如何使用Arduino制作一个游戏手柄

1.硬件准备

1.1模块介绍

要制作游戏手柄肯定要有个摇杆，然后再加个大按键模块

最重要还是要有个主控，今天我们需要的主控就不是Arduino UNO了，而是Arduino Leonardo。
Arduino Leonardo是基于ATmega32u4的开源电子板，它也有20个输入/输出引脚，包括013引脚和A0A5引脚，用法和Arduino UNO基本一样，但是与Arduino UNO又有所不同，它直接使用了ATmega32u4的USB通信功能，取消了USB转UART芯片，这使得Leonardo不仅可以作为一个虚拟的串行端口，还可以作为鼠标或者键盘连接到计算机。

1.2接线方式

注意：Leonardo板子上只有一个+5V端口，但是大按键模块和摇杆都需要+5V端口，本着能不增加模块就不增加模块的原则，小编直接借用了板子上ICSP的+5V引脚和GND引脚给按键模块供电
2.软件编程

2.1 下载库文件

要把Leonardo变成游戏手柄还需要安装一个Joystick库文件
2.2 安装库文件

解压下载后的Joystick库文件，然后把解压后的文件剪切到ArduinoIDE安装目录下的libraries文件夹内，如图所示：

2.3编写程序

程序部分就比较简单了，先导入Joystick库，创建Joystick对象，并设置好按键的个数和摇杆的X、Y轴；然后在setup()函数中初始化按键的引脚，并且让Leonardo连接到计算机的游戏控制器；在主循环loop()函数中分别获取按键的状态和摇杆X轴和Y轴的值。
需要注意的是获取按键时要考虑去抖动的问题，程序中用到了lastButtonState数组保存上次按键的状态，当按键的本次状态和上次保存的状态不一样的时候才会调用Joystick库中的setButton函数设置按键的状态，在Joystick库中setButton中的按键编号是从0开始的；

//获取按键状态，按下为1，松开为0，有防抖功能
  for (int index = 0; index < 5; index++)
  {
    int currentButtonState = !digitalRead(index + 2);//读取按键的值
    if (currentButtonState != lastButtonState[index])//判断是否和上次状态一样
    {
      //Serial.println(currentButtonState);
      //设置手柄按键，参数1表示按键的地址，参数2为按键的状态
      Joystick.setButton(index, currentButtonState);//设置手柄的按键
      lastButtonState[index] = currentButtonState;//保存按键的状态
    }
  }


设置摇杆状态时，要从A0、A1引脚读取X轴和Y轴的模拟值，范围从0到1023，摇杆在中间原点的值是512
但由于硬件制造的问题，这个中间值有所偏差，我们在程序中假设偏差值是RANGE
最后通过判断X轴和Y轴的数值在(0,512-RANGE)、（512-RANGE,512+RANGE）、（512+RANGE,1023）哪个范围内来决定摇杆的位置，并调用Joystick中的setXAxis()和setYAxis()函数设置摇杆的状态

//获取摇杆X轴和Y轴的值，数值范围为0~1023，中值为512(有误差)
  X = analogRead(A0);
  Y = analogRead(A1);
  //避免多次重复设置X轴或Y轴的值
  if ((X != oldX) || (Y != oldY))
  {
    //X轴在512的偏差范围内，设置为0，即X在中间位置
    if ((X >= 512 - RANGE) && (X <= 512 + RANGE))
      Joystick.setXAxis(0);
    else if (X > 512 + RANGE)//X轴向右偏移
      Joystick.setXAxis(-1);
    else
      Joystick.setXAxis(1);//X轴向左偏移
    //Y轴在512的偏差范围内，设置为0，即Y在中间位置
    if ((Y >= 512 - RANGE) && (Y <= 512 + RANGE))
      Joystick.setYAxis(0);
    else if (Y > 512 + RANGE)//Y轴向下偏移
      Joystick.setYAxis(-1);
    else
      Joystick.setYAxis(1);//Y轴向上偏移
    //保存X轴和Y轴的值
    oldX = X;
    oldY = Y;
  }


3.测试手柄

把写好的程序上传到Leonardo主控器，然后就可以直接测试游戏手柄是否能正常使用了，小编只在windows10系统上做了测试，至于其他系统环境小伙伴们自行测试吧
首先打开控制面板，然后选择查看设备和打印机，在设备中找到Arduino Leonardo(一个游戏手柄的形状)，选中Arduino Leonardo点击鼠标右键，选择游戏控制器设置，在弹出窗口中选择属性，打开测试页面即可看到轴和按钮两个测试项，推动摇杆时轴中的+号就会移动，按下按键时对应编号的按钮就会高亮，这就表示Arduino Leonardo可以作为游戏手柄使用了
注：具体操作请关注微信公众号：不莣初芯
4.魂斗罗游戏

小编在网上找到了一个游戏模拟器和魂斗罗游戏的nes文件，但是安装之前需要关闭计算机的杀毒软件！！
先解压压缩包，然后打开VirtuaNES文件夹，双击打开VirtuaNES.exe软件，最后把“魂斗罗S枪30条命版.nes”文件拖拽到VirtuaNES软件内就可以了运行魂斗罗游戏了，游戏开始会进入演示界面，暂时不用管，待配置完游戏手柄再退出。

5.设置游戏手柄

在VirtuaNES软件中打开选项菜单，选择控制器>然后在弹出窗口的左下角选择 设置2>窗口中出现空白的摇杆和按键选项>用鼠标左键单击空格，然后推动摇杆到对应的位置或按下对应的按键，空格处就会填充对应的摇杆或按键的ID>设置完以后单击确定就可以正常使用游戏手柄玩魂斗罗游戏了

注意：小编为了用起来方便，就把摇杆顺时针旋转了90度，X轴和Y轴的方向有些变化，另外小编还把X轴负方向作为了SELECT键，摇杆上的按键作为START键用来选择游戏关卡和开始游戏。实际操作时，小伙伴们可以按照自己的习惯设置摇杆和按键的功能。
最后，小编利用硬纸壳做了一个手柄的样子，有条件的小伙伴也可以用3D打印机打印一个手柄，然后跟着小编玩起来！