PS2游戲搖桿原理及控制實(shí)現(xiàn)

搖桿一般在航模中的無(wú)人機(jī)、電玩、遙控車、云臺(tái)等設(shè)備上應(yīng)用廣泛，很多帶有屏幕的設(shè)備也經(jīng)常使用搖桿作為菜單選擇的輸入控制。

本篇介紹雙軸按鍵搖桿的使用。

產(chǎn)品說(shuō)明

PS2游戲雙軸搖桿傳感器模塊由采用原裝優(yōu)質(zhì)金屬PS2搖桿電位器制作，具有2軸(X,Y)模擬輸出，1路(Z)按鈕數(shù)字輸出；
方便配合Arduino傳感器擴(kuò)展板使用。

產(chǎn)品特性

雙軸按鍵搖桿主要由兩個(gè)電位器和一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)組成，兩個(gè)電位器隨著搖桿扭轉(zhuǎn)角度分別輸出X、Y軸上對(duì)應(yīng)的電壓值，在Z軸方向上按下?lián)u桿可觸發(fā)輕觸按鍵。

在配套機(jī)械結(jié)構(gòu)的作用下，無(wú)外力扭動(dòng)的搖桿初始狀態(tài)下，兩個(gè)電位器都處在量程的中間位置。

它就是兩個(gè)電位器和按鍵的組合體。

使用方法

PS2游戲搖桿可以被視為一個(gè)按鈕和兩個(gè)電位計(jì)的組合。

實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)類似下面圖中所示：

這個(gè)圖對(duì)于理解PS2的按鍵原理有幫助，但是圖的質(zhì)量不是很好，網(wǎng)上找不到更好的圖片了，對(duì)付看吧。

電位器的兩端，1腳和3腳之間接上電源，本設(shè)計(jì)中相當(dāng)于接上3.3V和GND。

擺動(dòng)PS2游戲搖桿相當(dāng)于上圖中可動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著接觸刷改變接觸位置，滑動(dòng)變阻器（電位器）的引腳2處的輸出電壓即發(fā)生變化。

X，Y軸為模擬輸入信號(hào)而Z軸是數(shù)字輸入信號(hào)，因此，x和y端口連接到ADC引腳，而z端口連接到數(shù)字端口。

所以我們一共需要使用STM32的三個(gè)GPIO引腳，其中兩個(gè)模擬信號(hào)輸入引腳和一個(gè)數(shù)字信號(hào)輸入引腳。

PS2游戲搖桿正常狀態(tài)（不受力狀態(tài)）檢測(cè)電壓常態(tài)時(shí)為1.65V附近，最大值3.3V，最小值0V，用STM32自帶ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的兩個(gè)通道分別檢測(cè)電壓值的變化就可以知道搖桿指向的位置了。

由于STM32單片機(jī)的ADC是12位精度，AD值在[0, 4095]之間，理論上X、Y軸輸出中間值2048，但由于電位器及結(jié)構(gòu)差異，原點(diǎn)值會(huì)有偏差，有些應(yīng)用中需要進(jìn)行校準(zhǔn)。

程序中最主要的部分是按鍵掃描函數(shù)，我們分別采集搖桿的X軸和Y軸模擬輸入，通過(guò)測(cè)試我們選取模擬量ADC值中的0~100、1900~2150、4850~4095三個(gè)區(qū)間，作為按鍵的三個(gè)狀態(tài)，當(dāng)扭動(dòng)搖桿采集回的數(shù)據(jù)小于100或者大于4850，就認(rèn)為這個(gè)軸向上進(jìn)行了按鍵觸發(fā)。

使用變量VRx（VRy）保存按鍵按下?tīng)顟B(tài)，只有當(dāng)模擬量再次進(jìn)入小于100或者大于4850時(shí)才會(huì)再次觸發(fā)一次按鍵返回。

由上可知，要獲得按鍵狀態(tài)的難點(diǎn)就是如何獲得VRx、VRy引腳的ADC值。

STM32自帶ADC功能，查看芯片手冊(cè)，手冊(cè)上引腳中帶有如下標(biāo)識(shí)的引腳即有ADC功能。

對(duì)照下面的圖：

我們可知，PC0、PC1、PC2三個(gè)引腳可以選擇ADC1、ADC2或ADC3任意一個(gè)，初始化選中的ADC，然后獲取通道11的值，即可得到PC1引腳的模擬量值，獲取通道12的值，即可得到PC2引腳的模擬量值。

我們下面實(shí)現(xiàn)的代碼選用的是ADC1。

硬件連接

ADC功能實(shí)現(xiàn)步驟：

1. ADC功能初始化

void  Adc_Init(void)
{  
 ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; 
 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC |RCC_APB2Periph_ADC1 , ENABLE );   //使能ADC1通道時(shí)鐘
 
 RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   //設(shè)置ADC分頻因子6 72M/6=12,ADC最大時(shí)間不能超過(guò)14M

 //PC1 PC2
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;  //模擬輸入引腳
 GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

 ADC_DeInit(ADC1);  //復(fù)位ADC1,將外設(shè) ADC1 的全部寄存器重設(shè)為缺省值

 ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在獨(dú)立模式
 ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //模數(shù)轉(zhuǎn)換工作在單通道模式
 ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //模數(shù)轉(zhuǎn)換工作在單次轉(zhuǎn)換模式
 ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; //轉(zhuǎn)換由軟件而不是外部觸發(fā)啟動(dòng)
 ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //ADC數(shù)據(jù)右對(duì)齊
 ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; //順序進(jìn)行規(guī)則轉(zhuǎn)換的ADC通道的數(shù)目
 ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); //根據(jù)ADC_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)ADCx的寄存器   
  
 ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); //使能指定的ADC1
 
 ADC_ResetCalibration(ADC1); //使能復(fù)位校準(zhǔn)  
  
 while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待復(fù)位校準(zhǔn)結(jié)束
 
 ADC_StartCalibration(ADC1);  //開(kāi)啟AD校準(zhǔn)
 
 while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));  //等待校準(zhǔn)結(jié)束
}

2. 獲取ADC值函數(shù)

//獲得ADC值
//ch:通道值 0~3
u16 Get_Adc(u8 ch)   
{
   //設(shè)置指定ADC的規(guī)則組通道，一個(gè)序列，采樣時(shí)間
 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 ); //ADC1,ADC通道,采樣時(shí)間為239.5周期          
  
 ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);  //使能指定的ADC1的軟件轉(zhuǎn)換啟動(dòng)功能 
  
 while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待轉(zhuǎn)換結(jié)束

 return ADC_GetConversionValue(ADC1); //返回最近一次ADC1規(guī)則組的轉(zhuǎn)換結(jié)果
}

u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)
{
 u32 temp_val=0;
 u8 t;
 for(t=0;t<times;t++)
 {
  temp_val+=Get_Adc(ch);
  delay_ms(5);
 }
 return temp_val/times;
} 

3. main函數(shù)，while循環(huán)中，循環(huán)獲得VRx、VRy引腳的電壓值，并打印輸出

#include "stm32f10x.h"  
#include "delay.h"
#include "usart.h" 

#include "common.h"

#include "adc.h"
#include "key.h"

int main(void)  
{ 
 int times = 0; 
 u8 i = 0;
 u8 key=0XFF;
 u16 VRx,VRy;
 u8 dtbuf[50];     
 
 //初始化
 //延時(shí)函數(shù)初始化   
 delay_init();
    
 uart_init(115200);    //串口1:Debug,初始化為115200 
 
 Adc_Init();
 KEY_Init();
 
 printf("System Init OK ...\r\n");
 
 while(1) 
 {
  
  times++; 
  
  VRx = Get_Adc_Average(11,10); //PC1 
  
  VRy = Get_Adc_Average(12,10); //PC2
  
  if((VRx >= 2100 || VRx <= 1900) || (VRy >= 2100 || VRy <= 1900))
  {
   sprintf(dtbuf, "VRx:%04d--VRy:%04d \r\n", VRx,VRy);   
   printf(dtbuf);
  }  

  key = KEY_Scan(0);
  
  if(key)   
  { 
   switch(key)    
   { 
    case KEY_SW_PRES:
     {     
      printf("KEY_SW_PRES...\r\n");
     }
     break;     
    default:
     break;
   }   
   
  }  
  
    delay_ms(10); 
 }  
}

結(jié)果展示

由上我們可以看出，上下左右改變搖桿的位置，XY軸的AD值是變化的，按下SW按鍵，也能正常檢測(cè)出按下的狀態(tài)，所以一個(gè)PS2按鍵傳感器可以當(dāng)做多個(gè)按鍵使用。