PS2手柄移植到STM32上面的小笔记[通俗易懂]

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

一、硬件准备：战舰开发板、PS2手柄接收器、PS2手柄、连接线

二、硬件连接：
PS2手柄接收器有六个引脚,和单片机连接IO口连接，如下图：

三、PS2通信简介
通讯时序如下，感觉和SPI很像，也是四线
DI与DO是一对同时传输的8 bit串行数据，传输的时候需要CS为低电平，CLK由高变低。
DO是单片机发送给接收器的信号。
DI是接收器发送给单片机的信号。

第一点：CS在数据输出或者输入的时候，都是低电平的，那么我们在数据传输的时候先把CS拉高再拉低，然后数据进行传输，传输完成之后再把CS拉高。
第二点：DI(Data Input)与DO(Data Output)是同时完成的，说明这是全双工通信。串口是全双工通信。IIC是半双工通信。
第三点：在时钟上降沿的时候，DI和DO的数据有交叉，也就是说数据进行交换(数据只有0和1)，这个时候我们是不能够读和写数据的，因为数据还不稳定，我们读到的数据不准确。在时钟为下降沿的时候，数据已经稳定了，我们在这个时候开始读和写数据。
第四点：由于是从0到7，可以知道有8位数据，并且是从低位到高位进行读写。我们可以把数据放到数组中。一个时钟进行一个数据位(也可以叫做比特位0或1)传输。

时钟频率250KHZ（4us），数据不稳定可适当增加频率。
当单片机发送0x01时，接收器会回复它的ID“0X41表示绿灯模式”、“0x73表示红灯模式”；在手柄发送ID的同时，单片机将发送0X42，手柄会发送0X5A，高速单片机数据来了。
上表中的idle表示数据线空闲，该数据线无数据传送。
所以Data[0]、Data[1]、Data[2]不能用来存放PS2摇杆的按键
Data[3]、Data[4]用来存放按键的值
Data[5]、Data[6]、Data[7]、Data[8]用来存放摇杆的模拟量

当有按键下，对应位为0，其他位为1
譬如，当SELECT按下，Data[3]=1111 1110B
当L3按下，Data[3]=1111 1101B
当R3按下，Data[3]=1111 1011B
当START按下，Data[3]=1111 0111B
当UP按下，Data[3]=1110 1111B
当RIGHT按下，Data[3]=1101 1111B
当DOWN按下，Data[3]=1011 1111B
当LEFT按下，Data[3]=0111 1111B

手柄有两个模式，红灯模式（手柄亮红灯+绿灯）和绿灯模式（手柄只亮绿灯），可以通过按下MODE按键进行切换。


红灯模式：
1.按键L3/R3按下有效
2.推动左右摇杆，根据行程不一样，可输出0x00-0xff的模拟量
绿灯模式：
1.按键L3/R3按下有效
2.左右摇杆不输出模拟量，推动到上下左右的极限值，左摇杆实现的效果和UP/DOWN/RIGHT/LEFT一样，右摇杆实现的效果和和△/X/□/○一样。

设置震动模式后：
WW用来控制右侧的小电机，0x00表示关，其他值为开。
YY用来控制左侧的大电机，0x40-0xff表示电机开，值越大，震感越强烈；其他值表示电机关。

四、代码分析
1.配置IO口，将PB12设置为下拉输入；PB13/14/15设置为推挽输出

void PS2_Init(void)
{ 
   	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	//输入 DI->PB12
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);		//使能PORTB时钟
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_12;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; 		//设置成上拉、下拉、浮空输入皆可
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	
	//输出 DO->PB13 CS->PB14 CLK->PB15
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 				//设置成推挽输出 
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

2.定义3个数组

u8 Comd[2]={ 
   0x01,0x42};	//开始命令。请求数据
u8 Data[9]={ 
   0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}; //数据存储数组
//每个按键对应一个数值
u16 MASK[]={ 
   
	PSB_SELECT,
	PSB_L3,
	PSB_R3 ,
	PSB_START,
	PSB_PAD_UP,
	PSB_PAD_RIGHT,
	PSB_PAD_DOWN,
	PSB_PAD_LEFT,
	PSB_L2,
	PSB_R2,
	PSB_L1,
	PSB_R1 ,
	PSB_GREEN,
	PSB_RED,
	PSB_BLUE,
	PSB_PINK
};	

3.给PB12/PB13/PB14/PB15这4个IO的状态均进行宏定义

#define DI   PBin(12)           //PB12 输入

#define DO_H PBout(13)=1        //命令位高
#define DO_L PBout(13)=0        //命令位低

#define CS_H PBout(14)=1       //CS拉高
#define CS_L PBout(14)=0       //CS拉低

#define CLK_H PBout(15)=1      //时钟拉高
#define CLK_L PBout(15)=0      //时钟拉低

4.单片机向手柄发送命令

//向手柄发送命令
void PS2_Cmd(u8 CMD)
{ 
   
	volatile u16 ref=0x01;
	Data[1] = 0;
	for(ref=0x01;ref<0x0100;ref<<=1)
	{ 
   
		if(ref&CMD)
		{ 
   
			DO_H;                   //输出以为控制位
		}
		else DO_L;

		CLK_H;                        //产生时钟
		delay_us(50);
		CLK_L;
		delay_us(50);
		CLK_H;
		if(DI)
			Data[1] = ref|Data[1];
	}
}
//
假如单片机给接收器发送0x01=0000 0001B,
接收器接受到0x01后给单片机发送了0x41=0100 0001B,
ref=0x01=0000 0001B;
Data[1] = 0;
CMD=0000 0001B
DI=0100 0001B
/
从低位到高位执行8次循环
第一次循环：ref=0000 0001B
if(ref&CMD)为真，输出PB13=1
if(DI)为真，输出Data[1] = ref|Data[1]=0000 0001|0000 0000=0000 0001

第二次循环：ref=0000 0010B
if(ref&CMD)为假，输出PB13=0
if(DI)为假，不执行操作

第三次循环：ref=0000 0100B
if(ref&CMD)为假，输出PB13=0
if(DI)为假，不执行操作

第四次循环：ref=0000 1000B
if(ref&CMD)为假，输出PB13=0
if(DI)为假，不执行操作

第五次循环：ref=0001 0000B
if(ref&CMD)为假，输出PB13=0
if(DI)为假，不执行操作

第六次循环：ref=0010 0000B
if(ref&CMD)为假，输出PB13=0
if(DI)为假，不执行操作

第七次循环：ref=0100 0000B
if(ref&CMD)为假，输出PB13=0
if(DI)为真，输出Data[1] = ref|Data[1]=0100 0000|0000 0001=0100 0001

第八次循环：ref=1000 0000B
if(ref&CMD)为假，输出PB13=0
if(DI)为假，不执行操作
/
所以最后的结果就是
单片机将0x01按位发送了出去
接收机发送的数据0x41保存到了Data[1]里面

a…volatile修饰符可以保证ref每次开始都是0x01即0000 0001B
b.ref=0x01;ref<0x0100;ref<<=1理解这句首先需要将十六进制改为二进制，即ref=0000 0001B;ref<0000 0001 0000 000B;ref<<=1即将ref=0x01每次左移一位，循环八次。
c.ref&CMD即可以通过与运算循环八次，将CMD 这个八位二进制的数按位发送出去。
d.CLK电平进行高-低-高可以产生一个周期，同时产生一个下降沿。在这个过程中，DO将信号从单片机（发送）给接收器（接收），DI将信号从接收器（发送）给单片机（接收）
e.单片机接收到的数据被保存在了Data[1]里面

5.判断手柄是红灯模式还是绿灯模式，通过单片机给手柄发送0x01 0x42后，手柄返回的值来判断，如果返回的是0X41表示”绿灯模式”、0x73表示”红灯模式”

//判断是否为红灯模式
//返回值；0，红灯模式
//返回值；1，绿灯模式
u8 PS2_RedLight(void)
{ 
   
	CS_L;
	PS2_Cmd(Comd[0]);  //开始命令0x01
	PS2_Cmd(Comd[1]);  //请求数据0x42
	CS_H;
	if( Data[1] == 0X73)   return 0 ;
	else return 1;
}

5.单片机接收手柄数据

//读取手柄数据
void PS2_ReadData(void)
{ 
   
	volatile u8 byte=0;
	volatile u16 ref=0x01;
	CS_L;
	PS2_Cmd(Comd[0]);  //开始命令0x01
	PS2_Cmd(Comd[1]);  //请求数据0x42

	for(byte=2;byte<9;byte++)          //开始接受数据
	{ 
   
		for(ref=0x01;ref<0x100;ref<<=1)
		{ 
   
			CLK_H;
			CLK_L;
			delay_us(50);
			CLK_H;
		      if(DI)
		      Data[byte] = ref|Data[byte];
		}
        delay_us(50);
	}
	CS_H;	
}

a.数据传输必须在CS拉低期间进行，数据传输完成后，还要将CS拉回高电平，以便下一次的通讯。
b.单片机发送了0x01 0x42给手柄，此时手柄会返回0x5A给单片机，意味着接收到了请求，即将返回数据。所以Data[2]保存的就是手柄返回的0x5A。后面的Data[3]-Data[8]返回的都是按键和摇杆的状态信息。

6.检测按键状态

//对读出来的PS2的数据进行处理 只处理了按键部分 默认数据是红灯模式 只有一个按键按下时
//按下为0， 未按下为1
u8 PS2_DataKey()
{ 
   
	u8 index;
	PS2_ClearData();
	PS2_ReadData();

	Handkey=(Data[4]<<8)|Data[3];     //这是16个按键 按下为0， 未按下为1
	for(index=0;index<16;index++)
	{ 
   	    
		if((Handkey&(1<<(MASK[index]-1)))==0)
		return index+1;
	}
	return 0;          //没有任何按键按下
}

a.上图有给手柄按键标号，一共16个按键，包括两个摇杆，不包括MODE键。16个按键刚好是两个八位二进制数。所以用Data[3]和Data[4]表示所有的按键的状态。
b.u16 Handkey，通过这个变量定义可以看出来Handkey是一个16位的二进制数，Handkey=(Data[4]<<8)|Data[3]表示的是Handkey这个变量的高八位是Data[4]，低八位是Data[3]

假如我SELECT按下了，那么Data[3]=1111 1110B
如果L2按下了，那么Data[4]=1111 1110B
所以Handkey表示的就是1111 1110 1111 1110B
c.for(index=0;index<16;index++)因为有16个按键，所以进行16次循环，以此判断是被按下的是哪个键。
if((Handkey&(1<<(MASK[index]-1)))==0)这个函数由内到外分析0<=index<=15,所以1<=MASK[index]<=16，所以0<=MASK[index]-1)<=15，然后将1换算成16位的二进制数为：0000 0000 0000 0001B，所以1<<(MASK[index]-1)就是每次左移一位，循环15次。然后和Handkey进行与运算，如果为0，则说明按键被按下。最后index+1是因为index是从0开始算的，而按键是从1开始计算的，所以最后返回的值需要+1。但这个函数只能判断单个按键按下。如果有多个按键按下，只能检测按键数较小的那个值，譬如方向上（5）和START（4）同时被按下，则返回值就是4。

#define PSB_SELECT      1
#define PSB_L3          2
#define PSB_R3          3
#define PSB_START       4
#define PSB_PAD_UP      5
#define PSB_PAD_RIGHT   6
#define PSB_PAD_DOWN    7
#define PSB_PAD_LEFT    8
#define PSB_L2          9
#define PSB_R2          10
#define PSB_L1          11
#define PSB_R1          12
#define PSB_GREEN       13
#define PSB_RED         14
#define PSB_BLUE        15
#define PSB_PINK        16

u16 MASK[]={ 
   
	PSB_SELECT,
	PSB_L3,
	PSB_R3 ,
	PSB_START,
	PSB_PAD_UP,
	PSB_PAD_RIGHT,
	PSB_PAD_DOWN,
	PSB_PAD_LEFT,
	PSB_L2,
	PSB_R2,
	PSB_L1,
	PSB_R1 ,
	PSB_GREEN,
	PSB_RED,
	PSB_BLUE,
	PSB_PINK
};	

7.检测摇杆的状态

#define PSS_RX 5              
#define PSS_RY 6
#define PSS_LX 7
#define PSS_LY 8

//得到一个摇杆的模拟量 范围0~256
u8 PS2_AnologData(u8 button)
{ 
   
	return Data[button];
}

a.四个摇杆反馈的是模拟量，范围在0x00~0xFF，转换成十进制即为0-255。摇杆的数值存放在Data[5]、Data[6]、Data[7]、Data[8]中
b.注意只有红灯模式下摇杆才反馈模拟量，绿灯模式下摇杆不反馈模拟量。

8.其他函数
8.1清除数据缓冲

//清除数据缓冲区
void PS2_ClearData()
{ 
   
	u8 a;
	for(a=0;a<9;a++)
		Data[a]=0x00;
}

8.2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 ******************************************************/
void PS2_Vibration(u8 motor1, u8 motor2)
{ 
   
	CS_L;
	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_H;
	delay_us(16);  
}

8.3发送模式设置
a.第八行PS2_Cmd(0x01)则为红灯模式；PS2_Cmd(0x00)则为绿灯模式；
b.第九行PS2_Cmd(0x03)则只可以通过第八行的指令进行红绿灯模式切换；PS2_Cmd(0xEE)则可以通过按MODE进行红绿灯模式切换。

//发送模式设置
void PS2_TurnOnAnalogMode(void)
{ 
   
	CS_L;
	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_H;
	delay_us(16);
}

百度云链接：附件有STM32F103CBT6开发板和工程文件，还有手柄的规格书，及使用手册
链接：https://pan.baidu.com/s/1Pprxf4hvpu94GJAxjdi1cg
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