STM32与PS2的无线通信和相关函数介绍

PS2采用SPI通信协议

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• 源码和参考文件获取：https://github.com/Sound-Sleep/PS2_Based_On_STM32

接收器接口

1. DI：手柄->主机，时钟的下降沿传送信号，信号的读取在时钟由髙到低的变化过程中完成
2. DO：主机->手柄，同步传送于时钟的下降沿
3. 空端口
4. GND
5. VDD：3~5V
6. CS：低电平被选中
7. CLK
8. 空端口
9. ACK：一般不用

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时钟频率

250Khz ~ 4us

数据不稳定可以适当增加频率

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通信流程

• 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”
• 手柄发送 ID 的同时，单片机将传送0x42，请求数据
• 手柄发送出 0x5A， 告诉单片机“数据来了”

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下面是数据意义对照表，其中idle表示空闲

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顺序3~8的解析

• 按键按下时为0，未按下为1

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红灯模式和绿灯模式

• 红灯模式：左右摇杆发送模拟值， 0x00〜OxFF 之间，且摇杆按下的键值 L3、 R3 有效
  
  ID = 0x73
• 绿灯模式：左右摇杆模拟值为无效，推到极限时，对应发送 UP、 RIGHT、 DOWN、LEFT、△、 〇、 X、 □
  
  按键 L3、 R3 无效
  
  ID = 0x41

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连接使用说明

• 接收器和单片机共用一个电源

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• 自动配对
• 未配对的情况下，两边的灯都会不停的闪
• 灯常亮则配对成功

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• 在一定时间内未搜索到接收器，手柄将进入待机模式
• 待机模式下手柄的灯将灭掉，可以通过“START” 键，唤醒手柄。
• 按键 “MODE” （“ANALOG”） ， 可以选择红灯模式和绿灯模式

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pstwo.c部分函数详解

void PS2_Init(void)

初始化GPIO接口

• 接口配置
  • DI->PB12
  • DO->PB13
  • CS->PB14
  • CLK->PB15

void PS2_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

	//使能PORTB时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

	//配置 PB13 PB14 PB15 为 通用推挽输出，速度为50mMhz
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

	//配置 PB12 为 下拉输入模式
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPD;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_12;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
}

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void PS2_Cmd(u8 CMD)

发送数据给PS2的同时接收PS2的数据

• 涉及到的头文件

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

• 涉及到的全局变量

//数据存储数组
u8 Data[9]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};

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void PS2_Cmd(u8 CMD)
{
	volatile u16 ref=0x01;
	//重置数据
	Data[1] = 0;
	for(ref=0x01;ref<0x0100;ref<<=1)
	{
		//检测是否有指令需要发送，有指令则拉高电平
		if(ref&CMD)	DO_H;
		else DO_L;

		//先拉高时钟线电平，然后降低，然后再拉高，从而同步发送与接收数据
		CLK_H;
		DELAY_TIME;
		CLK_L;
		DELAY_TIME;
		CLK_H;

		//若接受到数据，则在对应数据位写1
		if(DI)
			Data[1] = ref|Data[1];
	}
	//发送完八位数据之后延时一段时间
	delay_us(16);
}

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• ref由0x00000001(8bit)变成0x10000000（8bit），模拟从低位开始的串行通信
• 时钟电平每次出现一次下降沿，DO_H、DO_L同时发送一bit数据

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void PS2_ReadData(void)

读取手柄数据

• 涉及到的头文件

#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

• 涉及到的全局变量

//数据存储数组
u8 Data[9]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
//用于存储两个命令，分别是开始命令和请求数据命令
u8 Comd[2]={0x01,0x42};

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void PS2_ReadData(void)
{
	volatile u8 byte=0;
	volatile u16 ref=0x01;

	//片选线拉低电平以选中接收器
	CS_L;

	//发送请求命令和请求数据命令
	PS2_Cmd(Comd[0]);
	PS2_Cmd(Comd[1]);  

	//依次读取数组Data的后七个位置
	for(byte=2;byte<9;byte++)
	{
		//将数据写入Data的后七个位置
		for(ref=0x01;ref<0x100;ref<<=1)
		{
			CLK_H;
			DELAY_TIME;
			CLK_L;
			DELAY_TIME;
			CLK_H;
		      if(DI)
		      Data[byte] = ref|Data[byte];
		}

		//每发送完八位数据之后延时一段时间
        delay_us(16);
	}

	//拉高片选线电平结束通信
	CS_H;
}

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• Data[1]用于存储每次执行PS2_Cmd函数时DI返回的信号数据了
  
  剩下的Data[2]~Data[9]共7个位置就用来存储需要返回单片机处理的有效数据了
• 如果没有进行任何操作，则Data的后7个位置的每一个位都会被写入1

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u8 PS2_RedLight(void)

判断是否为红灯模式，return0则为红灯模式

红灯的ID为“0x73”，绿灯的ID为“0x41”

• 涉及到的头文件

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

• 涉及到的全局变量

//数据存储数组
u8 Data[9]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
//用于存储两个命令，分别是开始命令和请求数据命令
u8 Comd[2]={0x01,0x42};

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u8 PS2_RedLight(void)
{
	CS_L;
	PS2_Cmd(Comd[0]);
	PS2_Cmd(Comd[1]);
	CS_H;

	//判断是否是红灯模式的ID
	if( Data[1] == 0X73)   return 0 ;
	else return 1;

}

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• 在发送comd[2]，也就是0x42的同时，DI会用8次循环将ID的每一位返回到Data[1]中
• Data[1] = 0x73，也就是等于红灯模式的ID，则return0，否则return1

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void PS2_ClearData()

重置Data数组的所有位

void PS2_ClearData()
{
	u8 a;
	for(a=0;a<9;a++)
		Data[a]=0x00;
}

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u8 PS2_DataKey()

返回按键的对应键值 ，键值用按键名的宏去定义

按键按下为0，未按下为1

• 涉及到的全局变量

//用于储存按键值
u16 Handkey;
//数据存储数组
u8 Data[9]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
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
	};

• 涉及到的头文件声明

//PS2按键键值的宏定义
#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      16

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u8 PS2_DataKey()
{
	u8 index;

	PS2_ClearData();
	PS2_ReadData();

	//将所有按键对应的位整合成一个16bit的数据
	Handkey=(Data[4]<<8)|Data[3];    

	for(index=0;index<16;index++)
	{	    

		//遍历这个16bit的数据，并返回被按下按键的值，按键的值被宏定义
		if((Handkey&(1<<(MASK[index]-1)))==0)
		return index+1;
	}
	return 0;
}

• 遍历Handkey，返回按键对应的键值的逻辑如下：
  • 首先我们知道按键被按下时会朝对应的数据位写入0，没被按下则写入1
  • 我们想要检测被写入0的位置
  • 而任何数&=0都会被清0
  • 所以可以用 1&按键名在Handkey中对应位 并判断结果是否为0，从而判断按键是否被按下
  • 所以将1左移到与Handkey中的按键名的对应位 对齐，进行&操作
  • 由于1左移后其他位都为0，所以&了以后其他位都是0，所以整个数字是否为0就取决于按键名在Handkey中的对应位是否为0
  • 接下来就是设定好1左移的量为（Mask[index] - 1）

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u8 PS2_AnologData(u8 button)

返回摇杆的状态数值

u8 PS2_AnologData(u8 button)
{
	return Data[button];
}

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• 不同的button的值所读取的数据：

  • 5：右边摇杆的X方向
  • 6：右边摇杆的Y方向
  • 7：左边摇杆的X方向
  • 8：左边摇杆的Y方向

• 返回的摇杆的模拟值在0~255之间

• x方向最左边为0，最右边为255

• y方向最上方为0，最右边为255

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void PS2_SetInit(void)

手柄配置初始化

void PS2_SetInit(void)
{
	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
}

• 主函数里要写在PS_Init( )之后

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void PS2_TurnOnAnalogMode(void)

设置发送模式

void PS2_TurnOnAnalogMode(void)
{
	CS_L;
	PS2_Cmd(0x01);  //设置成0x01为红灯模式，0x00为绿灯模式
	PS2_Cmd(0x44);
	PS2_Cmd(0X00);
	PS2_Cmd(0x01);
	PS2_Cmd(0x03); 	//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);
}

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• 参考：
  1. ps2解码通讯手册V1.5.pdf
  2. 对PS2遥控手柄与stm32单片机通信的理解（结合平衡小车之家的说明和程序）_Catherine Pro的博客-CSDN博客