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[单片机芯片]

基于RISC-V CH32V103的鼠标键盘摇杆手柄Joystick学习开发

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lilijin1995|  楼主 | 2022-3-30 11:21 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
CH32V103, JOYSTICK, 鼠标, 键盘, 手柄, USB, HID设备
本帖最后由 lilijin1995 于 2022-6-7 16:29 编辑

#申请原创#   @21小跑堂 @21小跑堂 @21小跑堂
基于RISC-V CH32V103的鼠标键盘摇杆手柄Joystick学习开发



资料还在持续更新中，评估学习板已经上架，欢迎入手体验，

链接：https://pan.baidu.com/s/1418gLVJf8eAh52CYGSNUaQ?pwd=fkr6
提取码：fkr6
入手链接：https://item.taobao.com/item.htm?ft=t&id=632428000614
在线文档：https://www.cnblogs.com/Li-Share/p/15898572.html
B站视频教程：https://www.bilibili.com/video/BV17r4y1z758/
第一部分、硬件概述

1.1 实物概图
如上图所示，配置了8个6*6轻触按键，一个摇杆（Joystick），搭载一颗WS2812B灯珠；
并将UART1串口，编程接口（SWD），外接Joystick接口，microUSB接口引出;
左边是RKJXV1224005摇杆电位器，右边和下方是8颗66的轻触按键，右上方是5050封装的WS2812B灯珠，中间是microusb母座，
H3是SWD烧录接口，烧录程序接口，H2是串口，H1是外接摇杆模块的接口；

1.2 Gamepad原理图
Gamepad原理图如图1.2所示，如看不清可打开Doc目录下的PDF文档查阅
  
第二部分、软件工具2.1 软件概述


在 /Software 目录下是常用的工具软件：
  1. Dt2_4：配置USB设备Report描述符的工具；
  2. USBHID调试助手/呀呀USB： USB调试工具，相当于串口调试助手功能；
  3. BUSHound：总线调试工具；
  4. USBlyzer：一款专业的USB协议分析软件
  5. MounRiver: 编译器；2.2 MounRiver软件入门
大家访问以下链接：
http://mounriver.com/help

第三部分、实战训练3.1
实例Eg1_GamePad
本节我们目标是实现GamePad的功能，枚举成XY轴的平面坐标和8个按键的USB HID类设备。  
3.1.1硬件设计
   
如上图是Joystick原理图，其中VRX1与VRY1是摇杆的电位器输出的电压信号（ADC检测）；
SW1则是按键，右侧H1是外接的Joystick口，供接joystick模块使用;
  
如上图是KEY原理图，我们只要配置8个GPIO作为输入去检测按键信号;  

3.1.2 软件设计
首先是工程树，我们打开工程，可以看到Project Explorer下Gamepad目录如下图
其中
  • Binaries： 二进制文件；
  • Includes： 包含的头文件；
  • Core：内核文件，存放core_riscv内核文件；
  • Debug： 存放串口打印和延迟函数相关的文件；
  • myBSP： 我们自己编写的驱动文件；
  • obj： 编译的生成的obj文件；        
  • Peripheral： 这是MCU厂商提供外设相关驱动；
  • Startup： ch32v103的启动文件；
  • User: ch32v103的配置文件，中断相关文件，main函数等；


工程目录这里只做一次介绍，后面的样例目录大同小异。我们先打开startup_ch32v10x.S启动文件，我们看到如下代码
  jal  SystemInit
    la t0, main
定位到SystemInit
复制
<font face="仿宋, 仿宋_GB2312">void SystemInit (void)

{

  RCC->CTLR |= (uint32_t)0x00000001;

  RCC->CFGR0 &= (uint32_t)0xF8FF0000;

  RCC->CTLR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;

  RCC->CTLR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;

  RCC->CFGR0 &= (uint32_t)0xFF80FFFF;

  RCC->INTR = 0x009F0000;   

  SetSysClock();

}</font>

关于RCC寄存器的配置，请各位自行查阅用户手册；我们接着打开SetSysClock函数
复制
static void SetSysClock(void)

{

#ifdef SYSCLK_FREQ_HSE

  SetSysClockToHSE();

#elif defined SYSCLK_FREQ_24MHz

  SetSysClockTo24();

#elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz

  SetSysClockTo48();

#elif defined SYSCLK_FREQ_56MHz

  SetSysClockTo56();  

#elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz

  SetSysClockTo72();

#endif



/* If none of the define above is enabled, the HSI is used as System clock

  * source (default after reset)

    */

}</font>

由于我们定义了SYSCLK_FREQ_72MHz，SetSysClockTo72这个函数设置了系统时钟为72M;
接下来我们来看看main函数，如下
复制
int main(void)

{

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

    Delay_Init();

    USART_Printf_Init(115200);

​

    printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);

    printf("USBHD Device Test\r\n");

​

    pEP0_RAM_Addr = EP0_Databuf;

    pEP1_RAM_Addr = EP1_Databuf;

    pEP2_RAM_Addr = EP2_Databuf;

​

    USBHD_ClockCmd(RCC_USBCLKSource_PLLCLK_1Div5,ENABLE);

    USB_DeviceInit();

    NVIC_EnableIRQ( USBHD_IRQn );

    ADC_DMA_CONF();

    KEY_INIT();

​

    while(1)

    {

        printf("X=%d,Y=%d\r\n",ADC_ConvertedValue[0],ADC_ConvertedValue[1]);

        if(Ready)

        {

            Gp_SendReport();

        }

    }

}</font>

NVIC_PriorityGroupConfig是配置优先级分组的，Delay_Init初始化延迟函数；USART2_Printf_Init初始化串口打印，
pEP0_RAM_Addr = EP0_Databuf;
pEP1_RAM_Addr = EP1_Databuf;
pEP2_RAM_Addr = EP2_Databuf;
主要配置端点0~2的缓存Ram；
USBHD_ClockCmd(RCC_USBCLKSource_PLLCLK_1Div5,ENABLE);配置系统时钟1.5分频，即48M；
USB_DeviceInit()，是对usb设备进行初始化；
ADC_DMA_CONF主要对ADC DMA进行配置；
KEY_INIT是对按键所对应的GPIO进行初始化；
接着是Gp_SendReport，主要是讲处理并上报坐标和按键数据；
复制
void Gp_SendReport(void)

{   

    memset(Joystick_Buf,0,3);

    Ytemp=ADC_ConvertedValue[0];

    Xtemp=ADC_ConvertedValue[1];

    if(Xtemp>Xmax)

        Xtemp=Xmax;

    if(Xtemp<Xmin)

        Xtemp=Xmin;

    if(Ytemp>=Ymax)

        Ytemp=Ymax;

    if(Ytemp<=Ymin)

        Ytemp=Ymin;

    printf("Xmax=%x,Xcen=%x,Xmin=%x\r\n",Xmax,Xtemp,Xmin);

    printf("Ymax=%x,Ycen=%x,Ymin=%x\r\n",Ymax,Ytemp,Ymin);

    //根据坐标极点确定坐标（两点直线方程）

    X=((Xtemp-Xmin)*255)/(Xmax-Xmin);

    Y=((Ytemp-Ymin)*255)/(Ymax-Ymin);

    Joystick_Buf[0]=X;

    Joystick_Buf[1]=Y;

    Joystick_Buf[2]=Key_Scan();

    Delay_Ms(10);

    while( Endp1Busy )//如果忙（上一包数据没有传上去），则等待。

    { ; }

    Endp1Busy = 1;                                      //设置为忙状态

    memcpy(pEP1_IN_DataBuf, Joystick_Buf, 3);

    DevEP1_IN_Deal(3);

}   </font>

最后我们再来看看USBHD_IRQHandler，我们在这个函数值调用了USB_DevTransProcess。
3.1.3 下载验证

我们把固件程序下载进去可以，打开“设备与打印机”可以看到USB设备枚举成了一个Gamepad，如下图。
  
右键打开游戏控制器后，点击属性得到下图所示界面
  
我们可以摇Joystick和按按键可以发现上图游戏控制器界面也跟着响应。

3.2 实例Eg2_Mouse
本节我们目标是实现模拟鼠标的功能，枚举一个具有XY，左右中键以及滚轮上下的功能；
3.2.1硬件设计
同上一章节

3.2.2 软件设计
在上一章节的基础上,我们在USB_DevTransProcess中找到报告描述符的获取，并修改为如下内容
复制
case USB_DESCR_TYP_REPORT:

if(((pSetupReqPak->wIndex)&0xff) == 0)     //接口0报表描述符

{

    pDescr = MouseRepDesc;                      //数据准备上传

    len = sizeof(MouseRepDesc);

    Ready = 1;                                  //如果有更多接口，该标准位应该在最后一个接口配置完成后有效

}

else len = 0xff;                                //本程序只有2个接口，这句话正常不可能执行

break;</font>

另外鼠标的报告描述符MouseRepDesc如下
复制
const UINT8  MouseRepDesc[]=

{

            0x05, 0x01,                    // USAGE_PAGE (Generic Desktop)

            0x09, 0x02,                    // USAGE (Mouse)

            0xa1, 0x01,                    // COLLECTION (Application)

            0x09, 0x01,                    //   USAGE (Pointer)

            0xa1, 0x00,                    //   COLLECTION (Physical)

            0x05, 0x09,                    //     USAGE_PAGE (Button)

            0x19, 0x01,                    //     USAGE_MINIMUM (Button 1)

            0x29, 0x03,                    //     USAGE_MAXIMUM (Button 3)

            0x15, 0x00,                    //     LOGICAL_MINIMUM (0)

            0x25, 0x01,                    //     LOGICAL_MAXIMUM (1)

            0x95, 0x03,                    //     REPORT_COUNT (3)

            0x75, 0x01,                    //     REPORT_SIZE (1)

            0x81, 0x02,                    //     INPUT (Data,Var,Abs)

            0x95, 0x01,                    //     REPORT_COUNT (1)

            0x75, 0x05,                    //     REPORT_SIZE (5)

            0x81, 0x03,                    //     INPUT (Cnst,Var,Abs)

            0x05, 0x01,                    //     USAGE_PAGE (Generic Desktop)

            0x09, 0x30,                    //     USAGE (X)

            0x09, 0x31,                    //     USAGE (Y)

            0x09, 0x38,                    //     USAGE (Wheel)

            0x15, 0x81,                    //     LOGICAL_MINIMUM (-127)

            0x25, 0x7f,                    //     LOGICAL_MAXIMUM (127)

            0x75, 0x08,                    //     REPORT_SIZE (8)

            0x95, 0x03,                    //     REPORT_COUNT (3)

            0x81, 0x06,                    //     INPUT (Data,Var,Rel)

            0xc0,                          //     END_COLLECTION

            0xc0                           // END_COLLECTION

};</font>

然后是报文数据的处理如下：
复制
//处理并上报数据

void Gp_SendReport(void)

{   

    memset(Joystick_Buf,0,4);

​

​

    Ytemp=ADC_ConvertedValue[0];

    Xtemp=ADC_ConvertedValue[1];

​

    if(Xtemp>Xmax)

        Xtemp=Xmax;

    if(Xtemp<Xmin)

        Xtemp=Xmin;

​

    if(Ytemp>=Ymax)

        Ytemp=Ymax;

    if(Ytemp<=Ymin)

        Ytemp=Ymin;

   

    printf("Xmax=%x,Xcen=%x,Xmin=%x\r\n",Xmax,Xtemp,Xmin);

    printf("Ymax=%x,Ycen=%x,Ymin=%x\r\n",Ymax,Ytemp,Ymin);

    //根据坐标极点确定坐标（两点直线方程）

    X=((Xtemp-Xmin)*255)/(Xmax-Xmin);

    Y=((Ytemp-Ymin)*255)/(Ymax-Ymin);

​

    if(X>(X_BASE+20))

    {

        Joystick_Buf[1]=((X-X_BASE)>>DIV)+1;

    }

    if(X<(X_BASE-20))

    {

        Joystick_Buf[1]=(u8)-(((X_BASE-X)>>DIV)+1);

    }

    if(Y>(Y_BASE+20))

    {

        Joystick_Buf[2]=((Y-Y_BASE)>>DIV)+1;;;

    }

    if(Y<(Y_BASE-20))

    {

        Joystick_Buf[2]=(u8)-(((Y_BASE-Y)>>DIV)+1);

    }

    Key_Handle(Joystick_Buf);

​

    Delay_Ms(5);

​

    while( Endp1Busy )

    {

        ;                                               //如果忙（上一包数据没有传上去），则等待。

    }

    Endp1Busy = 1;                                      //设置为忙状态

    memcpy(pEP1_IN_DataBuf, Joystick_Buf, 4);

    DevEP1_IN_Deal(4);

​

}   </font>

其中X_BASE为摇杆中点， if(X>(X_BASE+20))就是摇杆左摇动；故而((X-X_BASE)>>DIV)+1计算赋值给我们我们X+坐标；其他方向同理，另外Key_Handle的代码如下，主要是为了处理按键与滚轮值
复制
void Key_Handle(uint8_t* kv)

{

    if((LFKEY)==Bit_RESET)

    {

        kv[0]|=0x01;

    }

    if((RGKEY)==Bit_RESET)

    {

        kv[0]|=0x02;

    }

    if(SW1!=Bit_RESET)

    {

        kv[0]|=0x04;

    }

    if((UPKEY)==Bit_RESET)

    {

        if(c_tick++>5)

        {

            kv[3]=1;

            c_tick=0;

        }

    }

    if((DNKEY)==Bit_RESET)

    {

        if(c_tick++>5)

        {

            kv[3]=(u8)-1;

            c_tick=0;

        }

    }

}</font>

3.2.3 下载验证
我们把固件程序下载进去可以，打开“设备与打印机”可以看到USB设备枚举成了一个“LD Mouse”，如下图。
  
我们打开一个网页，摇动摇杆鼠标指针跟着动；右边上下左右键，左右代表鼠标左右键，上下代表滚轮；然后摇杆中键代表鼠标中键；

3.3 实例Eg3_KeyBoard

本节我们目标是实现模拟键盘的功能，枚举一个具有Shift键+1~8键的模拟键盘功能；
3.3.1硬件设计
同第一章节

3.3.2 软件设计
在上一章节的基础上,我们在USB_DevTransProcess中找到报告描述符的获取，并修改为如下内容
复制
case USB_DESCR_TYP_REPORT:

if(((pSetupReqPak->wIndex)&0xff) == 0)     //接口0报表描述符

{

    pDescr = KeyboardRepDesc;                      //数据准备上传

    len = sizeof(KeyboardRepDesc);

    Ready = 1;             //如果有更多接口，该标准位应该在最后一个接口配置完成后有效

}

else len = 0xff;                                //本程序只有2个接口，这句话正常不可能执行

break;</font>

另外Keyboard的报告描述符KeyboardRepDesc如下
复制
const UINT8  MouseRepDesc[]=

{

        0x05, 0x01, // USAGE_PAGE (Generic Desktop)

        0x09, 0x06, // USAGE (Keyboard)

        0xa1, 0x01, // COLLECTION (Application)

        0x05, 0x07, // USAGE_PAGE (Keyboard)

        0x19, 0xe0, // USAGE_MINIMUM (Keyboard LeftControl)

        0x29, 0xe7, // USAGE_MAXIMUM (Keyboard Right GUI)

        0x15, 0x00, // LOGICAL_MINIMUM (0)

        0x25, 0x01, // LOGICAL_MAXIMUM (1)

        0x75, 0x01, // REPORT_SIZE (1)

        0x95, 0x08, // REPORT_COUNT (8)

        0x81, 0x02, // INPUT (Data,Var,Abs)

        0x95, 0x01, // REPORT_COUNT (1)

        0x75, 0x08, // REPORT_SIZE (8)

        0x81, 0x03, // INPUT (Cnst,Var,Abs)

        0x95, 0x05, // REPORT_COUNT (5)

        0x75, 0x01, // REPORT_SIZE (1)

        0x05, 0x08, // USAGE_PAGE (LEDs)

        0x19, 0x01, // USAGE_MINIMUM (Num Lock)

        0x29, 0x05, // USAGE_MAXIMUM (Kana)

        0x91, 0x02, // OUTPUT (Data,Var,Abs)

        0x95, 0x01, // REPORT_COUNT (1)

        0x75, 0x03, // REPORT_SIZE (3)

        0x91, 0x03, // OUTPUT (Cnst,Var,Abs)

        0x95, 0x06, // REPORT_COUNT (6)

        0x75, 0x08, // REPORT_SIZE (8)

        0x15, 0x00, // LOGICAL_MINIMUM (0)

        0x25, 0xFF, // LOGICAL_MAXIMUM (255)

        0x05, 0x07, // USAGE_PAGE (Keyboard)

        0x19, 0x00, // USAGE_MINIMUM (Reserved (no event indicated))

        0x29, 0x65, // USAGE_MAXIMUM (Keyboard Application)

        0x81, 0x00, // INPUT (Data,Ary,Abs)

        0xC0        // END_COLLECTION

};</font>

然后是报文数据的处理如下：
复制
uint8_t Keyboad_Buf[8]={0};

uint8_t lastshift=0,currentshift=0;

uint8_t lastkeycode[8]={0},currentkeycode[8]={0};

static uint8_t KdataFL=0;

//处理并上报数据

void Keyboard_Handle(void)

{   

    memset(Keyboad_Buf,0,8);

    uint8_t i=0;uint8_t idx=2;

​

    if(SW1==1)

    {

        currentshift|=0x02;

        Keyboad_Buf[0]=currentshift;

    }else{

​

        currentshift&=(~0x02);

        Keyboad_Buf[0]=currentshift;

    }

​

    if(UPKEY==0)

    {

        currentkeycode[0]=CODE1;

    }else{

        currentkeycode[0]=0x00;

    }

    if(DNKEY==0)

    {

        currentkeycode[1]=CODE2;

    }else{

        currentkeycode[1]=0x00;

    }

    if(LFKEY==0)

    {

        currentkeycode[2]=CODE3;

    }else{

        currentkeycode[2]=0x00;

    }

    if(RGKEY==0)

    {

        currentkeycode[3]=CODE4;

    }else{

        currentkeycode[3]=0x00;

    }

    if(BKKEY==0)

    {

        currentkeycode[4]=CODE5;

    }else{

        currentkeycode[4]=0x00;

    }

    if(MDKEY==0)

    {

        currentkeycode[5]=CODE6;

    }else{

        currentkeycode[5]=0x00;

    }

    if(STKEY==0)

    {

        currentkeycode[6]=CODE7;

    }else{

        currentkeycode[6]=0x00;

    }

    if(TBKEY==0)

    {

        currentkeycode[7]=CODE8;

    }else{

        currentkeycode[7]=0x00;

    }

​

    for(i=0;i<8;i++)

    {

        if(currentkeycode!=lastkeycode)

        {

            Keyboad_Buf[idx]=currentkeycode;

            if(++idx>=8)

            {

                idx=2;

            }

            KdataFL=1;

        }else{

            Keyboad_Buf[idx]=0x00;

        }

    }

    if(currentshift!=lastshift)

    {

        KdataFL=1;

    }

​

    if(KdataFL!=0)

    {

        KdataFL=0;

        while( Endp1Busy )

        {

            ;                                               //如果忙（上一包数据没有传上去），则等待。

        }

        Endp1Busy = 1;                                      //设置为忙状态

        memcpy(pEP1_IN_DataBuf, Keyboad_Buf, 8);

        DevEP1_IN_Deal(8);

​

    }

    Delay_Ms(5);

    memcpy(lastkeycode,currentkeycode,8);

    lastshift=currentshift;

}</font>

最后是main函数，只改了while中的Keyboard_Handle();
复制
/*******************************************************************************

* Function Name  : main

* Description    : Main program.

* Input          : None

* Return         : None

*******************************************************************************/

int main(void)

{

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

    Delay_Init();

    USART_Printf_Init(115200);

​

    printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);

    printf("USBHD Device Test\r\n");

​

    pEP0_RAM_Addr = EP0_Databuf;

    pEP1_RAM_Addr = EP1_Databuf;

    pEP2_RAM_Addr = EP2_Databuf;

​

    USBHD_ClockCmd(RCC_USBCLKSource_PLLCLK_1Div5,ENABLE);

    USB_DeviceInit();

    NVIC_EnableIRQ( USBHD_IRQn );

    ADC_DMA_CONF();

    KEY_INIT();

​

    while(1)

    {

        printf("X=%d,Y=%d\r\n",ADC_ConvertedValue[0],ADC_ConvertedValue[1]);

        if(Ready)

        {

            Keyboard_Handle();

        }

    }

}


3.3.3 下载验证
我们把固件程序下载进去可以，打开“设备与打印机”可以看到USB设备枚举成了一个“LD Keyboard”，如下图。
  
我们打开一个键盘测试网页，地址如下：
https://keyboard.bmcx.com/
按摇杆按键SW1即为shift键按下，其他键分别对应主键盘的1~8；shift+1-8键也可以组合；




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沙发
Litthins| | 2022-3-30 13:49 | 只看该作者
看起来很不错，我最近也打算做一个。

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板凳
andygirl| | 2022-4-2 17:21 | 只看该作者
这个好啊~

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地板
caigang13| | 2022-4-3 10:44 | 只看该作者
不错，空了试试。

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5楼
wyz6| | 2022-4-24 16:53 | 只看该作者
楼主，资料怎么下不了 了？我想看看手柄的描述符资料，哪里可以看到？

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6楼
lilijin1995|  楼主 | 2022-4-26 19:55 | 只看该作者
wyz6 发表于 2022-4-24 16:53
楼主，资料怎么下不了 了？我想看看手柄的描述符资料，哪里可以看到？

链接更新了，可以下了

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7楼
benjaminka| | 2022-5-28 15:23 | 只看该作者
使用什么通信的呢？

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8楼
saservice| | 2022-5-28 17:33 | 只看该作者
板子很给力呢。   

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9楼
isseed| | 2022-5-29 08:45 | 只看该作者
这个板子做的好看。  

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10楼
lilijin1995|  楼主 | 2022-5-30 09:16 | 只看该作者
benjaminka 发表于 2022-5-28 15:23
使用什么通信的呢？

USB hid

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11楼
lilijin1995|  楼主 | 2022-5-30 09:17 | 只看该作者
isseed 发表于 2022-5-29 08:45
这个板子做的好看。

谢谢

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12楼
lilijin1995|  楼主 | 2022-5-30 09:17 | 只看该作者
saservice 发表于 2022-5-28 17:33
板子很给力呢。

谢谢

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