自制FC无线手柄

雷精灵2046

  O! L: y0 c6 h* x& L9 M2 M0 e7 Y3 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。

! A$ L* R# f6 ~' \8 d) o( B
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。

) U& A* j0 d9 S; |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？
. \5 T/ Q1 t% m: [" W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。


! G$ g0 @- @) V% J5 w: J
3 i) y8 {# r, j. h* h4 U5 w/ \$ q8 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。
8 j1 e: }6 L5 x3 N
& i" N" f: \# R: }! t2 L- M
( x; }% j. _; z# F7 o  H1 C! G! O' M完工！
/ B& W7 ^* B/ f1 X) A
+ }- p: F$ T: H* S, Q1 z
# {( S# ?5 `* S3 _4 Z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。
" j* J! c2 `1 s
6 r9 P6 p+ ]+ J/ G9 _$ T0 o/ j9 `& M
4 x" @- D5 `. h  X" x+ n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。

2 e& M8 k& g' g: {0 b9 \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。
& V* a' c9 X. J
这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。
0 i) A  h8 B% j, t4 R. B
% i8 O1 D. Y: n
8 d; T. i5 f) X+ K) K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>
   ! r4 x6 }$ q& o
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   
4. 
   : q9 r6 }; q( S8 ~: d
5. /*
   
6. --------------------------
   . h: H9 J: v2 o
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   7 o7 e0 Q. I% f& i* J
8. |                                                   |
   
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   
10. |                 STC15W204S                   |
    0 ~+ h* s  _) |& G5 m& p8 F7 C
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    9 q6 V+ N. {$ p9 R1 D
12. |                                                   |
    
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    
14. --------------------------
    8 m+ v2 `* J* G3 \
15. 
    " P6 C& l  X2 J
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    
17.            Red          330
    : b( F% q5 X( R% f
18. 
    ; D; S) ]1 F- p+ V& |
19. Fosc = 6MHz
    ! z3 y2 K7 g4 Q3 T8 _3 |2 q' P+ s
20. */
    9 y' T/ ~7 k8 \4 a9 X# ?
21. 
    * f( J4 ]# m# l# t+ O4 t3 P. ?0 o
22. 
    
23. // 矩形波输出脚
    , l; v$ |" F6 `0 f' l
24. sbit OUT = P5^4;
    
25. // 低压指示灯引脚
    ' C! C$ f" d8 v
26. sbit LED = P5^5;
    5 X" t( c$ \: V0 I& L
27. 
    
28. // 停机标志位
    
29. bit isReadyToHalt = 0;
    + O+ i. v9 ]' H0 H! G0 e; L
30. 
    
31. // 矩形波次数累计
    
32. static volatile unsigned char count = 0;
    7 e: F1 e) w( e, Y6 z
33. 
    ) Q8 r* p$ U5 `) F
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;
    0 S! s( L9 y$ ~7 Y
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
    $ a# X) R, j: g
41.         P5M0 = 0;
    ! C& N- d, D$ V
42.         P5M1 = 0;
    8 E. ~. w) ^1 z* k, q
43.         P5 = 0xFF;
    
44. }
    
45. 
    
46. static void Timer0_Init(){
    4 }  ?* g0 \6 A; t
47.         // 16毫秒@6.000MHz
    ; o+ U2 g: x- ?2 q- i) q7 S
48.         AUXR &= 0x7F;        // 定时器时钟12T模式
    
49.         TMOD &= 0xF0;        // 设置定时器模式
    + N5 ?* ]  c* y: G9 ]
50.         TL0 = 0xC0;                // 设置定时初值
    
51.         TH0 = 0xE0;                // 设置定时初值
    4 r" ^3 }7 E! K  H! f& U
52.         TF0 = 0;                // 清除TF0标志
    
53.         TR0 = 1;                // 定时器0开始计时
    " Y. L6 J, O# c5 V/ {
54. }
    
55. 
    : p( S2 @( W0 ?% q
56. static void Interrupt_Init(){
    8 G6 `; p/ v1 W
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    ) W- m" S! a: H- q
58.         IT0 = 1;
    ' e3 ^2 ]/ o" @
59.         // 允许INT0中断
    
60.         EX0 = 1;
    ; c/ g0 u3 G( W) z( e
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    
62.         IT1 = 1;
    9 X/ a2 R: @; C. `4 y4 d
63.         // 允许INT1中断
    1 ]4 ?  D' h8 Y8 t3 j- A+ N6 ]
64.         EX1 = 1;
    
65.         // 允许定时器0中断
    . g- u: F, Q2 c; U+ S' K7 L
66.         ET0 = 1;
    
67.         // 允许全局中断
    8 e9 B4 j$ G, p% V0 d; F4 v
68.         EA = 1;
    ; `/ H& a, s( I# {# p( k
69. }
    # P5 Q! R* u. C% L$ Z
70. 
    
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
72.         // 矩形波次数累计归零
    
73.         count = 0;
    
74.         // 重开定时器0中断
    " ~$ ~, t! I' ?; i9 ^
75.         ET0 = 1;
    + U) ]1 z9 z7 a6 y
76. }
    5 f) W/ V7 c2 B
77. 
    6 c4 P0 D0 Y6 O; f5 U
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    
79.         // 输出矩形波
    
80.         OUT = ~OUT;
    
81.         // 累计矩形波次数
    : o. n0 [& b. P' N1 Y/ l: e* t
82.         count++;
    
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    $ d$ A* y/ L" F# h" \2 ?/ K
84.         if(count > 250){
    7 `8 z( H0 h3 v# F
85.                 count = 0;
    ! w- A8 U' z* i+ k2 I
86.                 isReadyToHalt = 1;
    . d6 ~/ M7 }4 R; n! J* P9 R
87.         }
    
88. }
      T# e2 f( `/ @# D( X, f% N, h
89. 
    ' D3 x& @2 N$ M% A- A% r1 {
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
    + i( I. ^1 q  a9 j5 m$ w
94.         ET0 = 1;
    
95. }
    / H2 E  R! |7 U8 Q& i
96. 
    
97. 
    1 w  f4 d! u# E# ?" h
98. void main(){
    
99.         // 初始化P3和P5口
    
100.         GPIO_Init();
     
101.         // 初始化定时器0
     # o" X9 `4 B6 k* P  A
102.         Timer0_Init();
     
103.         // 初始化中断
     : J) y9 A* H" X, O* I
104.         Interrupt_Init();
     
105.        
       f& @7 K! n$ p4 S' j& ^. h
106.         while(1){
     ) m* L7 D; m$ ^/ f
107.                 // 检测电量
     
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     7 ?' }8 ]( @0 |$ I) H4 O' ]
109.                         // 如果电量低，低压指示灯亮
     " Y- O/ j; r4 y
110.                         LED = 0;
     
111.                         // 清电量检测硬件标志位
     
112.                         PCON &= ~(1 << 5);
     
113.                 }else{
     ( q/ _' I# t9 q0 A% p' b! G. Z
114.                         // 电量正常，低压指示灯灭
     - H( e2 `6 \; z) k& R9 w2 v
115.                         LED = 1;
     ! d. e. r, k9 r1 l; u4 w: R
116.                 }
     
117. 
     
118.                 // 检测到停机标志
     
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     % g5 g1 J& _) s  D
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     
121.                         ET0 = 0;
     
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
     : r+ q2 c/ q9 {  N4 t- e& M; a7 i4 f+ X
123.                         OUT = 0;
     ; L2 W0 a% W- q; j5 m. O
124.                         // 停机之前先把低压指示灯灭掉，以省电
     
125.                         LED = 1;
     
126.                         // 进入停机模式
     . s/ }; S6 N: l# _; }
127.                         PCON |= 0x02;
     ( `. Q* R6 v! [6 Q9 `& f
128.                         _nop_();
     8 F9 R# \3 r3 w& S! r$ g, C
129.                         _nop_();
     2 }+ j- q/ t0 S4 |
130.                         _nop_();
     
131.                         _nop_();
     6 q  \9 O/ A4 t# u2 y
132.                         // 唤醒，清标志位
     , W$ f# j4 C5 i1 q2 [
133.                         isReadyToHalt = 0;
     
134.                         // 重开定时器0中断
     
135.                         ET0 = 1;
     5 n: r: L, b/ M1 A& M; J, v$ u
136.                 }
     
137.         }
     
138. }
     

复制代码

1 M" x3 Y; a) m% t硬件参数配置：
5 d# G1 n# f! E) m- X

接收端：

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   ! _: m' b% j: P  R! _) W! R
4. 
   
5. /*
   
6. 
   
7. *---------------------------*
   * S, f, H9 [2 n1 J+ B6 m
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   
9. |                                                        |
   
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    6 D/ ?; [% L" T  m9 l8 p1 ~
11. |                                                        |
    
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    ! W3 Q! |/ h3 U. e9 g
13. |                                                        |
    0 T, p3 u1 L* D) j
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    
15. |                  STC15W204S                |
    
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    
17. |                                                        |
    
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    * I* u% R+ m# B8 Y
19. |                                                          |
    * u. I6 |8 F4 D. d, i* [8 ]9 Y3 S  Z
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    
21. |                                                        |
    % p# s* E6 T; A# _3 \
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    - j! q/ [: ~; k
23. *---------------------------*
    1 E4 m$ k! a- N3 v
24. Fosc = 12MHz
      h# O) a; K4 t
25. 
    
26. P1.0 -> 上
    0 g7 m9 f) l/ |- }
27. P1.1 -> 左
    
28. P1.2 -> 下
    ) c* h2 m. B$ x  O4 h
29. P1.3 -> 右
    
30. P1.4 -> SEL
    
31. P1.5 -> STA
    ! z% c0 `* t1 Y8 {$ }. y
32. P5.4 -> B
    
33. P5.5 -> A
    
34. 
    / o! A# [( b# A( w' W9 h
35. */
    0 `% C+ G7 y( Z+ P, [4 F
36. 
    
37. 
    3 ~0 O% P. X4 V7 U  C
38. sbit CLK        = P3^2;
    2 D  h. c- k5 J. g9 y
39. sbit LATCH        = P3^3;
    ( K1 b  j. J0 l6 i+ ?! y+ i( y# u- @
40. sbit DATA        = P3^6;
    
41. 
    % X- `! Z1 w, J) b5 b: n" M
42. bit isReady = 0;
    / J4 y: F/ Y/ K) ?( b
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
    ) v  i# G) H$ _9 a' ]
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
    . {: Y, s( S# H  `; {9 n
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
    2 P/ u8 C/ q8 P, l
47. static unsigned char idx = 0;
    
48. 
    & u, h: ~& n- d: P) j  i0 F  d
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
    ( U/ q8 K4 ~& I* Z" x6 g/ e, J
52.         P1M0 = 0;
    
53.         P1M1 = 0;
    - z1 }. J6 Z5 j0 _' ]" ]2 _. J' N
54.         P1= 0xFF;
    
55.         P5M0 = 0;
    8 z. q1 [, Q  X( S" ]7 f
56.         P5M1 = 0;
    
57.         P5= 0xFF;
    
58.         // P3口初始化为准双向
    
59.         P3M0 = 0;
    0 o, i$ s0 j- U. q
60.         P3M1 = 0;
    
61.         P3 = 0xFF;
    
62. }
    
63. 
    
64. static void Interrupt_Init(){
      E- M: }" ?( S
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    0 c7 k: v: X" G) ~% F
66.         IT0 = 0;
    # m, k9 W2 G8 I0 l- a
67.         // 允许INT0中断
    
68.         EX0 = 1;
    % z" r& H1 j* [1 z+ D0 u  r6 [8 Y
69.         // INT1中断（LATCH）触发类型为上升沿+下降沿
    ' ?: v8 y; O7 M3 X9 M4 y3 e
70.         IT1 = 0;
    9 c* H5 [: S/ F& q9 G; ]
71.         // 允许INT1中断
    : O. P! `3 d6 J% V
72.         EX1 = 1;
    - t+ j; G: Y& h( _! x
73.         // 开启全局中断
    ( @+ W+ ^: R) X) o
74.         EA = 1;
    ; y& d7 t  J0 i8 j& S$ Q
75. }
    6 c1 r1 s" g) J1 h
76. 
    
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    5 k) r/ X, S6 i6 j5 E' M! c' T8 k2 v: J
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
    1 \7 [' g" n( a3 f" Z/ Q
82.         if(CLK == 0)
    2 F" C; c; ~# T% [' @, D
83.                 return;
    2 c" ?; R$ x. Q9 S( c4 a2 l
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];
    
87.         // 如果已经完成7次移位，则一轮读取完成
    , p/ k# A( p! u
88.         if(idx >= 7)
    
89.                 isReady = 0;
    
90. }
    
91. 
    
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    ' G6 Z: G% \7 x( n
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;
    8 U9 j2 R2 V! a3 f; n; ~
98.         DATA = key & 0x80;//mask[0];        // 为了加速运算，直接取表中的值而不是读表
    6 j0 ~" R- F$ {
99.         idx = 0;
    
100.         // 允许CLK进行移位
     7 l- U0 D5 r* i
101.         isReady = 1;
     0 V$ V/ t) R, |3 O
102. }
     
103. 
     
104. void main(){
     + ^9 w3 O# y2 M5 m" O
105.         GPIO_Init();
     # C4 B6 m: p$ i
106.         Interrupt_Init();
     % R; o+ W& o9 L2 L5 I* M5 X9 p
107.        
     1 F0 F+ z. K. X( |, y
108.         while(1){
     
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     
110.                 //_nop_();
     / H7 ?9 y3 P9 h0 o
111.                 //_nop_();
     3 z0 n. D- g1 U" ~8 M
112.                 //_nop_();
     . `( {* z2 R4 O, l0 \8 {( W7 V) }3 f
113.                 //_nop_();
     
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     + U' w- g0 c) \# O* U8 h+ A& |
115.                 bufReady = buf;
     
116.         }
     9 v5 H7 i, _$ n; m' x
117. }
     % X* N" g5 G5 C5 L2 W" b

复制代码

硬件参数配置无特殊要求，晶振频率选择12M即可。
4 g7 g( ^) D% p  [  F* u8 d
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。 ...

" S8 P3 _/ Y6 |, @6 y7 s7 z7 a' c. B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。
7 F8 }6 i$ _( }' R/ t; {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
$ f* U- C7 o! `* J: x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？

. w( l' Z0 V4 \1 E" ]1 x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。
; z! f5 Y& E( l9 y$ \- g* Y8 o! _( y) r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
( C; |& w- A( o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。 ...

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。