【STM32外设系列】双轴按键PS2摇杆

文章作者：二土电子

关注公众号获取更多资料！

期待大家一起学习交流！

---

一、双轴按键PS2摇杆简介

  我们首先来看一下双轴按键PS2摇杆长什么样子

  该模块有两种输出，X轴和Y轴以模拟信号（电压）的形式输出，Z轴以数字信号（高低电平）的形式输出。其中各个引脚的作用如下

• GND —— 地
• +5V
  该引脚为电源正级，可以接+5V，其实也可以接3.3V。这边建议接3.3V。其实接5V和3.3V的区别在于X、Y轴模拟输出的电压范围不同，接5V时X、Y轴电压输出范围为0到5V，接3.3V时，X、Y轴电压输出范围为0到3.3V。建议接3.3V的原因首先是接3.3V不影响模块的正常使用，其次X、Y轴输出的电压我们可以直接利用ADC采集，无需再经过处理之后再读取。
• VRX
  X轴模拟输出引脚，输出电压范围取决于+5V引脚接的电压。
• VRY
  Y轴模拟输出引脚，输出电压范围取决于+5V引脚接的电压。
• SW
  Z轴数字输出引脚，正常未按下为1（高电平），按下为0（低电平）。

二、用途简介

  我们对模块有了基本的了解之后，可以想一下它有什么用途。假设你想做一辆麦克纳姆轮遥控车，这个模块就可以用来左摇控摇杆。比如我们检测摇杆的前推和后推来控制遥控车的前进和后退，检测摇杆的左推和右推来控制遥控车向左平移和向右平移，检测摇杆向左上和右上推来控制遥控车的斜向左上和斜向右上平移，检测摇杆向左下和右下推来控制遥控车向左下和右下平移。Z轴实际相当于一个按键，我们可以用它来控制车灯或者控制喇叭。

  当然除了做遥控车车的遥控器外，他也有其他用途，这里就不再赘述了。

三、程序设计思路

  在进行程序设计之前，我们先整理一下思路。

• X轴、Y轴检测
  通过上面的介绍我们知道，X轴和Y轴输出的是模拟电压，因此我们可以利用ADC来读取电压值，根据获取到的电压值来判断姿态，当然也可以直接读取AD值做判断。
• Z轴检测
  Z轴实际就相当于一端接地的按键，我们可以直接用按键检测的方法来设计程序，对于按键检测还有疑问的友友可以看一下博主STM32速成笔记专栏中的按键检测介绍。

  特别提醒，通常我们买来的双轴按键PS2摇杆，上图中的R1位置的电阻是没有焊上的，实际该电阻是一个上拉电阻，如果我们没有焊的话是无法进行Z轴检测的。如果我们需要进行Z轴检测，我们需要在R1的位置焊上一个10KΩ电阻。

四、程序设计

  有了上面的基础，我们把R1位置焊上电阻后，开始我们那的程序设计。我们这里使用STM32F103C8T6为主控，给出我们的详细程序设计。

4.1 PS2引脚初始化

  我们这里使用STM32F103C8T6的PA0、PA1、PA2来分别检测X轴、Y轴和Z轴。首先我们初始化用到的引脚，程序设计如下

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：Drv_Ps2_Gpio_Init
 *函数功能：初始化PS2遥杆引脚
 *输入参数：
 *返回值：无
 *备  注：无
 *==============================================================================
 */
void Drv_Ps2_Gpio_Init (void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;   // 定义结构体
	// 开启时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	// X轴检测引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;   // 模拟输入
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	// Y轴检测引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;   // 模拟输入
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	// Z轴检测引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;   // 输入上拉
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

  PA0和PA1需要用ADC来采集X轴和Y轴输出的模拟电压，所以初始化时选择初始化为模拟输入模式，PA2直接检测Z轴的数字输出，由于Z轴相当于一段接地的按键，所以我们初始化PA2时选择输入上拉模式。

4.2 初始化ADC

  对于ADC不太了解的友友可以到博主的STM32速成笔记ADC查看。这里初始化ADC1的通道0和通道1，分别对用PA0和PA1引脚。ADC初始化程序如下

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：ADC1_Init
 *函数功能：初始化ADCx
 *输入参数：无
 *返回值：无
 *备  注：无
 *==============================================================================
 */
void ADC1_Init(void)
{
	// 结构体定义
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
	
	// 开启时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
	
	// 设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
	
	// 规则通道配置
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 0, ADC_SampleTime_239Cycles5);
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5);
	
	// ADC参数配置
	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;   // 独立模式
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;   // 非扫描模式	
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;   // 关闭连续转换
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;   // 禁止触发检测，使用软件触发
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;   // 右对齐	
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;   // 1个转换在规则序列中 也就是只转换规则序列1 
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);   // ADC初始化
	
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);   // 开启AD转换器
	
	// ADC校准
	ADC_ResetCalibration(ADC1);   // 重置指定的ADC的校准寄存器
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));   // 获取ADC重置校准寄存器的状态
	
	ADC_StartCalibration(ADC1);   // 开始指定ADC的校准状态
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));   // 获取指定ADC的校准程序

	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);   // 使能或者失能指定的ADC的软件转换启动功能
}

4.3 获取AD值

  我们这里使用AD值来对X轴和Y轴的姿态进行判断，不再将AD值转化成电压，获取AD值的程序设计如下

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：Get_ADC_Value
 *函数功能：读取某一规则通道AD值
 *输入参数：ch：规则通道ADC_Channel_x；times：读取次数
 *返回值：无
 *备  注：该函数配置好后，返回的结果是N次后的平均值
 *==============================================================================
 */
u16 Get_ADC_Value(u8 ch,u8 times)
{
	u32 temp_val = 0;
	u8 t;
	// 设置指定ADC的规则组通道，一个序列，采样时间
	// ADC1,ADC通道,239.5个周期,提高采样时间可以提高精确度
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5);			    
	
	for(t=0;t<times;t++)
	{
		ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);   // 使能指定的ADC1的软件转换启动功能	
		while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));   // 等待转换结束
		temp_val+=ADC_GetConversionValue(ADC1);
		delay_ms(5);
	}
	return temp_val/times;
} 

4.4 摇杆姿态扫描函数

  我们利用按键扫描的程序设计思路来设计一个摇杆自讨扫描函数，也就是设计一个函数，根据不同姿态返回不同的值，我们首先对返回值进行宏定义

// 摇杆扫描返回值定义
#define XLEFT     1   // X轴左推
#define XRIGHT    2   // X轴右推
#define YBEFORE   3   // Y轴前推
#define YAFTER    4   // Y轴后推
#define TOPLEFT   5   // 斜向左上推
#define TOPRIGHT  6   // 斜向右上推
#define LOWLEFT   7   // 斜向左下推
#define LOWRIGHT  8   // 斜向右下推
#define ZDOWN     9   // Z轴按下

  接下来我们设计摇杆姿态扫描函数

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：Med_Ps2_Scan
 *函数功能：检测摇杆状态
 *输入参数：无
 *返回值：摇杆姿态值，具体对应关系可见.h文件
 *备  注：无
 *==============================================================================
 */
u8 Med_Ps2_Scan (void)
{
	u16 xValue = 0;   // X轴电压值
	u16 yValue = 0;   // Y轴电压值
	
	xValue = Get_ADC_Value(0,1);   // 获取X轴AD值
	yValue = Get_ADC_Value(1,1);   // 获取Y轴AD值
	
	// X轴右推
	if (xValue >= 3600 && (yValue >= 1800 && yValue <= 2200))
	{
		return XRIGHT;
	}
	// X轴左推
	if (xValue <= 600 && (yValue >= 1800 && yValue <= 2200))
	{
		return XLEFT;
	}
	// Y轴前推
	if (yValue <= 600 && (xValue >= 1800 && xValue <= 2200))
	{
		return YBEFORE;
	}
	// Y轴后推
	if (yValue >= 3600 && (xValue >= 1800 && xValue <= 2200))
	{
		return YAFTER;
	}
	// 斜向右上推
	if (xValue >= 3600 && yValue <= 600)
	{
		return TOPRIGHT;
	}
	// 斜向右下推
	if (xValue >= 3600 && yValue >= 3600)
	{
		return LOWRIGHT;
	}
	// 斜向左上推
	if (xValue <= 600 && yValue <= 600)
	{
		return TOPLEFT;
	}
	// 斜向左下推
	if (xValue <= 600 && yValue >= 3600)
	{
		return LOWLEFT;
	}
	// Z轴按下
	if (ZVALUE == 0)
	{
		delay_ms(10);   // 延时10ms消抖
		if (ZVALUE == 0)
		{
			while (!ZVALUE);   // 松手检测
			return ZDOWN;
		}
	}
	
	return 0;
}

  程序设计中的判断范围是博主测试出来的，大概设置了一个范围，如果你觉得不太合适，可以自行修改。

五、效果展示

  下面我们来测试一下上面的程序，首先编写一段main函数，添加串口输出，方便我们观察。

int main(void)
{
	u8 ps2Value = 0;   // 摇杆姿态值
	
	Med_Mcu_Iint();   // 系统初始化
	
	while(1)
  {
		ps2Value = Med_Ps2_Scan();   // 摇杆扫描
		
		if (ps2Value == XRIGHT)
		{
			printf ("X轴右推！\r\n");
			printf ("\r\n");
		}
		if (ps2Value == XLEFT)
		{
			printf ("X轴左推！\r\n");
			printf ("\r\n");
		}
		if (ps2Value == YBEFORE)
		{
			printf ("Y轴前推！\r\n");
			printf ("\r\n");
		}
		if (ps2Value == YAFTER)
		{
			printf ("Y轴后推！\r\n");
			printf ("\r\n");
		}
		if (ps2Value == TOPRIGHT)
		{
			printf ("斜向右上推！\r\n");
			printf ("\r\n");
		}
		if (ps2Value == LOWRIGHT)
		{
			printf ("斜向右下推！\r\n");
			printf ("\r\n");
		}
		if (ps2Value == TOPLEFT)
		{
			printf ("斜向左上推！\r\n");
			printf ("\r\n");
		}
		if (ps2Value == LOWLEFT)
		{
			printf ("斜向左下推！\r\n");
			printf ("\r\n");
		}
		if (ps2Value == ZDOWN)
		{
			printf ("Z轴按下！\r\n");
			printf ("\r\n");
		}
	}
}

  将程序烧录到STM32F103C8T6，打开串口助手，我们来看一下效果。