• Strona
• Artykuły
• Kursy
• Projekty
• Galerie
• Download
• Kontakt
• Szukaj
• Regulamin
• Logowanie

Kurs AVR-GCC. Gamepad od Sony PlayStation

Zwykle na płytkach startowych przeznaczonych do nauki programowania mikrokontrolerów wlutowuje się kilka miniaturowych przycisków. Spotyka się również płytki z klawiaturą zrobioną z przycisków wlutowanych w kilu rzędach . Jest to wygodne, bo można uruchamiać proste programy. Jednak obsługa w programie wielu przycisków okazuje się nieco uciążliwa, a dodatkowo występuje problem drgań styków przycisków. Zamiast walczyć z przyciskami polecam przyłączyć do płytki gamepad od konsoli Sony PlayStation2, w ten sposób temat przycisków zostanie prosto i elegancko rozwiązany.

Na fotografii poniżej wydać gamepad do PS2, który kosztował tylko kilkanaście zł. Nie jest to oryginalny pad PlayStation, ale za to ma "bajerancką" obudowę z przezroczystego tworzywa i jest podświetlany niebieskimi diodami LED. Jest to tzw. "analogowy" pad, bo w odróżnieniu od wcześniejszych modeli ("cyfrowych"), posiada obok przycisków dodatkowo dwa analogowe dżojstiki. Co ciekawe, z analogowego pada odczytywać można nie tylko które przyciski są wciśnięte, ale także siłę nacisku na przyciski. Pad wyposażony został również w silniki z niesymetrycznymi ciężarkami na osi do generowania wibracji -można sterować prędkością silnika. A to jeszcze nie wszystko, bo są dostępne wersję bezprzewodowe pada dla playstation2, które kosztują niewiele więcej niż modele z kablem.

Fot. 1. Gamepad do konsoli playstation 2 . Do wykorzystania 14 przycisków z możliwością odczytu siły nacisku, dwa dżojstiki analogowe, dwa silniki do generowania wibracji.

Playstation komunikuje się padem magistralą szeregową, my możemy przyłączyć pada do sprzętowego interfejsu SPI AVRa atmega. Wtyk na końcu przewodu pada ma dziewięć wyprowadzeń:

Rys. 1. Wtyk złącza gamepada playstation

Pin	Oznaczenie i kolor przewodu	Opis
1	DATA	Tą linią kontroler przesyła dane do playstation
2	CMD	Linią plastation przesyła komendy do kontrolera
8	MPWR	Zasilanie silników generujących wibracje pada 7-9V
4	GND	Masa
5	VCC	Zasilanie 3.3-5V
6	ATT	Niskim stanem niskim na tej linii playstation sygnalizuje rozpoczęcie transmisji
7	CLK	Sygnał zegara, taktujący dane na liniach DATA i CMD, generowany przez playstation
8	NC.	Nie podłączony
9	ACK	Pad potwierdza odbiór jednego bajtu danych ustawiając tę linię w stan niski

Tab. 1. Opis wyprowadzeń złącza gamepada playstation

Konsola playstation rozpoczyna komunikację z padem ustawiając stan niski na linii ATT . Transmisja danych odbywa się jednocześnie w dwóch kierunkach. Linią CMD playstation przesyła komendy do pada, a w tym samym czasie linią DATA gamepad przesyła do playstation informacje o stanie przycisków, dżojstików oraz inne dodatkowe informacje. Na linii CLK playstation generuje sygnał zegara taktujący dane na obu liniach danych CMD i DATA. Normalnym stanem początkowym sygnału zegara to stan wysoki. Próbkowanie linii danych (CMD i DATA) następuje po narastającym zboczu sygnału CLK. Dodatkowo gamepad potwierdza odebranie kolejnych bajtów danych ustawieniem linii ACK w stan niski( z wyjątkiem ostatniego bajtu). Bity w bajcie przesyłane są w kolejności od najmłodszego do najstarszego.

Poniżej wkleiłem funkcję "pad_byte", która wysyła/odbiera jeden bajt z/do gamepada.

unsigned char pad_byte(unsigned char byte)
{
   unsigned char i,r=0;

   for(i=0; i<8; i++, byte>>=1)
   {
       CLK_CLR;
       if(byte & 0x01) CMD_SET; else CMD_CLR;
       CLK_SET;
       r>>=1;
       if(DATA_IN) r|=0x80;
   }
   CMD_SET;
   _delay_us(20);
   return r;   
}

Możemy również przyłączyć pad poprzez sprzętowy interfejs SPI AVRa, poniżej mamy drugą wersję funkcji "pad_byte", która właśnie wykorzystuje sprzętowy SPI mikrokontrolera atmega.

// Konfiguracja SPI AVRa  
SPCR =(1<<SPE)|(1<<MSTR)  // Włącza SPI AVRa w trybie MASTER
  |(1<<DORD) // LSB wysyłany pierwszy
  |(1<<CPOL) // SCK normalnie w stanie wysokim 
  |(1<<CPHA) // Próbkowanie  po wznoszącym zboczu SCK 
  |(1<<SPR0)|(1<<SPR1); // Częstotliwość sygnału SCK fosc/128

// Wysyła jeden bajt poprzez SPI 
unsigned char pad_byte(unsigned char byte)
{
    SPDR = byte;
    while(!(SPSR & (1<<SPIF)));
 
    _delay_us(20);
    return SPDR; 
}

Gamepad potwierdza odbiór bajtu danych ustawiając na chwilkę linię ACK w stan niski, lecz w zamieszczonych tutaj przykładach nie będzie to wykorzystywane, linię ACK pozostawiłem niepodłączoną.

Rozmowa mikrokontrolera z gamepadem odbywa się w następujący sposób: Najpierw mikrokontroler ustawia linię ATT w stan niski, co aktywuje interfejs gamepada. Dalej, wywołując wielokrotnie funkcję "pad_byte", mikrokontroler wysyła do gamepada ciąg bajtów zawierający zakodowaną komendę wraz z parametrami. Jednocześnie wywoływana wielokrotnie funkcja "pad_byte" zwraca ciąg bajtów odczytany z gamepada, który zawiera informację o stanie przycisków, dżojstików itd.

Przykładowo, żeby odczytać stan przycisków gamepada i stopień wychylenia drążka dżojstików analogowych wyślemy do gamepada dziewięć bajtów zawierających komendę: 0x42-"Controller poll", jak w tablicy poniżej.

Odczytane z gamepada bajty numer 4 i 5 zawierają informacje o stanie przycisków, wartość bitu 0 oznacza, że przycisk jest wciśnięty; a bajty numer 6..9 zawierają informację o stopniu wychylenia gałek dżojstików analogowych.

Przykładowy programik

Przykładowy program był testowany na mikrokontrolerze atmega8 z częstotliwością pracy 8MHz. Obok gamepada ps2, dołączyłem do portów we/wy AVRa osiem diod LED i cztery przełączniki. Z użyciem przełączników wybieramy numer bajtu (0-8) odczytanego z pada, którego wartość ma być pokazany na ośmiu diodach LED.

Schemat 1. Obok gamepada ps2, dołączyłem do portów we/wy AVRa osiem diod LED i cztery przełączniki. Z użyciem przełączników wybieramy numer bajtu (0-8) odczytanego z pada, którego wartość ma być pokazany na ośmiu diodach LED.

Program przeznaczony jest dla uC ATMEGA taktowanego zegarem 8MHz, jeśli mikrokontroler ma pracować z  większą częstotliwością, to program może wymagać drobnego dopasowania.

Katalog z plikami źródłowymi projektu można pobrać klikając w link ps2_pad.zip.

Jeśli nie wiesz jak skompilować i uruchomić przykład, to polecam artykuł "Szybki start z WinAVR"

Na zakończenie podpowiem, że aby odczytać z gamepada informacje o sile nacisku na przyciski i mieć możliwość sterowania silnikami wibracji, potrzeba wcześniej te funkcje aktywować, wysyłając do pada odpowiednie komendy konfiguracyjne. Listę komend kontrolera playstation2 można znaleźć w dokumencie: Playstation 2 controller protocol notes