PS2游戏手柄——基于STC15W4K32S4

PS2游戏手柄

1 PS2介绍

PS2手柄是日本SONY公司的PlayStation2 游戏机的遥控手柄。索尼的 PSX系列游戏主机在全球都很畅销。不知什么时候便有人打起 PS2手柄的主意，破解了通讯协议，使得手柄可以接在其他器件上遥控使用，比如遥控我们熟悉的机器人。突出的特点是这款手柄性价比极高，按键丰富，方便扩展到其它应用中。

2 PS2通讯协议介绍

PS2采用的是SPI通信协议，SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线（DI、DO、CS、CLK），节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间。


PS2接收器上一共有九根引脚，按上图从左往右，依次为：

1.DI/DAT：信号流向，从手柄到主机，此信号是一个8bit 的串行数据，同步传送于时钟的下降沿。信号的读取在时钟由高到低的变化过程中完成。

2.DO/CMD：信号流向，从主机到手柄，此信号和 DI相对，信号是一个 8bit 的串行数据， 同步传送于时钟的下降沿。

3.NC：空端口。

4.GND：电源地。

5.VCC：接收器工作电源，电源范围 3~5V。

6.CS/SEL：用于提供手柄触发信号。在通讯期间，处于低电平。

7.CLK：时钟信号，由主机发出，用于保持数据同步。

8.NC：空端口。

9.ACK：从手柄到主机的应答信号。此信号在每个8bits数据发送的最后一个周期变低并且CS一直保持低电平，如果CS信号不变低，约60微秒PS主机会试另一个外设。在编程时未使用ACK端口。（可以忽略）

时钟频率 250KHz(4us)，如果接收数据不稳定，可以适当的增加频率。 在通讯过中，
一串数据通讯完成后 CS 才会由低转高，不是 1 个字节通讯完成后就由低转高，在通讯期
间，一直处于低电平。

在时钟下降沿时，完成数据（lbit)的发送与接收，发送和接收是同时完成的。当单片
机想读手柄数据或向手柄发送命令时，将会拉低 CS 线电平，并发出一个命令“0x01”；手
柄会回复它的 ID “0x41=绿灯模式，0x73=红灯模式”；在手柄发送 ID 的同时，单片机将
传 送 0x42,请求数据；随后手柄发送出 0x5A，告诉单片机“数据来了”。
idle:数据线空闲，该数据线无数据传送。

一个通讯周期有 9 个字节（8 位），这些数据是依次按位传送。

注意的是：

1. CS线在通讯期间拉低，通信过程中CS信号线在一串数据（9个字节,每个字节为8位）发送完毕后才会拉高，而不是每个字节发送完拉高。

2. DO、DI在在CLK时钟的下降沿完成数据的发送和读取。
   下降沿：数字电平从高电平（数字“1”）变为低电平（数字“0”）的那一瞬间叫作下降沿。

3. CLK的每个周期为12us。若在某个时刻，CLK处于下降沿，若此时DO为高电平则取“1”，低电平则取“0”。连续读8次则得到一个字节byte的数据，连续读9个字节就能得到一次传输周期所需要的数据。DI也是一样的，发送和传输同时进行。

具体的通讯过程如下：

以STC15为例：

1、首先STC15拉低CS片选信号线，然后在每个CLK的下降沿读一个bit，每读八个bit（即一个byte）CLK拉高一小段时间，一共读九组bit。

2、第一个byte是STC15发给接收器命令“0X01” 。

3、PS2手柄会在第二个byte回复它的ID（0x41=绿灯模式，0x73=红灯模式），同时第二个byte时STC15发给PS2一个0x42请求数据。

红灯模式时：左右摇杆发送模拟值，0x00~0xFF 之间，且摇杆按下的 键值 L3 、 R3 有效；
绿灯模式时：左右摇杆模拟值为无效，推到极限时，对应发送 UP、RIGHT、DOWN、 LEFT、△、○、╳、□，按键 L3 、 R3 无效。

4、第三个byte PS2 会给主机发送 “0x5A” 告诉STC15数据来了。

5、从第四个byte开始全是接收器给主机发送数据，每个byte定义如上图，当有按键按下，对应位为“0 ”，例如当键“SELECT”被按下时， Data[3]=11111110。

对于整个通讯过程，你理解成下面的一段对话：

---

拉低CS，表示开始数据通信

---

byte 0 :
STC15（DO） : 0x01 ------------------------- [现在开始通信]
PS2手柄（DI） : 空 ---------------------------- [空]

---

byte 1 ：
STC15（DO） : 0x42 -------------------------- [请求发送数据]
PS2手柄（DI） : 红灯0x73
            绿灯0X41---------------------[现在的ID]

---

byte 2：
STC15（DO） : 空 ------------------------------ [空]
PS2手柄（DI） : 0X5A ------------------------- [数据来了]

---

byte 3：
STC15（DO） : 0X00~0XFF ------------------ [右侧小震动电机是否开启]
PS2手柄（DI） : 00000000~11111111 ------- [SELECT、 L3 、 R3、 START 、 UP、 RIGHT、 DOWN、 LEFT 是否被按下，若被按下对应位为0]

---

byte 4：
STC15（DO） : 0X00~0XFF ------------------ [左侧大震动电机振动幅度]
PS2手柄（DI） : 00000000~11111111 ------- [L2 、 R2、L1 、R1、△、○、╳、□ 是否被按下，若被按下对应位为0]

---

byte 5：
STC15（DO） : 空 -------------------------------- [空]
PS2手柄（DI） : 0X00~0XFF ------------------ [左侧X轴摇杆模拟量]

---

byte 6：
STC15（DO） : 空 -------------------------------- [空]
PS2手柄（DI） : 0X00~0XFF ------------------ [左侧Y轴摇杆模拟量]

---

byte 7：
STC15（DO） : 空 -------------------------------- [空]
PS2手柄（DI） : 0X00~0XFF ------------------ [右侧X轴摇杆模拟量]

---

byte 8：
STC15（DO） : 空 -------------------------------- [空]
PS2手柄（DI） : 0X00~0XFF ------------------ [右侧Y轴摇杆模拟量]

注意：模拟量只对红灯模式下有效，绿灯模式下摇杆推至极限分别对应 UP、RIGHT、DOWN、 LEFT、△、○、╳、□ 。L3、R3只对红灯模式下有效，在绿灯模式下无效。

在手柄通信前还需要一系列的初始化（是否启动振动电机、是否进行锁存等），详情可以参考下面代码。当然，不进行初始化也是可以的，手柄会默认之前的配置。
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3 代码

主机收到的数据在out[]数组中，在其他文件用到PS2时，只要对out[]数组进行处理和分析即可。

h文件

#ifndef __PS2_H__
#define __PS2_H__
#include "STC15Fxxxx.h"


#define Up_L 0xEF
#define Down_L 0xBF
#define Left_L 0x7F
#define Right_L 0xDF

#define Up_R 0xEF
#define Down_R 0xBF
#define Left_R 0x7F
#define Right_R 0xDF

#define L1 0xFB
#define L2 0xFE
#define L3 0xFD
#define R1 0xF7
#define R2 0xFD
#define R3 0xFB


#define UP_L 0x7F
#define UP_L 0x7F
#define UP_L 0x7F
#define UP_L 0x7F
#define UP_L 0x7F
#define UP_L 0x7F
extern u8 out[9];  

void PS2_Init(void);
void PS2_ShortPoll(void);
void psin(u8 command);//手柄发送子程序
u8 PS2_Cmd(u8 command);
void Read_PS2(void);
u8 PS2_RedLight(void);
void PS2_EnterConfing(void);
void PS2_TurnOnAnalogMode(void);
void PS2_VibrationMode(void);
void PS2_ExitConfing(void);
void PS2_ClearData();
void PS2_Vibration(u8 motor1,u8 motor2);
u8 PS2_AnologData(u8 button);
#endif

c文件

#include "PS2.h"
#include "delay.h"
/*****************************PS2遥控器说明
out[3]==0xEF//左4个按键中上
out[3]==0xBF//左4个按键中下
out[3]==0x7F//左4个按键中左
out[3]==0xDF//左4个按键中右

out[4]==0xEF//右4个按键中上
out[4]==0xBF//右4个按键中下
out[4]==0x7F//右4个按键中左
out[4]==0xDF//右4个按键中右

out[4]==0xFB//左1,2个按键中1
out[4]==0xFE//左1,2个按键中2
out[4]==0xF7//右1,2个按键中1
out[4]==0xFD//右1,2个按键中2

当按下MODE键手柄MODE LED灯亮起时
out[7] 00——80——FF 左摇杆从左到右
out[8] 00——7F——FF 左摇杆从上到下
out[5] 00——80——FF 右摇杆从左到右
out[6] 00——7F——FF 右摇杆从上到下
当手柄MODE LED灯不亮时，手柄功能同左四右四按键
*******************************/
//******定义接口*********
sbit  DATA=P3^0;	//手柄接口
sbit  CMND=P3^1;
sbit  CS=P3^2;
sbit  CLK=P3^3;

/********手柄定义变量*********/
u8 code Comd[9]={0x01,0x42,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
u8 out[9];  

void PS2_Init(void)
{
	DATA=1;
	PS2_ShortPoll();
	PS2_ShortPoll();
	PS2_ShortPoll(); 
	PS2_EnterConfing(); // 进入配置模式 
	PS2_TurnOnAnalogMode(); // “红绿灯”配置模式，并选择是否保存 
	PS2_VibrationMode(); // 开启震动模式 
	PS2_ExitConfing(); // 完成并保存配置
}
//手柄配置初始化： 
void PS2_ShortPoll(void) 
{
  CS=0; 
  delay_us(16); 
  PS2_Cmd(0x01); 
  PS2_Cmd(0x42); 
  PS2_Cmd(0X00); 
  PS2_Cmd(0x00); 
  PS2_Cmd(0x00); 
  CS=1; 
  delay_us(16);
}
void delay(u16 n)  //delay(x)=(2.5+x)us; 
{
	u16 i;
	for(i=0;i<n;i++) _nop_();       
//		_nop_();//每个_nop_();大概0.1微秒	
}
void psin(u8 command)//手柄发送子程序
{
    u8 i;
    for(i=0;i<=7;i++)     //逐位接收     
    {
	 if(command&0x01)	 //此if下5行语句用时1us
        CMND=1;
     else
        CMND=0;
     command=command>>1;
	 	_nop_();	
		_nop_();
     CLK=0;
     delay(10); 
     CLK=1;
	 delay(3);
    }
	CMND=1;
}

u8 PS2_Cmd(u8 command)
{
    u8 i,j=1;
	u8 res=0; 
    for(i=0;i<=7;i++)     //逐位接收     
    {
	 if(command&0x01)
        CMND=1;
     else
        CMND=0;
     command=command>>1;
	 	_nop_();	
		_nop_();
     CLK=0;
     delay(10);
	 if(DATA) res=res+j;
     j=j<<1; 
	 CLK=1;
	 delay(3);		 
    }
    CMND=1;
    return res;	
}

void Read_PS2(void)//手柄读取程序
{
	 u8 i;
     CS=0;
	 for(i=0;i<9;i++)	//扫描按键
	 {
		out[i]=PS2_Cmd(Comd[i]);	
	 } 
     CS=1;   	 
} 

// 判断是否为红灯模式，0x41=模拟绿灯，0x73=模拟红灯 
// 返回值；0，红灯模式 
// 其他，其他模式
u8 PS2_RedLight(void) 
{
  CS=0;
  PS2_Cmd(Comd[0]); // 开始命令
  PS2_Cmd(Comd[1]); // 请求数据
  CS=1;
  if( out[1]== 0x73) return 0;
  else return 1;
}
//进入配置
void PS2_EnterConfing(void) 
{
	CS=0; 
	delay_us(16); 
	PS2_Cmd(0x01); 
	PS2_Cmd(0x43); 
	PS2_Cmd(0x00); 
	PS2_Cmd(0x01); 
	PS2_Cmd(0x00); 
	PS2_Cmd(0x00);
	PS2_Cmd(0x00); 
	PS2_Cmd(0x00); 
	PS2_Cmd(0x00); 
	CS=1; 
	delay_us(16);
}
// 发送模式设置 
void PS2_TurnOnAnalogMode(void) 
{
  CS=0; 
  PS2_Cmd(0x01); 
  PS2_Cmd(0x44); 
  PS2_Cmd(0x00); 
  PS2_Cmd(0x01);//analog=0x01;digital=0x00 软件设置发送模式 
  PS2_Cmd(0xEE);//Ox03 锁存设置，即不可通过按键“MODE ”设置模式。        //0xEE 不锁存软件设置，可通过按键“MODE ”设置模式。 
  PS2_Cmd(0x00); 
  PS2_Cmd(0x00); 
  PS2_Cmd(0x00); 
  PS2_Cmd(0x00); 
  CS=1; 
  delay_us(16);
}

// 振动设置
void PS2_VibrationMode(void) 
{
  CS=0; 
  delay_us(16); 
  PS2_Cmd(0x01); 
  PS2_Cmd(0x4D); 
  PS2_Cmd(0x00); 
  PS2_Cmd(0x00); 
  PS2_Cmd(0x01); 
  CS=1;
  delay_us(16);
}
// 完成并保存配置
void PS2_ExitConfing(void)
{
  CS=0;
  delay_us(16);
  PS2_Cmd(0x01);
  PS2_Cmd(0x43); 
  PS2_Cmd(0x00);
  PS2_Cmd(0x00); 
  PS2_Cmd(0x5A); 
  PS2_Cmd(0x5A); 
  PS2_Cmd(0x5A);
  PS2_Cmd(0x5A); 
  PS2_Cmd(0x5A); 
  CS=1; 
  delay_us(16);
}
// 清除数据缓冲区
void PS2_ClearData() 
{
  u8 a; 
  for(a=0;a<9;a++) 
    {out[a]=0x00;}
}
//手柄震动函数
//motor1:右侧小震动电机 0x00关，其他开
//motor2:左侧大震动电机 0x40~0xFF，电机开，值越大，震动越大
//只有在初始化函数 void PS2_Init(void)中，对震动电机进行了初始化
//(PS2_VibrationMode();//开启震动模式），这个函数命令才会被执行。
void PS2_Vibration(u8 motor1,u8 motor2)
{
   CS=0; 
   delay_us(16); 
   PS2_Cmd(0x01); // 开始命令
   PS2_Cmd(0x42);// 请求数据
   PS2_Cmd(0x00);
   PS2_Cmd(motor1);
   PS2_Cmd(motor2); 
   PS2_Cmd(0x00); 
   PS2_Cmd(0x00); 
   PS2_Cmd(0x00); 
   PS2_Cmd(0x00); 
   CS=1; 
   delay_us(16);
} 
// 得到一个摇杆的模拟量 范围 0~256 
u8 PS2_AnologData(u8 button) 
{
  return out[button];
}