {% Q4 j
30. P1.4 -> SEL
    
31. P1.5 -> STA
    9 x( |8 H5 c" T3 y# c& x' q
32. P5.4 -> B
    / w, d1 q; S  s( u# h, f! n
33. P5.5 -> A
    
34. 
    ( [  v. m! c) L$ X: h, {
35. */
    
36. 
    
37. 
    
38. sbit CLK        = P3^2;
    * z1 H# \) `" B& ?" S% B  P5 A5 {) {! b" a
39. sbit LATCH        = P3^3;
    
40. sbit DATA        = P3^6;
    
41. 
    
42. bit isReady = 0;
    . H% R* k; J7 ^- o' a" \- b& ~+ h: ~
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
      h2 r, R. h2 y  Q
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  z4 k* g- M4 O  [  O+ h
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
    ! m! _. n) r: ?2 B
47. static unsigned char idx = 0;
    
48. 
    
49. 
    4 `) Q6 S" B# v
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;
    
56.         P5M1 = 0;
    0 t0 m9 e+ m+ V
57.         P5= 0xFF;
    
58.         // P3口初始化为准双向
    3 [' x# y/ ?3 g9 W% T1 g
59.         P3M0 = 0;
    
60.         P3M1 = 0;
    
61.         P3 = 0xFF;
    
62. }
    4 g2 I) P9 `4 j9 [5 {4 H, u
63. 
    2 S4 D; y* Y) q
64. static void Interrupt_Init(){
    
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    ' m3 \3 }. E  T) t: X
66.         IT0 = 0;
    
67.         // 允许INT0中断
    
68.         EX0 = 1;
    9 w* Y- \2 I9 q. B* `5 R
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    
70.         IT1 = 0;
    
71.         // 允许INT1中断
    
72.         EX1 = 1;
    
73.         // 开启全局中断
    - u9 X; _) K5 T, l; y4 p
74.         EA = 1;
    
75. }
    
76. 
    1 N( F& V8 V5 I. c9 i
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    : i/ n( C' d- I
79.         if(isReady == 0)
    
80.                 return;
    ' h0 [0 F- u7 T. l2 }& X& p7 [4 W& g
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
    2 ?. K" J# j1 ]: s+ m/ w& i
82.         if(CLK == 0)
    
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];
    , Y$ z( L, f! b. V9 W2 @% I
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    & w( A3 @2 b, D, \# X! u  M
88.         if(idx >= 7)
    1 H, b5 Z% I# S! N
89.                 isReady = 0;
    
90. }
    ' K* p2 `  S' r
91. 
    ' F! T4 S9 ?5 q; Z8 q" v- a; r4 U; M
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
    
94.         if(LATCH == 0)
    
95.                 return;
    0 w! W. n( L( T5 e$ W4 \+ U. ~5 v
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
    ! L; J2 e8 E% ^; b1 N
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
    $ T) l# }; U8 H
99.         idx = 0;
    
100.         // 允许CLK进行移位
     
101.         isReady = 1;
     
102. }
     3 _) x8 ~: W6 N3 w
103. 
     . f% S6 C0 n8 G- r% V
104. void main(){
     
105.         GPIO_Init();
     
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     : l9 H. a$ y- `0 g6 g
108.         while(1){
     # m6 ~- H+ Q0 H# |" Y3 @: s
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     ! j9 a7 o5 T( t0 t; W+ ?4 @2 B
110.                 //_nop_();
       X0 Y4 E, k1 }. E: e
111.                 //_nop_();
     . U) Z0 f2 o5 O+ \/ I8 |# V
112.                 //_nop_();
     , K* ^$ q2 u  w! s+ I1 ^
113.                 //_nop_();
     ; D' U0 d: `% O  b
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     , @5 h5 j6 h1 Y( P+ G( B% F$ ?$ G
115.                 bufReady = buf;
     
116.         }
     
117. }
     

复制代码

4 U3 j# _% O& u" {) j. G硬件参数配置无特殊要求，晶振频率选择12M即可。

# I: o+ `3 @& @  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
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。 ...

  T1 u" i6 R: u; n5 F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
/ k: U* T- V5 G9 Y+ M: p& r* E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？

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。
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
6 W$ N" h4 U+ f/ z7 I) n! w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
+ ^! I: s* @! q, f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！
$ K. B+ W0 e' E1 n7 D( z6 q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。