基于SLH89F5162單片機的游戲手柄設計

一、項目背景概述

　　在智能手機隨處可見(jiàn)的今天，各式各樣的APP層出不窮。由于手機有重力感應功能，手機游戲自然也不會(huì )錯過(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游戲。賽車(chē)類(lèi)、飛機類(lèi)、游艇類(lèi)等游戲，通過(guò)控制手機的姿態(tài)就能控制游戲對象，這種體驗使的很多人著(zhù)迷。

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

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

　　雖然帶重力感應的游戲手柄在市場(chǎng)上也有，但是上百元的價(jià)格并不是人人都會(huì )購買(mǎi)的。深聯(lián)華SLH89F5162單片機是增強型51單片機，兼容傳統的51單片機，又添加了許多實(shí)用的周邊模塊，使得單片機真正成為“單片微機”。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，屬于平民級的消費電子，市場(chǎng)競爭力不言而喻。

　　二、項目設計原理

　　1、 原理概述

　　SLH89F5162單片機從傳感器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)單的數據打包，就能把游戲手柄的姿態(tài)傳遞給游戲對象，從而達到與智能手機重力感應游戲一樣的游戲效果。

　　2、 硬件設計原理

　　SLH89F5162單片機有內部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，測試了數萬(wàn)個(gè)數據，沒(méi)發(fā)現出錯的數據。同時(shí)，產(chǎn)生的波特率越小，誤差越大。單片機內部有復位電路，可省去外部復位電路，因此一片單片機芯片就是一個(gè)最小系統。

　　控制器SLH89F5162單片機為主控制器，負責傳感器的控制，傳感器信息的讀取、矩陣鍵盤(pán)掃描、獨立按鍵輸入、與電腦的串口通訊。

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

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

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

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

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

　　3、 軟件設計原理

　　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、MPU6050操作函數、鍵盤(pán)掃描函數、數學(xué)運算、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(mǎn)足其時(shí)鐘要求，這是高級語(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的角度大小。

　　angleX = arcsin（accelX / g）

　　angleY = arcsin（accelY / g）

　　采集的數據具有噪聲，采用數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)也存在運動(dòng)加速度的分量，這會(huì )對傾角的計算帶來(lái)誤差。運動(dòng)加速度的分量比重力加速度小很多，持續時(shí)間也很短，采用低通濾波算法也能較小運動(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

　　由于8位的51單片機先天不足，對浮點(diǎn)數據運算的支持很差，尤其是涉及三角函數、反三角函數。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，這樣運算非?？?，而且精度沒(méi)有打任何折扣。SLH89F5162具有片內62K Flash ROM，而accel = -8192 ~ 8192，存儲8192個(gè)浮點(diǎn)數據需要8192 * 4 = 32K字節，采用SLH89F5162單片機沒(méi)有任何壓力。

　　三、項目設計框圖

　　1、硬件設計框圖

　　2、軟件設計框圖

　　四、測試結果

　　一、作品展示

　　圖一

　　圖二

　　圖三

　　二、作品演示

　　演示視頻鏈接：http://pan.baidu.com/s/1i35JhVR

　?。ㄗⅲ阂曨l分辨率為1024×768，為了保證畫(huà)面清晰，建議全屏或者下載觀(guān)看。）