自制FC无线手柄

雷精灵2046

2 `. A, F0 B* d; x' R% s
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。
, f+ Y1 i; O& k/ b9 @6 V
# c1 F; q) O  ~- V7 l
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。
* e: u* x& w1 H$ J* h. Y, x& L: e3 L0 n
* w- Z% r3 h8 ~4 M
2 e. z& K9 j, |3 T; C
最后把按键、导电橡胶和电路板装上去。
- M5 @2 l3 U7 Z9 i- e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。
- c" Y! f, q& Q- v0 u
5 {& j6 x, W* p2 I
完工！


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。
$ Z/ f2 h  t" @# W% e% i' d% H8 q

1 E3 ], k  |3 C0 Y9 q! j4 m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。
) n+ J0 e; p( R% U

: Q  _' A0 I8 K# W% ~
5 S. B. w4 D& a2 c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。
- L- r0 E6 E' |$ H* @
9 M8 h2 a) y. _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。

0 m4 g1 R: G$ Q+ e2 f这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。
/ p7 g$ a" \1 X8 T# c/ H
% A6 n2 w5 x8 d5 v# \+ y8 B' F
* m; D; C8 }% {: g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！
% C2 j8 z; b. J' Z$ ?3 y0 q编译器：Keil 51。

发射端：

1. #include <INTRINS.H>
   % m$ }8 Z$ a$ F/ L" w. o6 p
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   5 L- J- X. x4 a
4. 
   
5. /*
   6 F0 b& E5 _! J  k1 x, ]$ y
6. --------------------------
   
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   
8. |                                                   |
   
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   
10. |                 STC15W204S                   |
    / e" k) [  G  p
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    
12. |                                                   |
    # Y9 F+ H& T7 z
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    & _1 [, x; v: v
14. --------------------------
    & j8 j) ^. Q; a5 H5 K: t* z
15. 
    ) o; ^- ~/ g& t5 R: X
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    0 L" s! [7 T8 e7 n4 m
17.            Red          330
    ! P% L+ h/ K: R) X" W
18. 
    # D9 D- K( U+ K8 _4 i
19. Fosc = 6MHz
    
20. */
    . E4 p/ ^1 a& |$ o+ u# [7 K
21. 
    / L7 W( a% `+ V1 O' \+ C
22. 
    ; x4 ~0 N9 S6 q0 d* e% B
23. // 矩形波输出脚
    
24. sbit OUT = P5^4;
    
25. // 低压指示灯引脚
      C$ C1 \8 F; O( \/ L& g
26. sbit LED = P5^5;
    5 ], V0 H; z  d9 @  x( W
27. 
    
28. // 停机标志位
    
29. bit isReadyToHalt = 0;
    
30. 
    
31. // 矩形波次数累计
    4 K. Y& ]* {2 v: B  R
32. static volatile unsigned char count = 0;
    . }; _  y7 Q! f' z6 a
33. 
    
34. 
    
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;
    
38.         P3M1 = 0;
    & H+ G. T2 f1 X$ I8 U) }8 E. K/ k
39.         P3 = 0xFF;
    5 k! R7 T0 w1 `4 N" H
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;
    
42.         P5M1 = 0;
    
43.         P5 = 0xFF;
    5 k% r4 C5 h$ l, ~0 w
44. }
      h' P; u4 ?1 O9 K! p0 X" o. s
45. 
    
46. static void Timer0_Init(){
    ( ?; F5 }* r$ s6 G6 ?8 Z
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    1 Y6 Q5 ?% ^/ G$ O2 W( ]' C! {
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
    
49.         TMOD &= 0xF0;        // 设置定时器模式
    2 `+ A3 c9 A) I2 I$ a4 c
50.         TL0 = 0xC0;                // 设置定时初值
    $ _- c  K- n4 J- K7 |' ^' }
51.         TH0 = 0xE0;                // 设置定时初值
    
52.         TF0 = 0;                // 清除TF0标志
    7 A" ^2 {  A  U5 ~4 Y% s# w. b
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
    1 N" |9 Y* i2 t0 f2 [- K( Q6 P: ?0 Q! x/ Y
58.         IT0 = 1;
    
59.         // 允许INT0中断
    ' B0 v3 z. t2 D! {5 F: e
60.         EX0 = 1;
    2 X3 @, I" z7 f; ]
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    
62.         IT1 = 1;
    ; p, [1 F! d1 |: K8 S5 j) M) a
63.         // 允许INT1中断
    + G- s! V& f5 Q* |
64.         EX1 = 1;
    5 u: I. q2 u! c  E- M  o; j8 l( Z
65.         // 允许定时器0中断
    7 C- `" f& v+ b: g1 r
66.         ET0 = 1;
    
67.         // 允许全局中断
    
68.         EA = 1;
      ?  o+ i* \2 x& q, A/ r
69. }
    
70. 
    , `! S, S) t& W4 K+ ^7 ?& u
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    6 j# U' C* D9 E6 M2 G
72.         // 矩形波次数累计归零
    9 W; d  p' r& h8 m: ^
73.         count = 0;
    7 W4 b1 F6 z9 m' |
74.         // 重开定时器0中断
    
75.         ET0 = 1;
    
76. }
    ) ^8 N3 R3 o+ S5 @# J
77. 
    
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    ; O3 V. f- S8 E- T2 d
79.         // 输出矩形波
    
80.         OUT = ~OUT;
    
81.         // 累计矩形波次数
    
82.         count++;
    5 G; k5 |' K+ m' r! r, @1 m5 u
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    3 l. K3 J1 v9 E% I
84.         if(count > 250){
    8 f+ P& C& n& p& I
85.                 count = 0;
    6 e* O! B4 D) }$ Z
86.                 isReadyToHalt = 1;
    ! k3 ]9 R7 n+ u& p) U
87.         }
    7 Q" _6 N$ @* E# N2 }9 @/ \
88. }
    ; \& j0 p( r. i& }/ `
89. 
    6 C7 X. y5 _/ u3 f( D. Z# p$ o
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    
91.         // 矩形波次数累计归零
    ! }3 ?* M2 S8 S
92.         count = 0;
    # @- M$ T2 h* O' a- a
93.         // 重开定时器0中断
    ( I6 Z2 }# r9 U: U% v! Z$ ?* M
94.         ET0 = 1;
    9 m. l# V& J  t. p
95. }
    ; s; a6 D9 l+ k
96. 
    " ~9 f- ?* e* \
97. 
    
98. void main(){
    
99.         // 初始化P3和P5口
    
100.         GPIO_Init();
     
101.         // 初始化定时器0
     ; S" ^/ H: h& N- r6 C9 t
102.         Timer0_Init();
     
103.         // 初始化中断
     
104.         Interrupt_Init();
     
105.        
     
106.         while(1){
     
107.                 // 检测电量
     
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     2 e" t% `+ V7 C( r; }6 s  o
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
     8 ~3 g/ [8 i8 r5 b# }& M
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     
113.                 }else{
     / S! s# I! g9 `9 n4 r
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     
115.                         LED = 1;
     & F- ]: s: r# I1 _; T9 Q, V' M" S
116.                 }
     7 T( H/ `, n3 P$ _) T
117. 
     : l  D+ K: U0 R& q2 }2 R& k8 t4 i
118.                 // 检测到停机标志
     
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     # A" Q! J) w6 |  k- r/ h7 @! ?
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     3 l$ E: Y! U2 v0 I8 u6 O
121.                         ET0 = 0;
     " d: ?! p! S2 @0 M. t6 }: |
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;
       s* _# L: z( q- t3 U2 I
124.                         // 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
     7 y  K0 G# p% r* d
125.                         LED = 1;
     
126.                         // 进入停机模式
     , v  W$ S. _; M+ Q: U) }. r
127.                         PCON |= 0x02;
     ; Y8 U* p1 _1 b$ z* ^3 P& r  [& S
128.                         _nop_();
     
129.                         _nop_();
     5 o) ]) G0 e6 W" ?
130.                         _nop_();
     1 \0 S0 W8 P9 ~  s
131.                         _nop_();
     
132.                         // 唤醒，清标志位
     4 r2 s" |, q' D
133.                         isReadyToHalt = 0;
     ! o1 b. Q! W7 C: t
134.                         // 重开定时器0中断
     7 B: M' g; `. |0 `" M) Q4 T2 m
135.                         ET0 = 1;
     ( w8 {& j9 N; {8 X
136.                 }
     " i* f  j( b. P0 q# j8 R  j3 B
137.         }
       F7 _7 {# ~: |, p  Q3 u; r
138. }
     6 ~9 R0 k$ k% h( X: y4 X0 P$ K" S- C

复制代码

! j- i0 ^8 `  a. @8 |$ n硬件参数配置：
5 _7 n+ T4 s0 q+ L; w

接收端：
4 J% `& T- s/ a3 S+ |3 i$ s

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   ' t! B" J. A+ R
3. 
   
4. 
   
5. /*
   * Z" `7 E, j; Q5 p
6. 
   
7. *---------------------------*
   2 _+ ?+ }5 }3 L  D. i& L$ E
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   8 A+ O. Z3 U7 l  z6 K
9. |                                                        |
   
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    7 R* ]% k  P/ S3 l5 B
11. |                                                        |
    
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    3 ^$ [1 J2 e4 {7 N: P' O' ]
13. |                                                        |
    ; E+ A- I, ~3 m7 _% f
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    + a: B$ T- u# X- m5 E0 {' w
15. |                  STC15W204S                |
    
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    
17. |                                                        |
    
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    % x. {5 Y2 ~4 _
19. |                                                          |
    : O2 X: m6 E1 T9 {$ Z
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    7 v4 s* h  g+ J
21. |                                                        |
    8 l* U2 ^! O0 ~# q( R+ {
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    , ^. [' P4 v5 |9 f" m: l
23. *---------------------------*
    6 w2 x/ b8 M3 G2 e1 k) ^: O) S: Z
24. Fosc = 12MHz
    4 C0 z5 p5 `  ~( P/ O. L4 V
25. 
    ! O7 l. e7 d6 Y' [* ~4 D! x
26. P1.0 -> 上
    3 Z, s- P. Z) `# I# i5 o/ k1 t
27. P1.1 -> 左
    " T5 f$ v: f/ g2 A$ n6 H
28. P1.2 -> 下
    ( f/ e4 j! K0 v* t) ~
29. P1.3 -> 右
    
30. P1.4 -> SEL
    5 j; q6 B: B& S  \. [8 E
31. P1.5 -> STA
    2 Y/ W9 h  U0 U* p  u
32. P5.4 -> B
    ! e$ n4 j8 p- q. g# S
33. P5.5 -> A
    1 ~8 ]9 m  a5 ?3 ~4 z* Z- r
34. 
    
35. */
    
36. 
    
37. 
    . k, t$ o4 H# w
38. sbit CLK        = P3^2;
    # h8 j  n, B- p) G. s$ p; W8 G
39. sbit LATCH        = P3^3;
    1 F  U7 c0 M) i9 h( G, C
40. sbit DATA        = P3^6;
    ( W3 Y, s7 L, Z8 i# \" V2 ^+ j
41. 
    $ ^5 s& Q- A4 y* i
42. bit isReady = 0;
    ; z! {6 O' [# x1 K* X
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
    , b1 x# `0 l9 L. o. t
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
    % q8 p; a& ?( r
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
    4 H: j( U7 B& P. j$ K
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
    . b2 b, t' _6 d0 s! |  ?, v
52.         P1M0 = 0;
    3 V8 I8 V  _( ~( _
53.         P1M1 = 0;
    
54.         P1= 0xFF;
    
55.         P5M0 = 0;
    
56.         P5M1 = 0;
    & J. z* D- A( y& v
57.         P5= 0xFF;
    0 {  q3 n0 d  h4 @0 i
58.         // P3口初始化为准双向
    % s# Q/ @3 {- W% b
59.         P3M0 = 0;
    
60.         P3M1 = 0;
    
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
    / O+ h8 [2 k5 ?( r/ `: q
66.         IT0 = 0;
    
67.         // 允许INT0中断
    
68.         EX0 = 1;
    
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
    ) n) V) G5 c. A8 o6 H1 g& T6 d
72.         EX1 = 1;
    
73.         // 开启全局中断
    
74.         EA = 1;
    
75. }
    $ H/ x8 b9 e& i$ w" E6 C; v
76. 
    
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    4 Z+ z0 j, }* u5 C( Z. g
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    . c4 H  N8 Q! h9 `4 l; e
79.         if(isReady == 0)
    3 f5 J1 w5 o; B. M3 k
80.                 return;
    2 P( v: b* C* X) |
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)
    ( _! w4 j. S9 ~$ B  p1 O
83.                 return;
    ' N& L% T9 |$ Q! R* e; o7 `' _
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
    
85.         idx++;
    " @  t1 R" v- x7 x
86.         DATA = key & mask[idx];
    , e' Y: v* _; q4 N
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;
    , }: w, k8 D6 d* t( @5 A7 B
90. }
    * X' k" f$ l3 S  ]+ x9 |1 d
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
    
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;
    $ F( ?2 }3 c0 Z1 ~
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;
    4 M' u. B' W: M
100.         // 允许CLK进行移位
     
101.         isReady = 1;
     . ?" b& }/ N* t  U* t9 q
102. }
     : d( r% @6 G5 G- m$ F  n3 A6 e
103. 
     ; k1 y, ]- N* F1 o. T" U' u
104. void main(){
     
105.         GPIO_Init();
     
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     4 S5 O6 \8 w/ a$ t
108.         while(1){
     8 {7 C" [/ r" L; g
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     
110.                 //_nop_();
     . r/ e; s+ X1 x; w. l
111.                 //_nop_();
     
112.                 //_nop_();
     
113.                 //_nop_();
     
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     2 g1 x. z. h$ T- g; A2 \* R
115.                 bufReady = buf;
     0 b6 N( I3 u& }) J5 Z3 r2 M  w
116.         }
     
117. }
     : w) }$ T" P: U0 W2 G

复制代码

5 x" J3 x; }9 g- {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
% I- Q# H( x! j0 X6 e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
6 x+ w! ~% \1 ^6 R* ~精彩，楼主动手强，也写得很详细。
1 a3 I/ O# ~1 d* ]2.4G方案是目前无线的最低延迟吗？

& ]! i7 u3 @. b+ 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。
' q. P5 Q6 T' c4 F2 ~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 j; M- C1 p" V2 E, D0 L3 Y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
# M) A5 \& p; i2 N5 l) |! V$ l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。
0 T6 a; j- L7 B, c( X两个板子倒是有十几张剩余。
4 J& E# ]9 ^7 _  {" ]6 N; G$ s! @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
8 W$ H2 F, t9 o/ }. ?" c# t7 t* o) j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！
! E2 u& w* V, S, o# v# l& M6 j5 h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。