PS2通讯协议的知识点汇总，绝对实用

一.PS2介绍

今天就带大家来认识一下PS2的通讯协议，如果你需要用PS2无线手柄搭配单面机来DIY制作，那么千万别错过这篇文章。
首先介绍一下我们今天的主角-----PS2手柄。 PS2手柄是日本SONY公司的PlayStation2 游戏机的遥控手柄。索尼的 PSX系列游戏主机在全球都很畅销。不知什么时候便有人打起 PS2手柄的主意，破解了通讯协议，使得手柄可以接在其他器件上遥控使用，比如遥控我们熟悉的机器人。突出的特点是这款手柄性价比极高，按键丰富，方便扩展到其它应用中。
二.PS2通讯协议介绍

PS2采用的是SPI通信协议，SPI是串行外设接口的缩写，是一种高速的、全双工、同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线（DI、DO、CS、CLK），节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间。
（1）PS2端口介绍

 
PS2接收器上一共有九根引脚，按上图从左往右，依次为：
1.DI/DAT：信号流向，从手柄到主机，此信号是一个8bit 的串行数据，同步传送于时钟的下降沿。信号的读取在时钟由高到低的变化过程中完成。
2.DO/CMD：信号流向，从主机到手柄，此信号和 DI相对，信号是一个 8bit 的串行数据， 同步传送于时钟的下降沿。
3.NC：空端口。
4.GND：电源地。
5.VCC：接收器工作电源，电源范围 3~5V。
6.CS/SEL：用于提供手柄触发信号。在通讯期间，处于低电平。
7.CLK：时钟信号，由主机发出，用于保持数据同步。
8.NC：空端口。
9.ACK：从手柄到主机的应答信号。此信号在每个8bits数据发送的最后一个周期变低并且CS一直保持低电平，如果CS信号不变低，约60微秒PS主机会试另一个外设。在编程时未使用ACK端口。（可以忽略）
 
（2）PS2通讯过程

1. CS线在通讯期间拉低，通信过程中CS信号线在一串数据（9个字节,每个字节为8位）发送完毕后才会拉高，而不是每个字节发送完拉高。
2. DO、DI在在CLK时钟的下降沿完成数据的发送和读取。

  下降沿：数字电平从高电平（数字“1”）变为低电平（数字“0”）的那一瞬间叫作下降沿。

3. CLK的每个周期为12us。若在某个时刻，CLK处于下降沿，若此时DO为高电平则取“1”，低电平则取“0”。连续读8次则得到一个字节byte的数据，连续读9个字节就能得到一次传输周期所需要的数据。DI也是一样的，发送和传输同时进行。
具体的通讯过程如下：

以STM32为例：
1. 首先STM32拉低CS片选信号线，然后在每个CLK的下降沿读一个bit，每读八个bit（即一个byte）CLK拉高一小段时间，一共读九组bit。
2. 第一个byte是STM32发给接收器命令“0X01” 。
3. PS2手柄会在第二个byte回复它的ID（0x41=绿灯模式，0x73=红灯模式），同时第二个byte时STM32发给PS2一个0x42请求数据。

   红灯模式时 ： 左右摇杆发送模拟值，0x00~0xFF 之间，且摇杆按下的 键值 L3 、 R3 有效；
绿灯模式时 ： 左右摇杆模拟值为无效，推到极限时，对应发送 UP、RIGHT、DOWN、 LEFT、△、○、╳、□，按键 L3 、 R3 无效；

4. 第三个byte PS2 会给主机发送 “0x5A” 告诉STM32数据来了。
5. 从第四个byte开始全是接收器给主机发送数据，每个byte定义如上图，当有按键按下，对应位为“0 ”，例如当键“SELECT”被按下时， Data[3]=11111110。
对于整个通讯过程，你理解成下面的一段对话：
[tr]对于整个通讯过程，你理解成下面的一段对话：[/tr]

首先，拉低CS，表示开始数据通信

byte 0 : STM32（DO） : 0x01 ------------------------- [现在开始通信] PS2手柄（DI） : 空 ---------------------------- [空]

byte 1 : STM32（DO） : 0x42 -------------------------- [请求发送数据] PS2手柄（DI） : 红灯0x73             绿灯0X41 ---------------------[现在的ID]

byte 2 : STM32（DO） : 空 ------------------------------ [空] PS2手柄（DI） : 0X5A ------------------------- [数据来了]

byte 3 : STM32（DO） : 0X00~0XFF ------------------ [右侧小震动电机是否开启] PS2手柄（DI） : 00000000~11111111 ------- [SELECT、 L3 、 R3、 START 、 UP、 RIGHT、 DOWN、 LEFT 是否被按下，若被按下对应位为0]

byte 4 : STM32（DO） : 0X00~0XFF ------------------ [左侧大震动电机振动幅度] PS2手柄（DI） : 00000000~11111111 ------- [L2 、 R2、L1 、R1、△、○、╳、□ 是否被按下，若被按下对应位为0]

byte 5 : STM32（DO） : 空 -------------------------------- [空] PS2手柄（DI） : 0X00~0XFF ------------------ [左侧X轴摇杆模拟量]

byte 6 : STM32（DO） : 空 -------------------------------- [空] PS2手柄（DI） : 0X00~0XFF ------------------ [左侧Y轴摇杆模拟量]

byte 7 : STM32（DO） : 空 -------------------------------- [空] PS2手柄（DI） : 0X00~0XFF ------------------ [右侧X轴摇杆模拟量]

byte 8 : STM32（DO） : 空 -------------------------------- [空] PS2手柄（DI） : 0X00~0XFF ------------------ [右侧Y轴摇杆模拟量]

注：在手柄通信前还需要一系列的初始化（是否启动振动电机、是否进行锁存等），详情可以参考下面代码。当然，不进行初始化也是可以的，手柄会默认之前的配置。

  注意：
1.模拟量只对红灯模式下有效，绿灯模式下摇杆推至极限分别对应 UP、RIGHT、DOWN、 LEFT、△、○、╳、□ 。
2. L3、R3只对红灯模式下有效，在绿灯模式下无效。

三.基于STM32的PS2通信源码
//采用模拟SPI通信
/*DI->PB12；
  DO->PB13；
  CS->PB14；
  CLK->PB15
*/
void PS2_Init(void) {
// 输入 DI->PB12
RCC->APB2ENR|=1<<3; // 使能 PORTB 时钟
GPIOB->CRH&=0XFFF0FFFF;//PB12 设置成输入 默认下拉
GPIOB->CRH|=0X00080000;
// DO->PB13 CS->PB14 CLK->PB15
RCC->APB2ENR|=1<<3; // 使能 PORTB 时钟
GPIOB->CRH&=0X000FFFFF;
GPIOB->CRH|=0X33300000; //PB13、 PB14 、 PB15 推挽输出
  }
  //端口初始化，PB12 为输入，PB13 、PB14 、PB15 为输出。
  
// 向手柄发送命令
void PS2_Cmd(u8CMD)
{
  volatile u16 ref=0x01;
  Data[1]=0;
  for(ref=0x01;ref<0x0100;ref<<=1)
  {
    if(ref&CMD)
    {
     DO_H; // 输出一位控制位
    }
    else DO_L;
    CLK_H; // 时钟拉高
    delay_us(10);
    CLK_L;
    delay_us(10);
    CLK_H;
    if(DI)
    {Data[1]=ref|Data[1];}
  }
delay_us(16);
}


// 判断是否为红灯模式，0x41=模拟绿灯，0x73=模拟红灯
// 返回值；0，红灯模式
// 其他，其他模式
u8PS2_RedLight(void)
{
  CS_L;
  PS2_Cmd(Comd[0]); // 开始命令
  PS2_Cmd(Comd[1]); // 请求数据
  CS_H;
  if( Data[1]== 0X73) return 0；
  else return 1；
}


// 读取手柄数据
void PS2_ReadData(void)
{
  volatile u8 byte=0;
  volatile u16 ref=0x01;
  CS_L;
  PS2_Cmd(Comd[0]); // 开始命令
  PS2_Cmd(Comd[1]); // 请求数据
  for(byte=2;byte<9;byte++) // 开始接受数据
  {
    for(ref=0x01;ref<0x100;ref<<=1)
    {
      CLK_H;
      delay_us(10);
      CLK_L;
      delay_us(10);
      CLK_H;
      if(DI)
      {Data[byte]= ref|Data[byte];}
    }
    delay_us(16);
  }
  CS_H;
}   


/*
上面两个函数分别为主机向手柄发送数据、手柄向主机发送数据。手柄向主机发送的数据缓存在数组 Data[]中，
数组中共有9个元素，每个元素的意义请见表1。
还有一个函数是用来判断手柄的发送模式，也就是判断 ID(红灯还是绿灯模式) 即 Data[1]的值。
*/




// 对读出来的 PS2 的数据进行处理,只处理按键部分
//按下为0，未按下为1
u8PS2_DataKey()
{
  u8 index;
  PS2_ClearData();
  PS2_ReadData();
  Handkey=(Data[4]<<8)|Data[3]; // 这是 16个按键 按下为 0 ， 未按下为 1
  for(index=0;index<16;index++)
  {
    if((Handkey&(1<<(MASK[index]-1)))==0)
    returnindex+1;
  }
  return 0; // 没有任何按键按下
}


// 得到一个摇杆的模拟量 范围 0~256
u8PS2_AnologData(u8 button)
{
  return Data[button];
}




// 清除数据缓冲区
void PS2_ClearData()
{
  u8 a;
  for(a=0;a<9;a++)
    {Data[a]=0x00;}
}


/*
8 位数 Data[3]与 Data[4]，分别对应着 16个按键的状态，按下为 0，未按下为 1。
通过 对这两个数的处理，得到按键状态并返回键值。
另一个函数的功能就是返回模拟值，只有在“红灯模式”下值才是有效的，拨动摇杆， 值才会变化，这些值分别存储在 Data[5]、Data[6]、
Data[7]、 Data[8]。
*/




//手柄配置初始化：
void PS2_ShortPoll(void)
{
  CS_L;
  delay_us(16);
  PS2_Cmd(0x01);
  PS2_Cmd(0x42);
  PS2_Cmd(0X00);
  PS2_Cmd(0x00);
  PS2_Cmd(0x00);
  CS_H;
  delay_us(16);
}




//进入配置
void PS2_EnterConfing(void)
{
  CS_L;
  delay_us(16);
  PS2_Cmd(0x01);
  PS2_Cmd(0x43);
  PS2_Cmd(0X00);
  PS2_Cmd(0x01);
  PS2_Cmd(0x00);
  PS2_Cmd(0X00);
  PS2_Cmd(0X00);
  PS2_Cmd(0X00);
  PS2_Cmd(0X00);
  CS_H;
  delay_us(16);
}




// 发送模式设置
void PS2_TurnOnAnalogMode(void)
{
  CS_L;
  PS2_Cmd(0x01);
  PS2_Cmd(0x44);
  PS2_Cmd(0X00);
  PS2_Cmd(0x01);//analog=0x01;digital=0x00 软件设置发送模式
  PS2_Cmd(0xEE);//Ox03 锁存设置，即不可通过按键“MODE ”设置模式。        //0xEE 不锁存软件设置，可通过按键“MODE ”设置模式。
  PS2_Cmd(0X00);
  PS2_Cmd(0X00);
  PS2_Cmd(0X00);
  PS2_Cmd(0X00);
  CS_H;
  delay_us(16);
}




// 振动设置
void PS2_VibrationMode(void)
{
  CS_L;
  delay_us(16);
  PS2_Cmd(0x01);
  PS2_Cmd(0x4D);
  PS2_Cmd(0X00);
  PS2_Cmd(0x00);
  PS2_Cmd(0X01);
  CS_H;
  delay_us(16);
}




// 完成并保存配置
void PS2_ExitConfing(void)
{
  CS_L;
  delay_us(16);
  PS2_Cmd(0x01);
  PS2_Cmd(0x43);
  PS2_Cmd(0X00);
  PS2_Cmd(0x00);
  PS2_Cmd(0x5A);
  PS2_Cmd(0x5A);
  PS2_Cmd(0x5A);
  PS2_Cmd(0x5A);
  PS2_Cmd(0x5A);
  CS_H;
  delay_us(16);
}


// 手柄配置初始化
void PS2_SetInit(void)
{
  PS2_ShortPoll();
  PS2_ShortPoll();
  PS2_ShortPoll();
  PS2_EnterConfing(); // 进入配置模式
  PS2_TurnOnAnalogMode(); // “红绿灯”配置模式，并选择是否保存
  PS2_VibrationMode(); // 开启震动模式
  PS2_ExitConfing(); // 完成并保存配置
}
/*
可以看出配置函数就是发送命令，发送这些命令后，手柄就会明白自己要做什么了，发送命令时，不需要考虑手柄发来的信息。
手柄配置初始化，PS2_ShortPoll()被执行了3次，主要是为了建立和恢复连接。
具体的配置方式请看注释。
*/
void PS2_Vibration(u8motor1,u8motor2)
{
   CS_L;
   delay_us(16);
   PS2_Cmd(0x01); // 开始命令
   PS2_Cmd(0x42);// 请求数据
   PS2_Cmd(0X00);
   PS2_Cmd(motor1);
   PS2_Cmd(motor2);
   PS2_Cmd(0X00);
   PS2_Cmd(0X00);
   PS2_Cmd(0X00);
   PS2_Cmd(0X00);
   CS_H;
   delay_us(16);
}
//只 有 在 初 始 化 函 数 void PS2_SetInit(void) 中 ， 对 震 动 电 机 进 行 了初 始 化 （PS2_VibrationMode();//开启震动模式），这个函数命令才会被执行。


四.文档与源码下载链接
1.PS2参考文档CSDN：PS2解码通讯手册.pdf
注：文档里面有PS2的通讯原理的解析，还有上面代码块的代码都在里面，如果在CSDN里看代码比较累，建议下载PDF文档直接看PS2代码例程。


2.这里还有一份我写的源码：PS2源码HAL库+CubeMX+Stm32F103C8


注：


里面除了PS2的源码还加了延时实验的源码，HAL库本身没有微秒级的延时，所以需要自己写微秒级的延时函数，详情看源码。至于延时的原理参考另一篇博客：Stm32延时与计时方法（HAL库）。
为防止与PS2通信过快而乱码导致延迟，需要在主函数的while（1）中延时50ms，即加一句delay_ms(50)。（原工程中没有，需要自行加上）