基于SLH89F5162單片機(jī)的游戲手柄設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2017-10-21 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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一、項(xiàng)目背景概述

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201710/367176.htm

　　在智能手機(jī)隨處可見(jiàn)的今天，各式各樣的APP層出不窮。由于手機(jī)有重力感應(yīng)功能，手機(jī)游戲自然也不會(huì)錯(cuò)過(guò)這個(gè)，相比八、九十年代的小游戲，如今的游戲不再只是用眼去看，用手指操作，更多的是讓玩家用身體去體驗(yàn)游戲。賽車類、飛機(jī)類、游艇類等游戲，通過(guò)控制手機(jī)的姿態(tài)就能控制游戲?qū)ο螅@種體驗(yàn)使的很多人著迷。

　　但是，在游戲體驗(yàn)得到大幅度提升的同時(shí)，也存在一些問(wèn)題。重力傳感器與手機(jī)是一體的，手機(jī)屏幕也是手機(jī)的一部分，當(dāng)敵機(jī)快速朝我方?jīng)_來(lái)時(shí)，我們會(huì)最大限度的傾斜手機(jī)來(lái)躲避敵機(jī)。但是此時(shí)由于手機(jī)傾斜，我們要么看不見(jiàn)屏幕內(nèi)容，要么頭也隨手機(jī)傾斜。

　　為了解決這個(gè)問(wèn)題，我想把傳感器與屏幕分離出來(lái)，即使控制與顯示獨(dú)立。正值“深聯(lián)華杯單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)大賽”如火如荼的進(jìn)行，我就借此機(jī)會(huì)將我的計(jì)劃實(shí)現(xiàn)。制作一款具有重力感應(yīng)的游戲手柄。

　　雖然帶重力感應(yīng)的游戲手柄在市場(chǎng)上也有，但是上百元的價(jià)格并不是人人都會(huì)購(gòu)買(mǎi)的。深聯(lián)華SLH89F5162單片機(jī)是增強(qiáng)型51單片機(jī)，兼容傳統(tǒng)的51單片機(jī)，又添加了許多實(shí)用的周邊模塊，使得單片機(jī)真正成為“單片微機(jī)”。同時(shí)因其低廉的價(jià)格，使得制作出來(lái)的重力游戲手柄的成本也極低，屬于平民級(jí)的消費(fèi)電子，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不言而喻。

　　二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)原理

　　1、原理概述

　　SLH89F5162單片機(jī)從傳感器MPU6050獲取游戲手柄的實(shí)時(shí)2軸加速度值，經(jīng)過(guò)運(yùn)算可得到游戲手柄的傾斜角度，將這個(gè)角度信息通過(guò)串口發(fā)送到電腦上的接收程序，由接收程序經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)打包，就能把游戲手柄的姿態(tài)傳遞給游戲?qū)ο螅瑥亩_(dá)到與智能手機(jī)重力感應(yīng)游戲一樣的游戲效果。

　　2、硬件設(shè)計(jì)原理

　　SLH89F5162單片機(jī)有內(nèi)部16.6MHz振蕩器，所以不接外部晶振也可正常工作。用其產(chǎn)生115200波特率，通訊速度快，誤差極小，可忽略不計(jì)，測(cè)試了數(shù)萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)，沒(méi)發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)的數(shù)據(jù)。同時(shí)，產(chǎn)生的波特率越小，誤差越大。單片機(jī)內(nèi)部有復(fù)位電路，可省去外部復(fù)位電路，因此一片單片機(jī)芯片就是一個(gè)最小系統(tǒng)。

　　控制器SLH89F5162單片機(jī)為主控制器，負(fù)責(zé)傳感器的控制，傳感器信息的讀取、矩陣鍵盤(pán)掃描、獨(dú)立按鍵輸入、與電腦的串口通訊。

　　傳感器MPU6050內(nèi)部集成了3軸陀螺儀、3軸加速度計(jì)、溫度傳感器和數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器，并支持外接其他輔助傳感器。I2C通訊接口，數(shù)字量輸出，體積小。

　　115200波特率的分頻系數(shù) = 16.6M / 16 / 115200 = 9.00608

　　38400波特率的分頻系數(shù) = 16.6M / 16 / 38400= 27.0182

　　19200波特率的分頻系數(shù) = 16.6M / 16 / 19200 = 54.0365

　　9600波特率的分頻系數(shù) = 16.6M / 16 / 9600 = 108.073

　　3、軟件設(shè)計(jì)原理

　　軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境采用Keil3，編程語(yǔ)言采用匯編。采用模塊化方法，將I2C讀寫(xiě)函數(shù)、MPU6050操作函數(shù)、鍵盤(pán)掃描函數(shù)、數(shù)學(xué)運(yùn)算、表格分開(kāi)在不同的文件，編譯時(shí)再鏈接在一起。

　　MPU6050只支持I2C通訊，最大I2C時(shí)鐘為400KHz，采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，可最大限度的滿足其時(shí)鐘要求，這是高級(jí)語(yǔ)言無(wú)法做到的。重力傳感器輸出的是某一軸的加速度大小，該值與重力加速度g的比值，就是傳感器繞該軸與豎直方向夾角的正弦值，只要求其反正弦就可得到相應(yīng)的角度大小。

　　angleX = arcsin（accelX / g）

　　angleY = arcsin（accelY / g）

　　采集的數(shù)據(jù)具有噪聲，采用數(shù)字低通濾波器可有效減小噪聲干擾。某一軸上不僅存在重力加速度的分量，同時(shí)也存在運(yùn)動(dòng)加速度的分量，這會(huì)對(duì)傾角的計(jì)算帶來(lái)誤差。運(yùn)動(dòng)加速度的分量比重力加速度小很多，持續(xù)時(shí)間也很短，采用低通濾波算法也能較小運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的誤差。

　　低通濾波算法：y = a * y + （1 - a） * x; x：輸入， y：輸出， a：系數(shù)

　　由于8位的51單片機(jī)先天不足，對(duì)浮點(diǎn)數(shù)據(jù)運(yùn)算的支持很差，尤其是涉及三角函數(shù)、反三角函數(shù)。所以我采用空間換時(shí)間的方法，即通過(guò)查表得到arcsin（accel）的值，這樣運(yùn)算非?？?，而且精度沒(méi)有打任何折扣。SLH89F5162具有片內(nèi)62K Flash ROM，而accel = -8192 ~ 8192，存儲(chǔ)8192個(gè)浮點(diǎn)數(shù)據(jù)需要8192 * 4 = 32K字節(jié)，采用SLH89F5162單片機(jī)沒(méi)有任何壓力。

　　三、項(xiàng)目設(shè)計(jì)框圖

　　1、硬件設(shè)計(jì)框圖