自制FC无线手柄

雷精灵2046

$ `3 C) H0 X: F6 G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。
: [, t& U( F9 F, e3 e
3 E% ]9 u3 U- i: r
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。

: N) t- \% f/ w; Z- h
7 @* W% a. }) w3 q3 j
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。

' g1 n2 x7 [  c" {
' r6 B( E0 \! C, m完工！

9 b, B6 {# n$ M& y9 r6 U
& Z/ I3 v( m' B# }$ o* b  l2 b/ m/ ~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。



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。

6 t% n, r/ H7 Z. s' S5 Y8 r" y0 `0 k这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。

$ B' A. I8 c' U8 G+ h0 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！
- \% t9 y; }; w& g, ~3 k6 c编译器：Keil 51。

发射端：

1. #include <INTRINS.H>
   - p  Z# X2 L8 a
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   
4. 
   ( M, p' I8 Z5 Z8 y  h
5. /*
   7 M/ q2 Y# q) X+ e
6. --------------------------
   # U0 I+ y* p/ e/ V( I
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   
8. |                                                   |
   
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   
10. |                 STC15W204S                   |
    9 T2 _! e' ]' C5 O9 h7 A/ d
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    , B7 z  y8 h3 {/ d4 i
12. |                                                   |
    
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    
14. --------------------------
    
15. 
    
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    
17.            Red          330
    " n6 {# H- A0 S7 X
18. 
    $ m% I: V* w7 g( \- W2 _6 q
19. Fosc = 6MHz
    
20. */
    7 O8 w* z* o, j: R8 M
21. 
    
22. 
    " z% S7 Z, I) {( l- I: Z* D# q9 [
23. // 矩形波输出脚
    
24. sbit OUT = P5^4;
    ( D+ _# [$ L) L( Z" S' |& a9 P
25. // 低压指示灯引脚
    
26. sbit LED = P5^5;
    
27. 
    
28. // 停机标志位
    $ \* [. u* l- Z3 e: `  k( G
29. bit isReadyToHalt = 0;
    
30. 
    - O& k6 J( T# _' o
31. // 矩形波次数累计
    
32. static volatile unsigned char count = 0;
    
33. 
    * s+ D$ B# l0 F; x: c
34. 
    : t( y, L* b2 m; u; }" w2 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
    
37.         P3M0 = 0;
    . y4 N5 B+ Y7 }# u  t& H4 ^5 b1 ?
38.         P3M1 = 0;
    * D6 H# Z  Y& i% p
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
    1 G1 L6 O& P- q/ y! i
41.         P5M0 = 0;
    
42.         P5M1 = 0;
    5 Q) P" l3 U( h6 q5 y7 r: z* [
43.         P5 = 0xFF;
      _/ p: T, u1 T
44. }
    . c% s9 |- ^2 K: Y  R) Z3 S
45. 
    
46. static void Timer0_Init(){
    
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
    
50.         TL0 = 0xC0;                // 设置定时初值
    - d0 A0 G; U6 r( I0 I& i0 E3 E
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(){
    , ~2 @" f$ t2 v. ]5 S
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    / \! g/ \0 E. j0 R
58.         IT0 = 1;
    + M1 A, M! R! I# E
59.         // 允许INT0中断
    $ R2 E, l2 X/ y9 [5 Z% S
60.         EX0 = 1;
    
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    / v, w: A# c+ E5 y
62.         IT1 = 1;
    
63.         // 允许INT1中断
    
64.         EX1 = 1;
    " J5 L, F" S+ Q, H5 l% @; Q: b, X- b( b
65.         // 允许定时器0中断
    7 ]9 S, o0 X& l: e
66.         ET0 = 1;
    
67.         // 允许全局中断
    7 W9 ~+ d8 h6 r1 M6 o
68.         EA = 1;
    
69. }
    ; s- h3 `) g1 q6 a
70. 
    & j, b3 z) Z( U1 y9 ~% ]
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    ! {2 D2 v- S' F# }4 V2 v' D
72.         // 矩形波次数累计归零
    . {& @  a$ n% k; u
73.         count = 0;
    , J+ A& N0 q8 W: J
74.         // 重开定时器0中断
    - {6 g6 F# @, m+ [8 Z5 p3 E
75.         ET0 = 1;
    
76. }
    * i- `( s# M$ F4 c. W% B; ^
77. 
    
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    
79.         // 输出矩形波
    9 A8 ~- T# X% {) f4 W: b
80.         OUT = ~OUT;
    ) r1 D! z" i, W- b( @1 K+ O
81.         // 累计矩形波次数
    
82.         count++;
    
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    * p/ o+ L8 o% v  |% D
84.         if(count > 250){
    
85.                 count = 0;
    , a9 L4 M5 e% F& J1 B
86.                 isReadyToHalt = 1;
    2 k5 |# B4 j& [( L: Y4 k
87.         }
    0 T* ?* j% ?2 ]
88. }
    
89. 
    
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    ! G+ L# q5 A- s' z1 K4 U
91.         // 矩形波次数累计归零
    
92.         count = 0;
    
93.         // 重开定时器0中断
    
94.         ET0 = 1;
    % ~' O4 n4 S" |9 X) n
95. }
    : ]: i3 v( _  b3 J- J- N8 I+ a& e) C
96. 
    ' e5 D' S& H5 A8 _# {
97. 
    1 }1 e! a8 r# J7 Y# T% L. d
98. void main(){
    
99.         // 初始化P3和P5口
    ' e/ M% I  |, `
100.         GPIO_Init();
     ! \5 S, ?2 Y6 N; x% y) ]
101.         // 初始化定时器0
     
102.         Timer0_Init();
     
103.         // 初始化中断
     8 f- S+ b8 s1 u; D9 {9 R
104.         Interrupt_Init();
     - N2 `# @  q& ?
105.        
     
106.         while(1){
     
107.                 // 检测电量
     : ?' H$ E( w- j
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     ' c8 Z+ E: k1 J6 L
109.                         // 如果电量低，低压指示灯亮
     / h3 F! [8 r/ `, d. D' G
110.                         LED = 0;
     
111.                         // 清电量检测硬件标志位
       N0 R) z" H4 Z6 `, u- x
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     ( W5 ]7 D6 q+ o  |4 q
113.                 }else{
     4 @. v) I! u* h8 m$ |% ^7 x
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
       `6 e& m$ J1 I
115.                         LED = 1;
     
116.                 }
     7 G- V3 |) a4 Q# ^# i
117. 
     4 k4 M2 G; M: Y% L* A* h
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;
     % i4 J7 e, e9 X4 ]4 I  U* ~1 }8 L
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;
     6 r: t, S7 C4 O) T0 n! _
124.                         // 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
     
125.                         LED = 1;
     - F6 D5 m# r" E7 ]
126.                         // 进入停机模式
     
127.                         PCON |= 0x02;
     
128.                         _nop_();
     % u' `6 n, o/ R$ Q0 Y
129.                         _nop_();
     4 e1 b& k0 {  S) a, K" P
130.                         _nop_();
     - I7 l6 _+ h* w) g$ G( i
131.                         _nop_();
     * d- L) G, N5 S3 U9 ?& ], P
132.                         // 唤醒，清标志位
     
133.                         isReadyToHalt = 0;
     
134.                         // 重开定时器0中断
     
135.                         ET0 = 1;
     
136.                 }
     
137.         }
     
138. }
     + L3 m% I2 p  B4 r3 ?% M' J" @# R

复制代码

硬件参数配置：
+ m; y. ?! i" Z8 M% o9 c" K

接收端：
. c5 A6 L4 B8 n- u  ]! ?

1. #include <INTRINS.H>
   + e8 C4 ]/ W$ S+ ~# g* Q. s8 [4 ]) Z
2. #include "STC15W.h"
   & J% z* T2 w* Z# ]
3. 
   
4. 
   , w- I: G1 v) S0 q8 ]
5. /*
   6 |1 e: z6 T8 e
6. 
   - n" a) L, X' I( o% L9 h
7. *---------------------------*
   + _9 z8 f2 W0 [; b4 @' w+ \
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   4 {# K( \; U6 u* a6 E  @  M
9. |                                                        |
   
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    , o6 X5 h8 O( }6 c4 E  j
11. |                                                        |
    
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    ) t) c2 A/ `" I* q  W& c8 U: J2 K
13. |                                                        |
    " B" O+ s; T& [0 Y5 c2 y
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    
15. |                  STC15W204S                |
    7 i' N/ h/ t  T" R3 H( @* c
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    # C5 r: K( @& |* q/ \3 t$ h6 l
17. |                                                        |
    % \  M2 J% L& ]! K& F
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    
19. |                                                          |
    
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    5 j8 k" \# Y! f  o( q% {
21. |                                                        |
    
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    
23. *---------------------------*
    
24. Fosc = 12MHz
    
25. 
    . l% N; s/ w% C3 N- W& g+ ~
26. P1.0 -> 上
    3 J& Q% j9 U& H% a* O1 o' p) ?/ e
27. P1.1 -> 左
    & M4 v* g8 p: w  V
28. P1.2 -> 下
    / t; ^  `$ f1 m2 C
29. P1.3 -> 右
    $ z/ ]. E) t' w, |  C3 f9 i
30. P1.4 -> SEL
    3 ^8 \7 W! y# @/ {
31. P1.5 -> STA
    
32. P5.4 -> B
    & h# {' D1 N4 _1 H& ~+ i
33. P5.5 -> A
    
34. 
    3 M& r+ U; O2 _, h8 k
35. */
    & Q) g; B: `$ n: K1 N3 H
36. 
    . C+ P6 G$ m, H9 U0 S( b% S
37. 
    
38. sbit CLK        = P3^2;
    
39. sbit LATCH        = P3^3;
    4 S/ W+ L+ X7 L3 W3 _
40. sbit DATA        = P3^6;
      L2 {* ?  b3 E! O" M( o, E5 R
41. 
    4 _* a0 t4 D) }  u' @7 Q: v; ^
42. bit isReady = 0;
    6 W* \( _9 Q- W  S/ G* \; 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
    5 u3 R6 s2 d( d% E$ Z: Y; v( E
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;
    
48. 
    
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;
    
56.         P5M1 = 0;
    9 t* T% Z- D; s
57.         P5= 0xFF;
    
58.         // P3口初始化为准双向
    9 d. ?4 F6 H. A" r
59.         P3M0 = 0;
    
60.         P3M1 = 0;
    
61.         P3 = 0xFF;
    
62. }
    + v& E4 i' C6 C
63. 
    . r1 o7 S6 c+ A/ _4 C
64. static void Interrupt_Init(){
    
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    : w3 E! K/ `! X1 [2 j. r9 J
66.         IT0 = 0;
    , [8 B. U$ N$ ^  y
67.         // 允许INT0中断
    5 `" V5 f. z" J6 Q/ E. y
68.         EX0 = 1;
    
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    ) l8 S0 G: f# E7 o  r+ e' s
70.         IT1 = 0;
    0 R! M3 P) D' x' y2 o! _# k9 }
71.         // 允许INT1中断
    9 h" S0 P; [  j  R
72.         EX1 = 1;
    
73.         // 开启全局中断
    
74.         EA = 1;
    
75. }
    " X2 C# J# W+ v8 d( F9 V
76. 
    
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    
79.         if(isReady == 0)
    
80.                 return;
    2 H3 J6 ?: l: Q
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;
    
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
    
85.         idx++;
    ' G/ [' ^+ Z8 P. d0 f+ O
86.         DATA = key & mask[idx];
    ! G6 o9 h: E% ~3 n
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    
88.         if(idx >= 7)
    9 j& z* [  l4 v; M; O! }  G: T2 z
89.                 isReady = 0;
    8 ^0 \4 s  c6 C
90. }
    # f8 @7 m( E0 {# d8 d& i
91. 
    
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    3 k" U8 U6 o0 @" k* F+ }5 \
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;
    4 E) N& g8 V& n" O
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
    % i4 i* H+ v2 M
97.         key = bufReady;
    2 J7 n7 s+ c" m
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;
    . u- L; t1 b" V% O8 c" z
100.         // 允许CLK进行移位
     
101.         isReady = 1;
     5 q& p& m5 Q% D, t% D
102. }
     8 A2 D) U' X  ^/ q) w% |( n
103. 
     
104. void main(){
     
105.         GPIO_Init();
     
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     
108.         while(1){
     0 @; J) M+ T9 w3 e
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     
110.                 //_nop_();
     ( F1 \4 c: F- v* K% F
111.                 //_nop_();
     . u3 {; e! z' s
112.                 //_nop_();
     0 L# G9 Q, E5 T  M, _; a( N: u
113.                 //_nop_();
     
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     
115.                 bufReady = buf;
     
116.         }
     
117. }
     

复制代码

4 `' a* ]9 B* F1 a/ {* n硬件参数配置无特殊要求，晶振频率选择12M即可。
  n) E7 w2 _0 R1 L3 j$ F
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
8 y1 L! v8 s8 q$ S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
+ b: ?' n5 c; I6 w9 l. {' e$ @精彩，楼主动手强，也写得很详细。
' n0 z$ S; I4 u  J  q/ N7 i1 Q2.4G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。
8 h5 T) ^# K! N2 t! q1 B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
3 r) |9 |  E9 e- e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
5 [. m, q! b+ l! t( A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。