## 前言 這是一款基于立創(chuàng)梁山派設(shè)計的游戲機(jī)拓展板，官方的叫天魁星，交通燈拓展板叫天罡星，那我做的就叫它天機(jī)星吧！哈哈哈！ ## 項目需求 1、具有UI界面，能夠通過選擇來玩多種游戲。 2、屏幕小巧、亮度可調(diào)節(jié)。 3、通過喇叭或者插入有線耳機(jī)輸出聲音、振動馬達(dá)給予使用者一定的反饋。 4、使用搖桿和按鍵結(jié)合的方式獲得良好游戲體驗。 5、獨立電源、Type-C可充電式設(shè)計、電量檢測以及支持長按開機(jī)與長按關(guān)機(jī)等功能。 ## 器件選擇 1、屏幕： ![image.png] 使用1.69寸IPS屏幕 2、耳機(jī)孔、喇叭與功放IC： ![image.png]![image.png] 喇叭需在淘寶購買。 ![image.png] 8002A 3、3D搖桿 ![image.png] 個人認(rèn)為這種3D搖桿比官方的手感體驗更好些。然后我在淘寶購買了一個搖桿按鍵帽安裝上去。 4、按鍵 ![image.png] 綜合考量，這種開關(guān)雖然手感上沒有官方拓展板的體驗?zāi)敲春茫沁@種輕觸開關(guān)可以安上鍵帽，顯得更好看。 5、EEPROM ![image.png] M24C02 6、震動馬達(dá) ![image.png] 7、充電IC ![image.png] LP4056HSPF 8、升壓IC ![image.png] ME2159AM6G 將鋰電池3.7V的電壓升壓到5V給板子供電。 ## 原理圖設(shè)計說明 1、MOS開關(guān)電路： ![image.png] 長按開機(jī)功能：按下START輕觸開關(guān)時，PMOS管的柵極接低電位導(dǎo)致其源極和漏極導(dǎo)通，相當(dāng)于開關(guān)打開，這時單片機(jī)已經(jīng)上電，為了實現(xiàn)長按開機(jī)的效果，當(dāng)按下時間小于2S時，單片機(jī)控制屏幕不亮，且PE6端口輸出低電平，只要輕觸開關(guān)放開，源極和漏極就會截止。單片機(jī)斷電。當(dāng)按鍵按下大于2S時，PE6端口輸出高電平，使得S8050三極管發(fā)射級與集電極導(dǎo)通，無論按鍵是否按下，單片機(jī)都不會斷電。這樣就實現(xiàn)了長按開機(jī)的功能。 長按關(guān)機(jī)功能：PE5管腳使用外部中斷、上拉輸入的形式，當(dāng)按鍵按下時，PE5電平被拉低，單片機(jī)通過檢測按下時間，當(dāng)按下時間大于設(shè)定的閾值，PE6輸出低電平，熄滅屏幕，給用戶造成關(guān)機(jī)的感覺，但單片機(jī)其實還沒斷電，當(dāng)手從按鍵移開時，PMOS柵極電位拉高，源極和漏極截止,從何實現(xiàn)真正斷電。 2、充電電路： ![image.png] ![image.png] 充電IC使用LP4056HSPF，ISET引腳接的2K電阻，通過查找數(shù)據(jù)手冊知這樣充電電流為0.5A.STAT1與STAT2引腳在充電時與充電完成輸出的電平不同，將兩個引腳接到梁山派的相應(yīng)引腳上可以檢測游戲機(jī)是否正在充電以及是否充電完成。充電接口使用的是TYPE-C。由于VBAT網(wǎng)絡(luò)位于PMOS管的源極端，所以無論游戲機(jī)電源是否打開，都可以進(jìn)行充電。 3、升壓電路： ![image.png] 升壓IC采用ME2159AM6G，將3.7V的電壓升到5V給板子供電，當(dāng)充電時5V_CG網(wǎng)絡(luò)的電壓使MMBT3904三極管集電極與發(fā)射極導(dǎo)通，EN引腳置低，升壓IC停止升壓，這樣就可以避免電池與外接電源同時給板子通電的情況發(fā)生。采用兩個510K電阻的串聯(lián)分壓進(jìn)行電壓檢測，如上圖，由于VCC網(wǎng)絡(luò)位于PMOS管的漏極端，所以當(dāng)關(guān)閉游戲機(jī)時，ADC電壓檢測不會存在形成回路而導(dǎo)致放電的現(xiàn)象。 4、按鍵電路： ![image.png] 為了更方便布線，所以將部分按鍵引腳做了“非連接”處理。 其余電路設(shè)計與官方拓展板基本相同，不做一一贅述。 ## PCB設(shè)計說明 ![image.png] 考慮到使用了另一種3D搖桿，這種搖桿的高度比較高，如果仍把屏幕貼在主板子中間，效果可能不是特別好，因此這里把屏幕焊接在另一個小板子上，在通過焊盤將兩個板子焊接在一起。 ## 軟件說明 1、控制開關(guān)機(jī)的PE5 PE6引腳的配置代碼如下： ``` void output_Init(void) { rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOE); gpio_mode_set(GPIOE, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE,GPIO_PIN_6); gpio_output_options_set(GPIOE, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_6); } void On(void) { gpio_bit_set(GPIOE,GPIO_PIN_6);//PE6置高，無論按鍵是否按下，板子都會有供電 } void Off(void) { gpio_bit_reset(GPIOE,GPIO_PIN_6);//PE6置低，手從按鍵上放開時，板子真正意義上斷電 } void input_EXTI_Init(void)//檢測START按鍵是否按下 { /* 開啟時鐘 */ rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOE); rcu_periph_clock_enable(RCU_SYSCFG); /* 配置GPIO的模式 */ gpio_mode_set(GPIOE,GPIO_MODE_INPUT,GPIO_PUPD_PULLUP,GPIO_PIN_5);//上拉輸入 nvic_irq_enable(EXTI5_9_IRQn,2U,0U); syscfg_exti_line_config(EXTI_SOURCE_GPIOE,EXTI_SOURCE_PIN5); exti_init(EXTI_5,EXTI_INTERRUPT,EXTI_TRIG_FALLING); exti_interrupt_enable(EXTI_5); exti_interrupt_flag_clear(EXTI_5); } ``` 2、延遲開機(jī)部分：當(dāng)按下START按鍵時，先執(zhí)行Off()函數(shù)，延遲2S再執(zhí)行On()函數(shù)，同時亮屏，提示用戶松開按鍵。下面是代碼放置的位置： ``` systick_config(); nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2); output_Init(); Off();//按鍵按下時間小于兩秒就移開，板子會斷電 delay_1ms(2000);//延遲2S usart0_init(); adc_config(); adc_bat_init(); key_init(); led_init(); ui_main_set_init(); On();//由于下面的開機(jī)logo顯示函數(shù)里面也有延時部分，實現(xiàn)加載效果，所以O(shè)n()函數(shù)放在這一行執(zhí)行 ui_main_lcd_init();//開機(jī)logo顯示 //....省略之間的代碼.....// ui_main_init_show(); input_EXTI_Init();//PE5引腳輸入初始化 while(1) { //....省略代碼.....// } ``` 當(dāng)要關(guān)閉游戲機(jī)時，按下START按鍵，PE5引腳產(chǎn)生下降沿,程序執(zhí)行立刻進(jìn)入外部中斷回調(diào)函數(shù)，具體作用以及代碼上文已經(jīng)涉及，不再贅述，回調(diào)函數(shù)代碼如下： ``` void EXTI5_9_IRQHandler(void)//中斷回調(diào)函數(shù) { if(exti_interrupt_flag_get(EXTI_5) == SET) { delay_1ms(20); if(gpio_input_bit_get(GPIOE,GPIO_PIN_5) == RESET) { uint8_t i; for(i=0;i<10;i++)//2s長按關(guān)機(jī)，每200ms檢測一次 { delay_1ms(200); if(gpio_input_bit_get(GPIOE,GPIO_PIN_5) == RESET && i==9) { Off();//PE6置低，手從按鍵上放開時，板子真正意義上斷電 LCD_Fill(0,0,240,280,0x0000);//屏幕熄滅，造成關(guān)機(jī)的現(xiàn)象 while(1);//死循環(huán) } else if(gpio_input_bit_get(GPIOE,GPIO_PIN_5) == SET) { break;//若不符合條件則退出循環(huán) } } } exti_interrupt_flag_clear(EXTI_5);//清除中斷標(biāo)志位 } } ``` 2、開機(jī)LOGO顯示與加載效果 LCD_ShowPicture1函數(shù)可顯示圖片，最后一個參數(shù)是圖片轉(zhuǎn)數(shù)組之后的數(shù)組名稱。 官方的示例程里的開機(jī)LOGO是立創(chuàng)開發(fā)板的字樣，我把他換成了自己設(shè)計的圖片。 ``` //開機(jī)logo顯示 void ui_main_lcd_init(void) { LCD_Init(); LCD_timer_config(); LCD_ShowPicture1(0,0,LCD_W,LCD_H,START_BMP); //開機(jī)logo LCD_ShowString(((240-strlen("Loading")*12)/2),0,"Loading!",LCEDA,WHITE,24,0); delay_1ms(1200); LCD_ShowString(((240-strlen("*Loading!*")*12)/2),0,"*Loading!*",LCEDA,WHITE,24,0); delay_1ms(900); LCD_ShowString(((240-strlen("**Loading!**")*12)/2),0,"**Loading!**",LCEDA,WHITE,24,0); delay_1ms(600); LCD_ShowString(((240-strlen("***Loading!***")*12)/2),0,"***Loading!***",LCEDA,WHITE,24,0); delay_1ms(300); timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER2,TIMER_CH_1,50+ui_set.luminance*10); } ``` 圖片轉(zhuǎn)數(shù)組可使用一個叫Image2Lcd的軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換： ![image.png] 轉(zhuǎn)換完成后將數(shù)組復(fù)制粘貼到image.h相應(yīng)的位置上。 ![image.png] 這張圖是我設(shè)計的開機(jī)LOGO ![image.png] 這張圖是“關(guān)于本機(jī)”的內(nèi)容。所以大家也可以根據(jù)自己的喜好導(dǎo)入想顯示的圖片。 3、顯示中文不亂碼的方法 由于一開始梁山派板載的SPI Flash里沒有中文字庫數(shù)據(jù)，所以運行NES系統(tǒng)時顯示中文會亂碼，那么這時候就要導(dǎo)入中文字庫，第一步：使用一張SD卡(推薦使用32GB的，因為有群友表示選擇的SD卡內(nèi)存過大或過小可能會導(dǎo)致無法識別的現(xiàn)象)。在根目錄下新建一個名為font文件夾，將字庫文件放在里面；第二步：將其插入到已經(jīng)下載好NES系統(tǒng)程序的梁山派SD卡槽中，插電啟動時它自己就會將字庫數(shù)據(jù)刷到flash里面。之后不管是否插入內(nèi)存卡，都可以正常顯示中文了！ 4、優(yōu)化在未玩游戲時喇叭或者耳機(jī)的沙沙聲 由于nes游戲的音頻輸出有一個0x80的直流偏置。如果這個輸出到喇叭或耳機(jī)的信號有突變，就會導(dǎo)致喇叭有一個非常令人難受的異響，所以可能官方的nes系統(tǒng)的程序為了兼容，在未玩游戲時也對音頻輸出了0x80的偏置，但這樣會造成一個很大的問題，就是會有沙沙聲，使體驗感不佳，因此，經(jīng)過我對代碼的研究，未進(jìn)入游戲時，音頻信號直接輸出零，進(jìn)入游戲時加入0->0x80,退出游戲時加入0x80->0的信號緩變，這樣就可以很好程度的解決沙沙聲的問題。 Timer3的初始化音頻就輸出零，然后Timer3的中斷回調(diào)函數(shù)改的比較多，這部分自己改的屎山代碼太長就不貼出來了，其余是一些細(xì)節(jié)部分，需要可以下載我上傳的程序，復(fù)制相關(guān)內(nèi)容到自己的代碼里。 ![image.png] ![image.png] ![image.png] ![image.png] ## 實物展示 1、3D外殼實物展示 使用了嘉立創(chuàng)三維猴的3D打印，效果很好，表面非常光滑，滿滿的大贊！ ![image.png] ![image.png] 2、面板展示 使用嘉立創(chuàng)EDA的繪制面板功能畫了一個面板，發(fā)給立創(chuàng)商城進(jìn)行打印，色彩效果也是非常棒，尺寸也非常對應(yīng)，無偏差。面板文件在工程里面。 ![image.png] 3、游戲機(jī)內(nèi)部展示 ![image.png] 4、游戲機(jī)整體展示 ![image.png] ## 創(chuàng)新點 1、未采用官方提供的電源模塊方案，而是自己設(shè)計了MOS管開關(guān)電路，搭配充電與升壓電路，完成供電的硬件部分，在軟件層面加入相關(guān)代碼，實現(xiàn)了長按開機(jī)與長按關(guān)機(jī)功能，效果很不錯。 2、設(shè)計了3D外殼與面板，使得PCB有了一個好看的外衣，玩游戲的體驗感得到提升。 3、對NES系統(tǒng)的音頻部分的代碼進(jìn)行優(yōu)化，解決了在未玩游戲時的沙沙聲問題。 ## 未來的計劃 由于最近很忙，未能將游戲的功能變得更加豐富多彩，但我希望在未來能夠增加、豐富程序內(nèi)容，加入有意思的部分，比如聽音樂、電子時鐘等功能。 ## 致謝 首先十分感謝嘉立創(chuàng)，為我們這些電子愛好者提供了大力的支持，“不以賣板賺錢，以培養(yǎng)中國工程師為己任”，的確，不管是PCB免費打樣，還是立創(chuàng)開發(fā)板，又或是立創(chuàng)開源硬件平臺，都讓電子制作低成本化、普及化......為培養(yǎng)中國硬件工程師做出了很大的貢獻(xiàn)！ 感謝吳工、小許，以及立創(chuàng)商城妮姐，雖然我經(jīng)常去煩他們，他們還是很熱心的為我解答問題，更重要的是他們給我發(fā)了券，降低了制作游戲機(jī)的成本，哈哈哈! OK,就這樣，前前后后寫了好久，終于完成啦！