自制FC无线手柄

雷精灵2046

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。
3 @6 W9 I8 P  e- }% m6 L; I
! w. X) T$ ~# ^( b- R2 \( N
  N0 E  j  @7 ~1 ]4 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。
* ~) t$ S! e, b* h  [6 R; C6 V
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。
) N2 V) O9 D) L1 x% S) w' @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？
/ M+ e1 B% ?# U& P) B* H' g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。
- F6 W8 a$ J' V+ R0 c6 h. o( M

" I+ R" [8 i0 O+ w4 L9 }* o- {2 L: Z
" S% \$ [/ D# N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。
" v  g6 B8 o$ C7 \) j

完工！

. J/ q; }2 w$ ^7 d6 N' W
$ F+ x9 l: R$ P  q* U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。
9 v) y6 g: I' X0 w4 F

# n2 j3 s2 R7 w, _" c+ K9 i! i
" O( h% w4 d) 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。
. `" d" g. [9 r( D# D
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。

* }+ a, L0 p6 I4 E& j这是电路图，有兴趣的朋友可以参考。


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。
4 ]6 ^* b) x2 D& P* d/ t
6 k8 {  H+ j8 f' k! q发射端：
$ r+ v8 w; A$ k: X0 M( Y1 O9 a  m$ i4 q

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   4 j& s9 P# @& T2 E
4. 
   
5. /*
   
6. --------------------------
   5 F- L* H  [: e* ^# p+ y% l- ]
7. |1 (OUT)        \__/   (INT1) 8|
   + x3 r; K8 q) @1 K! I
8. |                                                   |
   
9. |2 (VCC)                   (INT0) 7|
   * o  e6 o; g$ ?+ ~! ]
10. |                 STC15W204S                   |
    
11. |3 (LED)                         (TXD) 6|
    . Q8 k2 p% j+ b; E
12. |                                                   |
    5 v" w) Q- l# i" a# E! y$ ]. `
13. |4 (GND)                         (RXD) 5|
    
14. --------------------------
    3 a. e: u, ~2 f. @3 R& d- w
15. 
    
16. LED ---|<|---[===]--- VCC
    ' C+ K- m. b7 O( a
17.            Red          330
    
18. 
    5 n" r2 `( Z2 u, U4 w$ Z  V8 Y
19. Fosc = 6MHz
    
20. */
    
21. 
    
22. 
    7 u. q1 u% x+ ^
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;
    0 E' j; I4 Q/ a' W6 ]
27. 
    - }" T: n6 m% o; c9 y
28. // 停机标志位
    7 b5 Q3 I% o; g% `- a/ F
29. bit isReadyToHalt = 0;
    
30. 
    
31. // 矩形波次数累计
    
32. static volatile unsigned char count = 0;
    ; e9 {4 a1 H) l
33. 
    / i+ l8 ~' N# f. p0 Y) D+ ^
34. 
    
35. static void GPIO_Init(){
    0 x+ |3 q/ R% V8 l$ }) H
36.         // P3口设置为准双向，默认靠内部弱上拉输出高电平
    , u& Y( E/ Q' X& q
37.         P3M0 = 0;
    ! v3 _: _1 t+ t, U! I  D$ Z; }
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
    " h( D: x3 ?. X" ]$ K6 y
41.         P5M0 = 0;
    3 B9 i' k7 t, k* ^; b7 [" s( v6 q
42.         P5M1 = 0;
    
43.         P5 = 0xFF;
    ! S2 N" y9 S7 Y# X$ y
44. }
    
45. 
    
46. static void Timer0_Init(){
    1 ?! o; }* P# S" \
47.         // 16毫秒@6.000MHz
      k2 H$ C# ^( u4 o& u* Q5 i+ m
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
    
51.         TH0 = 0xE0;                // 设置定时初值
    ; I6 j- j" i) n1 E- r
52.         TF0 = 0;                // 清除TF0标志
    " R  H) n/ h/ V7 Y! `7 y% r" u
53.         TR0 = 1;                // 定时器0开始计时
    9 h4 O. x( v+ W0 J& m. O
54. }
    4 H6 |* m  a) b* o3 \
55. 
    6 G/ C" U6 b, O3 K9 }" \: _  ]
56. static void Interrupt_Init(){
    
57.         // INT0中断触发类型为下降沿触发
    8 Z+ }) V( E, H
58.         IT0 = 1;
    
59.         // 允许INT0中断
    - ~% Y: P+ k0 ], T
60.         EX0 = 1;
    5 y& d& {' z' P$ G/ r0 J
61.         // INT1中断触发类型为下降沿触发
    7 L. N  u8 A9 I, C9 |3 T; X0 g/ m6 V
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
    ( q; t4 N2 N/ O  h+ m5 x; p
68.         EA = 1;
    # b. v& x- ~; {5 {( R+ c2 w
69. }
    1 Z$ A" |7 U: L" f
70. 
    
71. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    
72.         // 矩形波次数累计归零
    ' [; ]4 C8 _- K# \; s
73.         count = 0;
    
74.         // 重开定时器0中断
    
75.         ET0 = 1;
    6 L2 U4 H/ v7 ?8 O
76. }
    
77. 
    ( s, N$ b4 e4 Y- V+ s: w
78. static void Timer0_Isr() interrupt 1{
    
79.         // 输出矩形波
    5 g8 W+ U* s3 U. a- I" \  P; d
80.         OUT = ~OUT;
    
81.         // 累计矩形波次数
    7 ?3 h0 `5 q" ~( W" r
82.         count++;
    
83.         // 超过250个矩形波，准备停机
    
84.         if(count > 250){
    , t; \3 ]7 t7 f3 m5 X- B& c
85.                 count = 0;
    
86.                 isReadyToHalt = 1;
    
87.         }
    5 x9 ?' w4 W. i/ s4 E: W. k- m
88. }
    
89. 
    # I8 L5 O* _; B
90. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    / K: {  g% K: f% B/ |
91.         // 矩形波次数累计归零
    
92.         count = 0;
    $ t) E8 k0 X) @" C- m7 a
93.         // 重开定时器0中断
    * t$ w) Q+ n, i9 R5 i4 o
94.         ET0 = 1;
    . U* k. S! S8 C# @) F% j8 x- z$ {
95. }
    7 J( I$ g9 Q( w8 U: ]0 Y
96. 
    ' d% j. k8 s: Z( x: V
97. 
    * L# ?; ?1 q1 c# v' G
98. void main(){
    7 x4 q9 n  F, z* f0 U+ {
99.         // 初始化P3和P5口
    
100.         GPIO_Init();
     
101.         // 初始化定时器0
     
102.         Timer0_Init();
     9 o, s& X+ f& l/ ~" Y" ?
103.         // 初始化中断
     8 `1 A( q( y, ?6 `. c9 ]: B0 m
104.         Interrupt_Init();
     " g: F! l$ b% ^$ b8 n5 |
105.        
     4 w* p1 k& c  j2 ?' O
106.         while(1){
     3 H# |  `9 r) \9 Y: [
107.                 // 检测电量
     
108.                 if(PCON & (1 << 5)){
     9 ~9 W1 ]# g+ O' m* N0 O: _
109.                         // 如果电量低，低压指示灯亮
     
110.                         LED = 0;
     % D; R7 C; b0 P2 x; F! j
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;
     , M8 N! W4 e0 ^/ J0 O' D7 \
116.                 }
     * d9 T2 a( o( E  y% p* y7 a1 ^
117. 
     8 M  a  v" U0 ?; c& F
118.                 // 检测到停机标志
     2 m; t$ n/ g1 e4 }2 x$ K
119.                 if(isReadyToHalt == 1){
     6 R. P( F6 n! p# j! W: W2 ^
120.                         // 暂时关闭定时器0中断
     
121.                         ET0 = 0;
     8 j. D1 R' T; x0 Y4 s3 n
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
     7 r$ o3 t4 y# l% L& y5 m
123.                         OUT = 0;
     # K: F8 n+ ]( E, b; N
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
     
127.                         PCON |= 0x02;
     
128.                         _nop_();
     . V0 I2 T' H( y" j! S2 ~: ^' ]
129.                         _nop_();
     / _. C0 X. B8 D4 E% w# M$ \3 V: D
130.                         _nop_();
     
131.                         _nop_();
     ( V; s( Y8 Q1 {) y! V% C) A
132.                         // 唤醒，清标志位
     " e2 A6 D- ~2 P) q" x
133.                         isReadyToHalt = 0;
     5 ]' t8 E! F1 G/ T) u& _0 k' o
134.                         // 重开定时器0中断
     5 R' I* H. I$ X3 C) k( ^2 a- R
135.                         ET0 = 1;
     
136.                 }
     : Z7 I# `' ]6 v* Y+ l
137.         }
     
138. }
     2 c0 ^/ l( `: J7 T

复制代码

' I+ ?! x2 f: y: w. N+ O硬件参数配置：


接收端：
5 o5 ?- F6 w! Y0 n' h9 L: e* d

1. #include <INTRINS.H>
   
2. #include "STC15W.h"
   
3. 
   & `' K. f: @9 y4 D6 z( l* Y% @
4. 
   
5. /*
   
6. 
   
7. *---------------------------*
   
8. |1 (GPIO2)         \__/  (GPIO1)16|
   
9. |                                                        |
   
10. |2 (GPIO3)                   (GPIO0)15|
    7 y# j9 Y* c3 t; u3 E# A
11. |                                                        |
    8 m) {' K) W0 N; ?$ s  n: i
12. |3 (GPIO4)                                  14|
    ( U2 p' ^8 ?4 \0 S  G
13. |                                                        |
    & \! g8 D7 v" ?& \5 }
14. |4 (GPIO5)                        (DATA)13|
    # h4 p* K, ?- ]  e5 E7 f5 ?
15. |                  STC15W204S                |
    6 V/ o; l4 Z& {0 v1 x
16. |5 (GPIO6)                   (LATCH)12|
    9 M+ }  {6 V  g0 h9 p4 n5 D/ z
17. |                                                        |
    
18. |6 (VCC)                         (CLK)11|
    * z  X0 m6 e' G+ ]0 |3 x% z
19. |                                                          |
    & N! L) N. x$ Z9 b
20. |7 (GPIO7)                         (TXD)10|
    7 c8 R" L" l" i) \7 ^: E3 P/ B
21. |                                                        |
    
22. |8 (GND)                         (RXD) 9|
    : z( K  X* }0 j; T* X6 r
23. *---------------------------*
    9 y- \9 }, K) G& h
24. Fosc = 12MHz
    ! Z) `* W; ~$ L% |
25. 
    + L* H! q2 F, i8 w) u9 t
26. P1.0 -> 上
    
27. P1.1 -> 左
    
28. P1.2 -> 下
    
29. P1.3 -> 右
    ) k6 T7 K" J5 E8 b; D2 C. e
30. P1.4 -> SEL
    
31. P1.5 -> STA
    ) |" a! G2 R# M% b# M
32. P5.4 -> B
    . M+ V7 t+ v) _" g; }! r* T
33. P5.5 -> A
    
34. 
    
35. */
    $ v  ~: x# a( }
36. 
    ; h2 o# H1 E, M+ T! k
37. 
    ' \& o1 e/ K( _+ S
38. sbit CLK        = P3^2;
    ( O) K6 s8 ^& x# |' s% ~$ H. B6 y: Y
39. sbit LATCH        = P3^3;
    
40. sbit DATA        = P3^6;
    8 o8 i( c5 U) g  D* u5 H
41. 
    . W2 @% e: Y$ [  o: r  a
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
    
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
    ' U9 s% F6 H" T, Q  x$ V# T; t
52.         P1M0 = 0;
    
53.         P1M1 = 0;
    
54.         P1= 0xFF;
    
55.         P5M0 = 0;
    
56.         P5M1 = 0;
    0 Y3 T9 {, \6 l( U- M% l7 t  q6 r
57.         P5= 0xFF;
    
58.         // P3口初始化为准双向
    
59.         P3M0 = 0;
    
60.         P3M1 = 0;
    
61.         P3 = 0xFF;
    / U5 H. b( K) Q$ f4 n# @
62. }
    $ H8 z# x  v. @& h: Q
63. 
    
64. static void Interrupt_Init(){
    ) z! P6 F; H, f5 \
65.         // INT0中断（CLK）触发类型为上升沿+下降沿
    
66.         IT0 = 0;
    6 w+ o4 a4 M$ {$ J( b
67.         // 允许INT0中断
    ( c1 \5 a7 F% [  u) K* r
68.         EX0 = 1;
    5 H6 B4 S" Y+ L
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
    * ]8 Y& k# d  _# D! o+ J* V
72.         EX1 = 1;
    & O  d4 l) ]  {/ g, d
73.         // 开启全局中断
    6 }" e! s& t( }. g4 J; q
74.         EA = 1;
    
75. }
    ; [5 r% l0 h, a( }
76. 
    
77. static void INT0_Isr() interrupt 0{
    , p/ t3 H5 F. u" F% k" H7 ~
78.         // 只有已经成功锁存才允许CLK移位
    
79.         if(isReady == 0)
    
80.                 return;
    % b( Y6 v: U6 ?6 t3 v3 O1 V
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;
    $ G2 h) J7 Z1 Z1 }
84.         // CLK上升沿到来的时候，取锁存值的下一位输出
    ' b/ b$ T0 t& `3 K; j
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
    
88.         if(idx >= 7)
    / u% T+ |& Q4 D+ E
89.                 isReady = 0;
    , t% L7 W: M7 Q8 _( n
90. }
    $ v- m& r) t! e3 H7 f
91. 
    : f& J9 y$ W3 C( I
92. static void INT1_Isr() interrupt 2{
    ! t$ M1 q& ]% L: U0 p) X
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;
    5 W/ s& S5 n, e- g3 v9 s
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
    ) d. ?4 z9 D2 _
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
    6 \- J4 J+ i7 \& g+ @# Y' i0 I6 T/ S& [
99.         idx = 0;
    
100.         // 允许CLK进行移位
       D7 d5 l& ]( Y. g
101.         isReady = 1;
     9 I  p+ ?! T3 r) {3 Q2 f3 d. A  p  P
102. }
     
103. 
     
104. void main(){
     ) e$ \, c& l) A, S5 s/ ?
105.         GPIO_Init();
     
106.         Interrupt_Init();
     
107.        
     
108.         while(1){
     ! y9 N/ g% @! u  F5 l
109.                 //PCON |= 0x01;        // 进入省电模式
     
110.                 //_nop_();
     % [2 h  e2 b# E5 R! }
111.                 //_nop_();
     
112.                 //_nop_();
     " K8 c$ H/ J9 Q9 U
113.                 //_nop_();
     
114.                 buf = ~((P1 & 0x3F) | ((P5 << 2) & 0xC0));
     3 v$ x0 t  ~. Y+ I+ Z- J. ]
115.                 bufReady = buf;
     
116.         }
     
117. }
     / f% D- I8 a4 }2 h4 ?

复制代码

9 `; m$ j! b, T# @. A9 |% S! p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。 ...

8 q. k4 ]  r/ \1 N. P+ a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。
1 o; H2 G6 l6 E* T$ h0 [8 b1 R2.4G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
& @- `- v+ X' t2 x2 t7 \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。
' w  F& ?: T1 F( u( P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
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。
9 [% h5 j4 j* Y- }3 d: e: v. Y7 o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！
  j( t6 r* _- [8 s' U# O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。