基于STM32F103的树莓派ROS小车——PS2遥控程序解析

序言

PS2手柄是索尼的 PlayStation2 游戏机的遥控手柄，单片机是正点原子的STM32F103ZET6。

1. PS手柄介绍

PS2手柄由手柄与接收器两部分组成，手柄主要负责发送按键信息；接收器与单片机相连，用于接收手柄发来的信息，并传递给单片机，单片机也可通过接收器，向手柄发送命令，配置手柄的发送模式。

2. 使用说明

2.1 引脚说明

接收器引脚输出：
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.VDD：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。

2.2 时序图分析

1.CS只有在低电平的时候才能进行数据传输，是数据传输的一个标志。我们在数据传输的时候先把CS拉高，表明要准备传输数据了，然后再把CS拉低开始数据传输，一串数据全部传输完成之后再把CS拉高。在这里可以将CS高低电平理解为一个开关，拉低是打开数据传输的开关，拉高是关闭数据传输的开关。
2.DI与DO是同时完成的，是全双工通信。
3.在时钟上升沿的时候，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)，这个时候数据还不稳定，我们是不能读写数据的。在时钟为下降沿的时候，数据已经稳定了，我们在这个时候才开始读写数据。
4.这8位数据是从低位到高位进行读写的。我们可以把数据放到数组中。一个时钟进行一个数据位传输。

数据意义对照表：

当单片机想读手柄数据或向手柄发送命令时，将会拉低 CS 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”。一个通讯周期有 9 个字节（8 位），这些数据是依次按位传送。一串数据传送完成后拉高CS电平。
idle：数据线空闲，表明此时该数据线无数据传送。

3. 手柄测试

手柄需要两节 7 号 1.5V 的电池供电，接收器由单片机供电，电源范围为 3~5V。未配对状态下，接收器红灯（POWER）常亮、绿灯（RX）闪烁，每秒一次；遥控手柄红灯和绿灯同时闪烁。在一定时间内，还未搜完成配对，手柄将进入待机模式，手柄的灯将灭掉，这时要通过“START”键，唤醒手柄。正常情况下，手柄和接收器会自动配对，这时手柄和接收器的灯全部常亮，手柄配对成功。
下面是接收器信号线与STM32F103ZET6的接线说明：
供电方面 VDD 接 3.3~5V,GND 接 GND。
DI——>PB12
DO——>PB13
CS——>PB14
CLK——>PB15
仿真时串口接线（TTL）说明：
RXD——>PA9
TXD——>PA10
注：如何确定手柄能否正常配对？接收器只接 VCC 和 GND，不接其它数据线，都通电时，接收器灯一直闪，说明配对不成功。灯不闪，说明手柄接收器配对成功，说明手柄和接收器是好的。

4. 程序解析

main.c文件

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#include "stm32f10x.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"		
#include "delay.h"
#include "led.h"	
#include "pstwo.h"
#include "motor.h"
#include "math.h"
#include "stdlib.h"	 	
int PS2_LX,PS2_LY,PS2_RX,PS2_RY,PS2_KEY;	
int main(void)
{
    
    	
	Stm32_Clock_Init(9); //系统时钟设置
	delay_init(72);	     //延时初始化
	uart_init(72,115200);  //串口1初始化 
	TIM3_PWM_Init(900,0); //arr设定计数器自动重装值   
	PS2_SetInit();//配置红绿灯模式                                   
	LED_Init();
	PS2_Init();
	M_Init();	   //电机旋转方向控制信号端口初始化	
		while(1)
		{
    
    		
			PS2_LX=PS2_AnologData(PSS_LX);      
			PS2_LY=PS2_AnologData(PSS_LY);
			PS2_RX=PS2_AnologData(PSS_RX);
			PS2_RY=PS2_AnologData(PSS_RY);
			PS2_KEY=PS2_DataKey();	
			printf("PS2_LX: %d    ",PS2_LX);
			printf("PS2_LY: %d    ",PS2_LY);
			printf("PS2_RX: %d    ",PS2_RX);
			printf("PS2_RY: %d    ",PS2_RY);
			printf("PS2_KE: %d\r\n",PS2_KEY);
			delay_ms(100);
		}
}

PS2.c文件

#include "pstwo.h"
#include "usart.h"
u16 Handkey;
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
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
	};	//按键值与按键明

//手柄接口初始化    输入  DI->PB12 
//                  输出  DO->PB13    CS->PB14  CLK->PB15
void PS2_Init(void)
{
    
    
    //输入  DI->PB12
	RCC->APB2ENR|=1<<3;     //使能PORTB时钟
	GPIOB->CRH&=0XFFF0FFFF;//PB12设置成输入	默认下拉  
	GPIOB->CRH|=0X00080000;   
    //  DO->PB13    CS->PB14  CLK->PB15
	RCC->APB2ENR|=1<<3;    //使能PORTB时钟  	   	  	 
	GPIOB->CRH&=0X000FFFFF; 
	GPIOB->CRH|=0X33300000;//PB13、PB14、PB15 推挽输出   	 											  
}
//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;                        //时钟拉高
		delay_us(50);
		CLK_L;
		delay_us(50);
		CLK_H;
		if(DI)
			Data[1] = ref|Data[1];
	}
}
//判断是否为红灯模式
//返回值；0，红灯模式
//		  其他，其他模式
u8 PS2_RedLight(void)
{
    
    
	CS_L;
	PS2_Cmd(Comd[0]);  //开始命令
	PS2_Cmd(Comd[1]);  //请求数据
	CS_H;
	if( Data[1] == 0X73)   return 0 ;
	else return 1;
}
//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
	PS2_Cmd(Comd[1]);  //请求数据
	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;	
}
//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
}
//得到一个摇杆的模拟量	 范围0~256
u8 PS2_AnologData(u8 button)
{
    
    
	return Data[button];
}
//清除数据缓冲区
void PS2_ClearData()
{
    
    
	u8 a;
	for(a=0;a<9;a++)
		Data[a]=0x00;
}
//short poll
void PS2_ShortPoll()
{
    
    
	CS_L;
	delay_us(16);
	PS2_Cmd(0x01);
	PS2_Cmd(0x42);
	PS2_Cmd(0x00);
	PS2_Cmd(0x00);
	PS2_Cmd(0x00);
  CS_H;
	delay_us(16);
}
void PS2_EnterConfing()
{
    
    
	CS_L;
	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_H;
	delay_us(16);
}
void PS2_TurnOnAnalogMode()
{
    
    
	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);//0X03 锁存设置  0xee 不锁存设置
	PS2_Cmd(0x00);
	PS2_Cmd(0x00);
	PS2_Cmd(0x00);
	PS2_Cmd(0x00);
	CS_H;
	delay_us(16);
}
 void PS2_VibrationMode()
 {
    
    
	 CS_L;
	 delay_us(16);
	 PS2_Cmd(0x01);
	 PS2_Cmd(0x4D);
	 PS2_Cmd(0x00);
	 PS2_Cmd(0x00);
	 PS2_Cmd(0x01);
	 CS_H;
	 delay_us(16);
 }
 void PS2_ExitConfing()
 {
    
    
	 CS_L;
	 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_H;
	 delay_us(16);
 }
 void PS2_SetInit()
 {
    
    
	 PS2_ShortPoll();
	 PS2_ShortPoll();
	 PS2_ShortPoll();
	 PS2_EnterConfing();
	 PS2_TurnOnAnalogMode();
	 PS2_VibrationMode();
	 PS2_ExitConfing();
 }
 void PS2_Vibration(u8 motor1,u8 motor2)
 {
    
    
	 CS_L;
	 delay_us(16);
	 PS2_Cmd(0x01);
	 PS2_Cmd(0x42);
	 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);
 }  

PS2.h文件

#ifndef __PSTWO_H
#define __PSTWO_H
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#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
//These are our button constants
#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
#define PSB_TRIANGLE    13
#define PSB_CIRCLE      14
#define PSB_CROSS       15
#define PSB_SQUARE      26
//#define WHAMMY_BAR		8
//These are stick values
#define PSS_RX 5                //右摇杆X轴数据
#define PSS_RY 6
#define PSS_LX 7
#define PSS_LY 8
extern u8 Data[9];
extern u16 MASK[16];
extern u16 Handkey;
void PS2_Init(void);
u8 PS2_RedLight(void);//判断是否为红灯模式
void PS2_ReadData(void);
void PS2_Cmd(u8 CMD);		  //
u8 PS2_DataKey(void);		  //键值读取
u8 PS2_AnologData(u8 button); //得到一个摇杆的模拟量
void PS2_ClearData(void);	  //清除数据缓冲区
#endif

5. 仿真

输出说明：X轴为摇杆前后活动参量；Y轴为摇杆左右活动参量。活动参量范围0~255。
a.初始状态，摇杆输出的模拟量为128，键值为0。

b.左摇杆前推，LY输出为0，小车前进。

c.右摇杆左推，RX输出为0，小车左转。

c.按下手柄按键，KE输出对应的按键值，小车执行加速、减速等各种功能。

6. 源码链接

https://pan.baidu.com/s/1jZF7WUw5WI9UNytRMPHsrA?pwd=TUTE
提取码：TUTE