PS2手柄通讯协议解析附资料和源码

一.PS2介绍

今天就带大家来认识一下PS2的通讯协议&＃xff0c;如果你需要用PS2无线手柄搭配单面机来DIY制作&＃xff0c;那么千万别错过这篇文章。

首先介绍一下我们今天的主角-----PS2手柄。 PS2手柄是日本SONY公司的PlayStation2 游戏机的遥控手柄。索尼的 PSX系列游戏主机在全球都很畅销。不知什么时候便有人打起 PS2手柄的主意&＃xff0c;破解了通讯协议&＃xff0c;使得手柄可以接在其他器件上遥控使用&＃xff0c;比如遥控我们熟悉的机器人。突出的特点是这款手柄性价比极高&＃xff0c;按键丰富&＃xff0c;方便扩展到其它应用中。

二.PS2通讯协议介绍

PS2采用的是SPI通信协议&＃xff0c;SPI是串行外设接口的缩写&＃xff0c;是一种高速的、全双工、同步的通信总线&＃xff0c;并且在芯片的管脚上只占用四根线&＃xff08;DI、DO、CS、CLK&＃xff09;&＃xff0c;节约了芯片的管脚&＃xff0c;同时为PCB的布局上节省空间。

&＃xff08;1&＃xff09;PS2端口介绍

PS2接收器上一共有九根引脚&＃xff0c;按上图从左往右&＃xff0c;依次为&＃xff1a;

1.DI/DAT&＃xff1a;信号流向&＃xff0c;从手柄到主机&＃xff0c;此信号是一个8bit 的串行数据&＃xff0c;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&＃xff1a;信号流向&＃xff0c;从主机到手柄&＃xff0c;此信号和 DI相对&＃xff0c;信号是一个 8bit 的串行数据&＃xff0c; 同步传送于时钟的下降沿。

3.NC&＃xff1a;空端口。

4.GND&＃xff1a;电源地。

5.VCC&＃xff1a;接收器工作电源&＃xff0c;电源范围 3~5V。

6.CS/SEL&＃xff1a;用于提供手柄触发信号。在通讯期间&＃xff0c;处于低电平。

7.CLK&＃xff1a;时钟信号&＃xff0c;由主机发出&＃xff0c;用于保持数据同步。

8.NC&＃xff1a;空端口。

9.ACK&＃xff1a;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&＃xff0c;如果CS信号不变低&＃xff0c;约60微秒PS主机会试另一个外设。在编程时未使用ACK端口。&＃xff08;可以忽略&＃xff09;
 

&＃xff08;2&＃xff09;PS2通讯过程

1. CS线在通讯期间拉低&＃xff0c;通信过程中CS信号线在一串数据&＃xff08;9个字节,每个字节为8位&＃xff09;发送完毕后才会拉高&＃xff0c;而不是每个字节发送完拉高。

2. DO、DI在在CLK时钟的下降沿完成数据的发送和读取。

下降沿&＃xff1a;数字电平从高电平&＃xff08;数字“1”&＃xff09;变为低电平&＃xff08;数字“0”&＃xff09;的那一瞬间叫作下降沿。

3. CLK的每个周期为12us。若在某个时刻&＃xff0c;CLK处于下降沿&＃xff0c;若此时DO为高电平则取“1”&＃xff0c;低电平则取“0”。连续读8次则得到一个字节byte的数据&＃xff0c;连续读9个字节就能得到一次传输周期所需要的数据。DI也是一样的&＃xff0c;发送和传输同时进行。

具体的通讯过程如下&＃xff1a;

以STM32为例&＃xff1a;

1. 首先STM32拉低CS片选信号线&＃xff0c;然后在每个CLK的下降沿读一个bit&＃xff0c;每读八个bit&＃xff08;即一个byte&＃xff09;CLK拉高一小段时间&＃xff0c;一共读九组bit。

2. 第一个byte是STM32发给接收器命令“0X01” 。

3. PS2手柄会在第二个byte回复它的ID&＃xff08;0x41&＃61;绿灯模式&＃xff0c;0x73&＃61;红灯模式&＃xff09;&＃xff0c;同时第二个byte时STM32发给PS2一个0x42请求数据。

红灯模式时 &＃xff1a; 左右摇杆发送模拟值&＃xff0c;0x00~0xFF 之间&＃xff0c;且摇杆按下的 键值 L3 、 R3 有效&＃xff1b;
绿灯模式时 &＃xff1a; 左右摇杆模拟值为无效&＃xff0c;推到极限时&＃xff0c;对应发送 UP、RIGHT、DOWN、 LEFT、△、○、╳、□&＃xff0c;按键 L3 、 R3 无效&＃xff1b;

4. 第三个byte PS2 会给主机发送 “0x5A” 告诉STM32数据来了。

5. 从第四个byte开始全是接收器给主机发送数据&＃xff0c;每个byte定义如上图&＃xff0c;当有按键按下&＃xff0c;对应位为“0 ”&＃xff0c;例如当键“SELECT”被按下时&＃xff0c; Data[3]&＃61;11111110。

对于整个通讯过程&＃xff0c;你理解成下面的一段对话&＃xff1a;

注意&＃xff1a;
1.模拟量只对红灯模式下有效&＃xff0c;绿灯模式下摇杆推至极限分别对应 UP、RIGHT、DOWN、 LEFT、△、○、╳、□ 。
2. L3、R3只对红灯模式下有效&＃xff0c;在绿灯模式下无效。

三.基于STM32的PS2通信源码

//采用模拟SPI通信
/*DI->PB12&＃xff1b;DO->PB13&＃xff1b;CS->PB14&＃xff1b;CLK->PB15
*/
void PS2_Init(void) {
// 输入 DI->PB12RCC->APB2ENR|&＃61;1<<3; // 使能 PORTB 时钟 GPIOB->CRH&&＃61;0XFFF0FFFF;//PB12 设置成输入 默认下拉GPIOB->CRH|&＃61;0X00080000; // DO->PB13 CS->PB14 CLK->PB15 RCC->APB2ENR|&＃61;1<<3; // 使能 PORTB 时钟 GPIOB->CRH&&＃61;0X000FFFFF;GPIOB->CRH|&＃61;0X33300000; //PB13、 PB14 、 PB15 推挽输出 } //端口初始化&＃xff0c;PB12 为输入&＃xff0c;PB13 、PB14 、PB15 为输出。// 向手柄发送命令
void PS2_Cmd(u8CMD)
{volatile u16 ref&＃61;0x01; Data[1]&＃61;0; for(ref&＃61;0x01;ref<0x0100;ref<<&＃61;1) {if(ref&CMD) {DO_H; // 输出一位控制位}else DO_L; CLK_H; // 时钟拉高 delay_us(10); CLK_L; delay_us(10); CLK_H; if(DI) {Data[1]&＃61;ref|Data[1];}}delay_us(16);
}// 判断是否为红灯模式&＃xff0c;0x41&＃61;模拟绿灯&＃xff0c;0x73&＃61;模拟红灯
// 返回值&＃xff1b;0&＃xff0c;红灯模式
// 其他&＃xff0c;其他模式
u8PS2_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]&＃61;&＃61; 0X73) return 0&＃xff1b;else return 1&＃xff1b;
}// 读取手柄数据
void PS2_ReadData(void)
{volatile u8 byte&＃61;0; volatile u16 ref&＃61;0x01; CS_L; PS2_Cmd(Comd[0]); // 开始命令PS2_Cmd(Comd[1]); // 请求数据for(byte&＃61;2;byte<9;byte&＃43;&＃43;) // 开始接受数据 {for(ref&＃61;0x01;ref<0x100;ref<<&＃61;1) { CLK_H; delay_us(10); CLK_L; delay_us(10); CLK_H; if(DI) {Data[byte]&＃61; ref|Data[byte];}}delay_us(16);}CS_H;
} /*
上面两个函数分别为主机向手柄发送数据、手柄向主机发送数据。手柄向主机发送的数据缓存在数组 Data[]中&＃xff0c;
数组中共有9个元素&＃xff0c;每个元素的意义请见表1。
还有一个函数是用来判断手柄的发送模式&＃xff0c;也就是判断 ID(红灯还是绿灯模式) 即 Data[1]的值。
*/// 对读出来的 PS2 的数据进行处理,只处理按键部分
//按下为0&＃xff0c;未按下为1
u8PS2_DataKey()
{u8 index; PS2_ClearData(); PS2_ReadData(); Handkey&＃61;(Data[4]<<8)|Data[3]; // 这是 16个按键 按下为 0 &＃xff0c; 未按下为 1 for(index&＃61;0;index<16;index&＃43;&＃43;) {if((Handkey&(1<<(MASK[index]-1)))&＃61;&＃61;0) returnindex&＃43;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
u8PS2_AnologData(u8 button)
{return Data[button];
}// 清除数据缓冲区
void PS2_ClearData()
{u8 a; for(a&＃61;0;a<9;a&＃43;&＃43;) {Data[a]&＃61;0x00;}
}/*
8 位数 Data[3]与 Data[4]&＃xff0c;分别对应着 16个按键的状态&＃xff0c;按下为 0&＃xff0c;未按下为 1。
通过 对这两个数的处理&＃xff0c;得到按键状态并返回键值。
另一个函数的功能就是返回模拟值&＃xff0c;只有在“红灯模式”下值才是有效的&＃xff0c;拨动摇杆&＃xff0c; 值才会变化&＃xff0c;这些值分别存储在 Data[5]、Data[6]、
Data[7]、 Data[8]。
*///手柄配置初始化&＃xff1a;
void PS2_ShortPoll(void)
{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);
}//进入配置
void PS2_EnterConfing(void)
{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);
}// 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&＃61;0x01;digital&＃61;0x00 软件设置发送模式 PS2_Cmd(0xEE);//Ox03 锁存设置&＃xff0c;即不可通过按键“MODE ”设置模式。 //0xEE 不锁存软件设置&＃xff0c;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);
}// 振动设置
void PS2_VibrationMode(void)
{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);
}// 完成并保存配置
void PS2_ExitConfing(void)
{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);
}// 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&＃xff0c;并选择是否保存 PS2_VibrationMode(); // 开启震动模式 PS2_ExitConfing(); // 完成并保存配置
}
/*
可以看出配置函数就是发送命令&＃xff0c;发送这些命令后&＃xff0c;手柄就会明白自己要做什么了&＃xff0c;发送命令时&＃xff0c;不需要考虑手柄发来的信息。
手柄配置初始化&＃xff0c;PS2_ShortPoll()被执行了3次&＃xff0c;主要是为了建立和恢复连接。
具体的配置方式请看注释。
*/
void PS2_Vibration(u8motor1,u8motor2)
{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);
}
//只 有 在 初 始 化 函 数 void PS2_SetInit(void) 中 &＃xff0c; 对 震 动 电 机 进 行 了初 始 化 &＃xff08;PS2_VibrationMode();//开启震动模式&＃xff09;&＃xff0c;这个函数命令才会被执行。


四.文档与源码下载链接

1.PS2参考文档CSDN&＃xff1a;PS2解码通讯手册.pdf

2.这里还有一份我写的源码&＃xff1a;PS2源码HAL库&＃43;CubeMX&＃43;Stm32F103C8 注意&＃xff1a;

• 里面除了PS2的源码还加了延时实验的源码。由于HAL库本身没有微秒级的延时&＃xff0c;所以需要自己写微秒级的延时函数&＃xff0c;详情看源码。至于延时的原理参考另一篇博客&＃xff1a;Stm32延时与计时方法&＃xff08;HAL库&＃xff09;。
• 为防止与PS2通信过快而乱码导致延迟&＃xff0c;需要在主函数的while(1)中延时50ms&＃xff0c;即加一句delay_ms(50)。&＃xff08;原工程中没有&＃xff0c;需要自行加上&＃xff09;