PS2手柄和STM32通信_stm32 ps2手柄

一、通讯周期

        PS2手柄的通信协议与SPI类似，物理层由四条线路构成，分别为CS(片选)、DAT(MISO)、CMD(MOSI)、CLK(时钟线)。

        CS片选信号线默认为高电平，在一个通讯周期间一直处于低电平状态，通讯结束后需要手动拉高电平。PS2手柄在CS低电平状态会被“锁定”，无法获取按键值，因此与SPI不同，需要手动拉低拉高，而不能全程选中置低。CLK默认低电平，PS2是低电平写入、高电平读取，即时钟线由高变低时数据线发生变化，由低变高时双方设备对信号进行读取。

        PS2的一个通讯周期由9帧构成，收发同时进行。其中，各个帧的含义如下：

（图1：表来自YFROBOT电子工作室PS2解码通讯图）

        PS2的通信是全双工的，收发同时进行，且每一帧低位先行。一个典型的PS2通讯周期时序图如下所示：

（图2：PS2通讯时序图，红灯模式，按LEFT键）

        首先，通讯开始时，STM32拉低CS片选。

        发送第0帧0x01，同时，PS2回复一个无意义的随机值。

        第1帧，STM32发送0X42，同时PS2回复它的ID。若ID=0x41则处于绿灯模式，此时摇杆没有模拟量，只有推到最大时会有一个数字量。0x73红灯模式时，摇杆输出模拟量。

        第2帧，STM32发送一个随意值，PS2回复0x5A，通讯开始。

        第3帧，STM32发送WW，代表右侧电机的震动程度，值越大，震动越强烈；PS2回复button_group1的值，如图1所示。此时若按下LEFT，第7位会被置零。由于是低位先行的，因此时序图中第3帧最后一位为0。

        第4帧，STM32发送YY，代表左侧电机震动程度。PS2回复button_group2的值。

        第5帧，STM32发送随机值，PS2回复RX值，即右侧摇杆横向值，未动时时0x80，即处于中间，0x00代表摇杆在最左侧，0xFF为最右侧。

        第6帧，STM32发送随机值，PS2回复RY值，即右侧摇杆纵向值。

        第7帧，STM32发送随机值，PS2回复LX值，即左侧摇杆横向值。

        第8帧，STM32发送随机值，PS2回复LY值，即左侧摇杆纵向值，通讯结束。

二、单帧分析

 （图3 通讯周期第2帧时序图）

        图3给出了和PS2通讯的第2帧时序图。选择第2帧是因为在这一帧中，既有PS2写，也有STM32写，这样方便对帧进行说明。接下来逐位对其分析。

（图4 通讯周期第2帧第0位）

        注意第2帧的第0位实际上是从245799us处开始的。开始时，CLK处于低电平状态，STM32先拉低CMD电平，写出0，然后延时一段时间等PS2写，然后拉高CLK电平，时钟上升沿时STM32读PS2所写数据1，延时一段时间等PS2读，再拉低CLK电平，完成第0位通讯。

（图5 通讯周期第2帧第1位） 

        第2帧第1位从245808us处开始。开始时，CLK处于低电平状态，STM32先拉高CMD电平，写出1，然后延时一段时间等PS2写，然后拉高CLK电平，时钟上升沿时STM32读PS2所写数据1，延时一段时间等PS2读，再拉低CLK电平，完成第1位通讯。

（图6 通讯周期第2帧第2位） 

        第2位比较典型。这一帧开始时，CLK处于低电平状态，STM32先拉低CMD电平，写出0，然后延时一段时间等PS2写，可以看到PS2也在CLK低电平期间写出了数据，说明PS2确实是低电平写、高电平读的。接着STM32拉高CLK电平，时钟上升沿时STM32读PS2所写数据0，延时一段时间等PS2读，再拉低CLK电平，完成第2位通讯。

        剩余5位皆按照上述规律通信，可参照图3进行分析。可以看出，整个第2帧期间，PS2均在CLK电平下降沿写出数据，即“低电平写，高电平读”。这与一般的默认的SPI在“高电平写，低电平读”是相反的。若参照图1，可以看出整个通讯周期皆遵循此协议，除了第0帧。但考虑到第0帧PS2的输出是无意义的，因此上述协议成立。

三、代码参考

1、软件实现

        作者参考网上的代码，基于HAL库给出接收发送1byte的参考代码：

//负责发送的同时接收1 byte数据
static uint8_t s_ps2_sendAget(uint8_t CMD){
  uint8_t data=0;
  uint16_t ref;
  assert_param(HAL_GPIO_ReadPin(PS2_CS_PORT,PS2_CLK_PIN) == GPIO_PIN_RESET);
 
  for(ref=0x01;ref<0b100000000;ref<<=1){
    //默认低电平。咱先写，写完等会儿让PS2写
    if(ref&CMD){
      HAL_GPIO_WritePin(PS2_CMD_PORT, PS2_CMD_PIN, GPIO_PIN_SET);
    } else{
      HAL_GPIO_WritePin(PS2_CMD_PORT, PS2_CMD_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    }
    delay(3);
    //拉高电平，咱先读，读完等会儿让PS2也读
    HAL_GPIO_WritePin(PS2_CLK_PORT,PS2_CLK_PIN,GPIO_PIN_SET);
    if(HAL_GPIO_ReadPin(PS2_DAT_PORT,PS2_DAT_PIN)) data|=ref;
    delay(3);
 
    HAL_GPIO_WritePin(PS2_CLK_PORT,PS2_CLK_PIN,GPIO_PIN_RESET);
  }
  return data;
}

该代码中，PORT、PIN均需要用户自己定义；delay函数也需要用户自己实现。与网上大多数代码不同，该代码根据作者自己所抓的通讯时序调整了拉高拉低时钟的时机。

2、存在的问题

        作者亦尝试使用STM32F429IGT6（主频180MHZ，APB2总线频率90MHZ）的SPI1硬件外设实现通讯，但发送相同的命令，PS2回复的结果是错误的，结果会左移一位。作者怀疑可能是通信速率过高的原因，但未尝试解决。给出配置代码如下，供取笑、参考。

static void s_ps2_hard_init(){
  GPIO_InitTypeDef GPIO_Init;
  //开启GPIO时钟
  PS2_SPI_CS_CLK_ENABLE();
  PS2_SPI_CMD_CLK_ENABLE();
  PS2_SPI_DAT_CLK_ENABLE();
  PS2_SPI_CLK_CLK_ENABLE();
  //开启SPI时钟
  PS2_SPI_CLK_ENABLE();
  //配置GPIO
 
  //配置DAT端口。该端口是PS2到单片机的通路。
  GPIO_Init.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_Init.Alternate = PS2_SPI_AF;
  GPIO_Init.Pin = PS2_SPI_DAT_PIN;
  GPIO_Init.Pull = GPIO_PULLDOWN;
  GPIO_Init.Speed = GPIO_SPEED_FAST;
  HAL_GPIO_Init(PS2_SPI_DAT_PORT, &GPIO_Init);
 
 
  //配置CMD端口。该端口是单片机到PS2的命令通路。
  GPIO_Init.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
  GPIO_Init.Pin = PS2_SPI_CMD_PIN;
  HAL_GPIO_Init(PS2_SPI_CMD_PORT,&GPIO_Init);
 
  //配置CS端口。该端口是单片机到PS2的片选。
  GPIO_Init.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_Init.Pin = PS2_SPI_CS_PIN;
  HAL_GPIO_WritePin(PS2_SPI_CS_PORT,PS2_SPI_CS_PIN,GPIO_PIN_SET);
  HAL_GPIO_Init(PS2_SPI_CS_PORT,&GPIO_Init);
 
  //配置CLK端口。该端口是单片机控制的。
  GPIO_Init.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
  GPIO_Init.Pin = PS2_SPI_CLK_PIN;
  HAL_GPIO_Init(PS2_SPI_CLK_PORT,&GPIO_Init);
 
  //配置SPI结构体，初始化SPI。
  hspi.Instance = PS2_SPI;
  hspi.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
  hspi.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
  hspi.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
  hspi.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
  hspi.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
  hspi.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
  hspi.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_256;
  hspi.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_LSB;
  hspi.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
  hspi.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
  HAL_SPI_Init(&hspi);
 
  //__HAL_SPI_ENABLE(&hspi);
 
}

发送接收代码如下：

typedef struct {
    uint8_t null;
    uint8_t ID;
    uint8_t start;
    uint8_t button_Group1;
    uint8_t button_Group2;
    uint8_t RX;
    uint8_t RY;
    uint8_t LX;
    uint8_t LY;
}my_PS2_Statues;
 
SPI_HandleTypeDef hspi;
uint8_t cmdList[9] = {0x01,0x42,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
 
my_PS2_Statues my_ps2_getState(){
  my_PS2_Statues statues;
  HAL_GPIO_WritePin(PS2_SPI_CS_PORT,PS2_SPI_CS_PIN,GPIO_PIN_RESET);
  HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi,cmdList,(uint8_t*)&statues,9,HAL_MAX_DELAY);
  HAL_GPIO_WritePin(PS2_SPI_CS_PORT,PS2_SPI_CS_PIN,GPIO_PIN_SET);
  return statues;
}