自制FC无线手柄

雷精灵2046

; ^9 F" E" |7 ?' o& Y: A
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。
# W! j/ u6 M  q1 d" ?3 w- t
9 l( d  j; C+ e0 n
3 S8 b8 W9 z. k* G) C# ~- P0 o9 s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。
  M4 a* V% q1 V9 x0 C2 r1 T1 ?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。



3 e! i5 P5 {% \最后把按键、导电橡胶和电路板装上去。
# T  y2 n: w/ X! l, n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。

2 ?4 n$ ]  H+ `& G( y0 p( l
完工！
5 a' q$ m8 J. p

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。
9 X2 W) x  F2 |! b

' m9 c1 }- ^2 }+ ]: |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。
0 ^6 }+ ~; p& [6 T8 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。
! J9 D2 |0 C9 [+ J
. I  E  s/ k" R+ K$ A! J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 w' z$ h5 W3 v: C0 I- T) R: H
& l$ D# a. |. D* F6 c- l这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。
+ ~  `/ b0 a) f( ]# i6 @3 A

  S6 W7 V' S2 T: R8 A( |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！
/ [5 z$ Y9 J; u6 |/ @6 M编译器：Keil 51。
1 E6 j* }* I! f9 F
- O0 g+ B, L% }- B. I2 W/ I4 o发射端：

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   " L$ J/ m8 [9 G) d1 e
3. 
   
4. 
   
5. /*
   
6. --------------------------
   
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   1 Q' z: A5 _3 H
8. |                                                   |
   1 Z  x1 K/ T0 K9 R% [. K2 p4 g
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   : A7 ^* C1 V/ @- r7 U% e- q
10. |                 STC15W204S                   |
    ' W8 T4 E& d# W, K* B
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    7 H3 ^' G5 y) x+ N- y
12. |                                                   |
    
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    
14. --------------------------
    $ [0 M$ W8 H0 w) @# M/ R
15. 
    : `- p! c3 R8 q+ _: H' V) r% t
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    
17.            Red          330
    
18. 
    
19. Fosc = 6MHz
    - S( k$ ~/ ?8 H. `; |
20. */
    # Z# Z/ D& t5 V8 ]; ~+ s9 K$ W
21. 
    3 C* |$ P! i/ C; m* u8 ]5 q
22. 
    
23. // 矩形波输出脚
    
24. sbit OUT = P5^4;
    
25. // 低压指示灯引脚
    
26. sbit LED = P5^5;
    
27. 
    ; m' \) ^  w5 `# a. D. Q
28. // 停机标志位
    
29. bit isReadyToHalt = 0;
    
30. 
    
31. // 矩形波次数累计
    / R1 o& F/ ]0 d( d5 n
32. static volatile unsigned char count = 0;
    0 k5 ^% _% J. x/ e9 i+ A
33. 
    ' v1 e" x  ~) u3 @
34. 
    & s9 v: p" A# N8 [  U- Y: N- H) P
35. static void GPIO_Init(){
    9 u, r7 N( _" ~& y
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;
    / ^* I$ |# e) e& u$ D
38.         P3M1 = 0;
    7 |8 T, E0 Z2 u& F0 C- j2 h
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;
    6 O7 ]4 g" R' J$ d' C
42.         P5M1 = 0;
    
43.         P5 = 0xFF;
    
44. }
    
45. 
    
46. static void Timer0_Init(){
    
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    % J7 A' Q5 a7 D8 N; R4 k* j7 `
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
    ! E( \! ?, e) J) `- Q# h5 N
49.         TMOD &= 0xF0;        // 设置定时器模式
    5 u* I+ J9 B& u* N6 g
50.         TL0 = 0xC0;                // 设置定时初值
    1 p9 ~* v! r, d+ @3 s
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
    6 Y2 G( f5 ?) E
54. }
    
55. 
    
56. static void Interrupt_Init(){
    
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    " M: u! [5 b; y8 w3 G5 @1 x, _
58.         IT0 = 1;
    
59.         // 允许INT0中断
    " I  z, B* n0 k4 K1 e0 q
60.         EX0 = 1;
    . N# y, E6 v" s  P' ^$ E
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
      x' j9 ^4 P: O5 s' C
62.         IT1 = 1;
    
63.         // 允许INT1中断
    
64.         EX1 = 1;
    
65.         // 允许定时器0中断
    
66.         ET0 = 1;
    
67.         // 允许全局中断
    
68.         EA = 1;
    
69. }
    
70. 
    
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
72.         // 矩形波次数累计归零
    , [' Q9 F( q6 Q6 z' s0 `
73.         count = 0;
    7 ~- p- ?% D5 i2 Q; A
74.         // 重开定时器0中断
    
75.         ET0 = 1;
    
76. }
    9 P2 ]# I* s! \# C+ m- _0 ^" l
77. 
    0 J! C! e% X8 ^4 Z, |
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    2 J) Z3 ^* F  Q, H3 j
79.         // 输出矩形波
    6 V$ I. W7 G3 C. g' y3 w
80.         OUT = ~OUT;
    2 l* {' [/ {- B! E
81.         // 累计矩形波次数
    
82.         count++;
    , d9 W6 U! |1 X& N# `5 |1 C
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    
84.         if(count > 250){
    . e0 U( \3 l5 n" N/ @
85.                 count = 0;
    3 C% y  W! F' E
86.                 isReadyToHalt = 1;
    
87.         }
    . C& ?/ l, u' v$ n, [6 U+ P1 v
88. }
    " S# l0 F& v2 L/ ]
89. 
    
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    
91.         // 矩形波次数累计归零
    . v5 V. P9 Y$ n  ^5 k* f3 W, S# j) _
92.         count = 0;
    
93.         // 重开定时器0中断
    
94.         ET0 = 1;
    * z  y# f2 }6 r
95. }
    
96. 
    - d1 o6 p% N6 @; V5 N' S% A
97. 
    
98. void main(){
    . C& D7 q2 n: B  y3 H
99.         // 初始化P3和P5口
    ( g& v5 R; i; i' O$ @
100.         GPIO_Init();
     * ^+ T  ?: d  R0 F" u1 c( W
101.         // 初始化定时器0
     
102.         Timer0_Init();
     
103.         // 初始化中断
     + S) W1 M! a" J1 X
104.         Interrupt_Init();
     
105.        
     
106.         while(1){
     ! t* j5 `8 l/ Z& ?2 _2 f
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
     
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     
113.                 }else{
     5 z! i  ?, Z/ S, i+ u7 ?3 B
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     
115.                         LED = 1;
     
116.                 }
     / H4 N1 D3 k/ Y% I
117. 
     
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;
     % j, Z  N0 F4 D- k8 u7 e; ~
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
     & ]  b  W. \# F) E* l% Y2 Y
123.                         OUT = 0;
     
124.                         // 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
     9 t! L# x, R; \0 ?+ x; D, C
125.                         LED = 1;
     * Q2 }4 X- D& I  Z
126.                         // 进入停机模式
     * i- ]5 z4 t- X9 Z# ]
127.                         PCON |= 0x02;
     
128.                         _nop_();
     . q2 _! {1 c4 y8 @
129.                         _nop_();
     
130.                         _nop_();
     3 L  U1 g$ _3 t1 G9 M
131.                         _nop_();
     ( n7 I' r: j6 L& K0 _/ k
132.                         // 唤醒，清标志位
     ( `5 x5 J! E" ]4 {0 l5 W0 Q0 O
133.                         isReadyToHalt = 0;
     
134.                         // 重开定时器0中断
     * j' V& ~4 v. T0 l! }
135.                         ET0 = 1;
     : O/ S, h9 r2 ^4 d! y( s1 v$ k5 l
136.                 }
     # ?1 Y$ j% W. R3 m7 `+ x  h! }
137.         }
     " s" Y% a* w' b, X5 ?' b0 c
138. }
     + @& X* u1 G8 y8 [

复制代码

硬件参数配置：


7 @# b2 C3 ?8 y9 }+ y2 y8 E( r接收端：
( D3 `! h" a2 G# h: d1 m/ o0 v

1. #include <INTRINS.H>
   5 l* \$ {: j) k/ C4 P/ ?5 M
2. #include "STC15W.h"
   , _6 t2 u* \7 P. p: W! }! D5 M
3. 
   
4. 
   * w1 a8 l9 k% J% V9 c. s
5. /*
   
6. 
   
7. *---------------------------*
   
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   % B9 N5 m. c. {  V  W
9. |                                                        |
   
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    
11. |                                                        |
    5 K  K* e9 R4 W( V2 e+ f. O7 F
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    
13. |                                                        |
    , i8 y# P# H; W1 e
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    
15. |                  STC15W204S                |
    ! w) a3 S2 j  t" c; G+ _& u
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    ; b8 g2 H6 t  e7 n8 s: i$ \
17. |                                                        |
    3 I0 G4 u/ j9 g. h7 h# }
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    
19. |                                                          |
    
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    
21. |                                                        |
    / ?5 |0 g* R- O+ Z4 z" E) f
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    8 k& `' I8 V% J; d" o$ _3 X6 T
23. *---------------------------*
    
24. Fosc = 12MHz
    
25. 
    
26. P1.0 -> 上
    
27. P1.1 -> 左
    
28. P1.2 -> 下
    3 ^. b& g5 C. q& v3 Q0 Q
29. P1.3 -> 右
    " l: O; e3 d% m  w1 ~# Q  [
30. P1.4 -> SEL
    
31. P1.5 -> STA
    
32. P5.4 -> B
    
33. P5.5 -> A
    + h1 B% q+ X6 S$ k
34. 
    
35. */
    
36. 
    
37. 
    
38. sbit CLK        = P3^2;
    
39. sbit LATCH        = P3^3;
    ' ?: Z" T3 M5 H
40. sbit DATA        = P3^6;
    8 L6 D5 w* G& x
41. 
    
42. bit isReady = 0;
    
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
    4 P6 G+ ]* M& {" W& I# k
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
    
47. static unsigned char idx = 0;
    : H3 D/ x* y- z; {2 s& o9 J' u
48. 
    
49. 
    + t' f, j% h. ^( U. ]. l6 F
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
    " R9 B2 o, i) `8 u, c! J: r
52.         P1M0 = 0;
    $ }. L3 Q- _9 u* Y) I% R3 l
53.         P1M1 = 0;
    
54.         P1= 0xFF;
      ^  D: x& f( C. A6 t
55.         P5M0 = 0;
    , ^; m  L( I& P
56.         P5M1 = 0;
    
57.         P5= 0xFF;
      l% A' X6 S7 K% k  X3 w+ q+ e3 B* P, b8 X
58.         // P3口初始化为准双向
    1 T! T$ g7 a; c: c9 N; Q
59.         P3M0 = 0;
    ( t% X1 g; j! Q; i
60.         P3M1 = 0;
    $ R- I+ ], |5 k# I2 Y
61.         P3 = 0xFF;
    
62. }
    9 `# a2 y# a' J: r4 m4 L
63. 
    2 T# B2 e2 d; p0 V  g0 d1 y# E
64. static void Interrupt_Init(){
    % D$ J$ ?+ M8 ^! P5 k7 \
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
      F5 n5 z/ {7 r; X, z  E. x9 j& B
66.         IT0 = 0;
    ' q9 g$ v- r0 A9 }" w/ @! R5 A
67.         // 允许INT0中断
    " b; {* y! o; a- S4 s" E8 A
68.         EX0 = 1;
    
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    5 |% B7 l; Q+ A2 h0 N
70.         IT1 = 0;
    ( ^7 h, H3 U0 h7 C  ^; h6 }( @
71.         // 允许INT1中断
    % k  C8 u' U" }2 @: }4 i
72.         EX1 = 1;
    7 L5 |5 R/ G6 x5 {
73.         // 开启全局中断
    , C! A2 f) K) b1 Y$ e/ }
74.         EA = 1;
    , w  M& ^: n" Q1 o* F% A$ A& R
75. }
    $ ]5 x2 L) U( V- ^, H8 q5 h( ^
76. 
    
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    ; o/ u: Z$ u# ~" ^
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    $ {" T, r: I- H& q; w3 D2 q
79.         if(isReady == 0)
    
80.                 return;
    ) ~: q" w& |7 y) G9 Z# |6 y
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
    7 y+ P! H7 W2 B  Z* s; w3 \
82.         if(CLK == 0)
    1 x2 c! U7 r* `0 o
83.                 return;
    + F8 l4 j' {( j1 u# W
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];
      P- |6 Q0 T) F; `
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    
88.         if(idx >= 7)
    
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
    " M; X/ H* }9 k( P& [7 r- j4 _/ K$ |
94.         if(LATCH == 0)
    " ]- \5 N3 x! E& u" p$ z8 |  w
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
    & x1 b, X9 ~/ J' |6 a. ^8 h
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
    
99.         idx = 0;
    1 P* p* {3 v' {5 u0 A4 m$ Y
100.         // 允许CLK进行移位
     
101.         isReady = 1;
     : n8 K5 _9 E3 ~8 T: q' k5 N2 }
102. }
     % f) l  I7 i1 Q+ p* N! L
103. 
     
104. void main(){
     
105.         GPIO_Init();
     
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     7 O% u/ I- N$ p' Z6 z) e
108.         while(1){
     & V4 R; _* h- L. f; s
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     
110.                 //_nop_();
     
111.                 //_nop_();
     
112.                 //_nop_();
     / w6 V& R2 O2 h  B9 _- }8 O
113.                 //_nop_();
     
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     ( s. X/ [* @1 Y
115.                 bufReady = buf;
     $ l! m' E0 o3 z# O2 g! T
116.         }
     # L$ l% c: @& l0 z2 d8 s' L
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。 ...

" H7 O7 i0 A8 Z( w, ?" \9 d- 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。
; I; [* V$ R0 V  G/ ~. k2.4G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。
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。
3 F& d4 S4 {0 j) y4 q+ \5 q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 ...

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。 ...

, H$ ]9 |3 h" \6 y9 m. E, J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。