Как сделать джойстик для денди

Создание самодельных аксессуаров для Dendy

Сначала я и не думал писать статью на эту тему, но похоже, что это уже часть целого цикла статей на Денди-тематику. И да, на этот раз речь в первую очередь именно про отечественную Денди, а не про оригинальные консоли — Famicom или NES. Просто я делал устройство в подарок одному человеку, который снимает очень интересные видеоролики про Денди, и ориентировался на совместимость именно с этим клоном.

Порты ввода-вывода

Прежде всего стоит рассказать, как же работают с джойстиками игровыми контроллерами Famicom, NES и Dendy, и чем же они отличаются в этом плане.

С точки зрения игр порты ввода-вывода представляют из себя два регистра с адресами $4016 и $4017, которые ассоциированы соответственно с двумя портами, куда всё и подключается. Но на стандартных контроллерах для чтения данных используется только один провод — D0, данные с которого соответственно доступны через младший (нулевой) бит в каждом из регистров: $4016.0 и $4017.0. Аналогично используется один провод на запись, его обычно называют STROBE (или LATCH), который сбрасывает счётчик внутри геймпада, и который доступен через запись в $4016.0 (да, для обоих контроллеров он общий).

Проще говоря, чтобы получить состояние кнопок на первом контроллере надо сначала записать 1 в $4016.0, сразу же записать туда же 0, сбросив таким образом счётчик, а потом прочитать $4016 и $4017 восемь раз (для каждой из кнопок), получая данные о кнопках из младшего бита. Но для чего же остальные биты в этих регистрах, куда идут эти линии? Рассмотрим порт контроллера у NES:

Да, на него на самом деле идут D3 и D4! Именно они и доступны через $4016.3, $4016.4 у первого порта и $4017.3, $4017.4 у второго, и именно они используются для нестандартных контроллеров.

Что же касается его японского собрата — Famicom, там нет этих портов, да и сами игровые контроллеры не отсоединяются от консоли, но у него есть порт расширения, который представляет из себя разъём DB-15.

Знакомо выглядит, правда? Да, когда китайцы проектировали нашу Денди (я сомневаюсь, что её проектировали у нас), и им нужно было сделать отсоединяющиеся контроллеры, они решили взять за основу именно порт расширения, ведь в нём есть контакты для второго контроллера, и он на Famicom расположен чуть правее центра. Им тут даже распиновку менять не пришлось. Что же касается первого контроллера, они взяли тот же DB-15, расположили его слева и поменять распиновку так, чтобы можно было подключать первый контроллер. И только его.

Сравните сами передние порты у Famicom и у нашей Денди:

Вот такая вот странная история этих пятнадцатипиновых разъёмов у геймпадов, которые используются в нашей стране.

Но давайте посмотрим, что же выведено на этот порт расширения у Famicom?

(скриншот с сайта wiki.nesdev.com)

Да, на него идут ещё $4016.1 (на ввод), $4017.0-4 (на ввод), $4017.0-2 (на вывод), внешнее прерывание и даже звук! Я был очень приятно удивлён, когда разобрал Денди и увидел, что всё это есть и там:

Правда, не во всех моделях, как выяснилось позже. Но если это есть, значит есть и полная совместимость с аксессуарами для Famicom, и их могут использовать соответствующие японские игры. Но напомню, что Денди — это очень странная смесь NES и Famicom, PAL и NTSC. Пираты выпускали для неё и японские, и американские игры, которые по сути на 100% совместимы, если не брать в рассчёт эти аксессуары и разный формат картриджей.

Итого: в некоторых Денди есть все те же выводы, что и на Фамикоме, которые при этом включают в себя часть выводов доступных на NES. Отсутствует доступ к $4016.3 и $4016.4, но они используются крайне редко. В виде таблички для наглядности:

Принцип работы аксессуаров

Американский разветвитель на четыре игрока для NES называется Four Score представляет из себя простой набор сдвиговых регистров. Т.е. первые восемь чтений из $4016.0 дают данные из первого контроллера, а вторые восемь — из третьего. Аналогично $4017.0 даёт данные о втором и четвёртом контроллерах. Помимо этого при продолжении чтения устройство выдаёт свою сигнатуру, с помощью которой игра определяет, что подключен именно Four Score, а не что-то ещё. Получается, что такое устройство можно собрать из шести сдвиговых регистров (4021 или 74165), и оно будет работать на любой Денди, ведь для него не требуются дополнительные линии данных. Само собой, только с американскими играми, которые выходили для NES.

Японский аналог для Famicom устроен гораздо проще. Третий и четвёртый контроллеры подключаются напрямую в порт расширения и доступны через $4016.1 и $4017.1. Соответственно для такого переходника нам уже нужен полноценный порт расширения у Денди, иначе поиграть вчетвером в японские игры не получится.

Создание своего аксессуара

Хотя сами по себе вышеперечисленные устройства имеют простую схему и собираются из простейших логических компонентов, для сердца устройства типа «всё в одном» я решил использовать ПЛИС. Тем более мне было высказано пожелание сделать там ещё и простейший переключатель-свитч, а мне хотелось сделать возможность менять местами кнопки A и B. Сначала я выбрал Altera EPM3064ATC100, но вскоре выяснилось, что 64 макроячейки мне не хватит, и выбор пал на EPM3128ATC100, где уже 128 макроячеек.

Если уж на то пошло, я решил совсем не мелочиться и поставить в устройство ещё и какой-то экран, на котором показывались бы текущий режим и меню с настройками, к тому же у меня давно валялся без дела один знакосинтезирующий «16×2» дисплей. Вот для работы с ним уже нужен микроконтроллер, и я выбрал ATMEGA16.

Мне всегда было сложнее всего придать устройству приятный внешний вид. Всё-таки я программист, а не дизайнер, но именно при изготовлении устройства в подарок хотелось сделать его максимально красивым и удобным. Тем более это чуть ли не единственный способ как-то показать другим своё произведение искусства: фотографии и видео — это не то, по готовым схемам и 3D моделькам такие вещи воссоздают единицы, серийное производство наладить тяжело, а вот подарок — самое то.

Итак, требования к внешнему виду были такие: четыре порта для стандартных DB-15 контроллеров от Денди, четыре кнопки для их выбора и настройки, кнопка «режим», кнопка «настройки», удобная ручка для Arkanoid и кнопка для него же, которые должны располагаться достаточно удобно и не мешаться. Помимо этого хотелось сделать, чтобы активные порты подсвечивались светодиодами и как-то интуитивно связывались с соответствующими кнопками, логичнее всего при этом расположить разъёмы в ряд, но эти дурацкие DB-15 слишком огромные для этого. Помимо всего устройство должно удобно лежать в руках, ведь оно само по себе игровой контроллер для Arkanoid. В итоге я пришёл примерно к такому виду:

Кнопки в ряд, порты друг над другом, ручка сбоку, кнопка для Arkanoid сзади слева.

Получается, что места внутри достаточно много. Поэтому ПЛИС с разъёмами под провода и гнёзда я решил вынести на одну плату, а микроконтроллер с экраном и кнопками — на другую. Соединяются они при этом простейшим последовательным интерфейсом.

Плата с ПЛИС (первая версия):

Код для ПЛИС я писал на Verilog. Для каждого режима он получается достаточно простым. В первую очередь для многих из них нам надо считать обращения к каждому из портов, т.е. импульсы на проводе clock:

(простите, хабр не умеет подсвечивать Verilog)

Режим имитации американского разветвителя на четверых игроков выглядит так:

В режиме японского же разветвителя на четверых нужно просто соединить входы с выходами напрямую:

Самым сложным оказалось сделать возможность менять местами кнопки A и B, ведь считываются они последовательно, т.е. нужно заранее знать значение B, когда консоль запрашивает A, но оно выдаётся как раз только после A. Сначала я думал как-то ускоренно считывать данные с контроллера, используя какой-то внешний тактовый генератор, но в итоге решил просто брать значение от предыдущего считывания. Это даёт задержку, но она абсолютно незаметна. Тем более игры обычно читают состояние кнопок по несколько раз подряд.

Само собой, все эти режимы и настройки надо как-то задавать. Для этого я определил 12-битный регистр control, данные в который записываются через последовательное соединение, с дополнительным битом для проверки чётности:

Соответственно со стороны микроконтроллера код (весьма грязный) выглядит вот так:

В остальном в коде микроконтроллера нет ничего особенного: работа с дисплеем на контроллере HD44780, кнопки, светодиоды, простенькая менюшка и работа с аналого-цифровой преобразователем для определения угла поворота ручки.

Я всё отладил, убедился в работоспособности и уже начал упихивать компоненты в корпус…

Но перед закрытием крышки решил проверить на оригинальном Famicom, ведь с ним устройство тоже будет использоваться. Увы, режимы, где нужно было считать импульсы clock, работали неправильно. С помощью логического анализатора выяснилось, что с линии данных идут наводки на линию clock:

Это помеха длительностью всего в несколько десятков наносекунд всё портит. Я решил посмотреть своим простеньким осциллографом, что же происходит на линии clock у Денди:

А вот что там же у Фамикома:

Видно, что эта линия подтянута к VCC, при чём очень сильно у Денди и весьма слабо у оригинального Фамикома. Я начал экспериментировать с обвеской. Вскоре стало ясно, что на результат лучше смотреть не логическим анализатором, а самой консолью. Пришлось вспоминать ассемблер для 6502 процессора, писать простенькую программу для тестирования и записать её на картридж:

На ней сразу стало всё наглядно видно, а заодно можно было протестировать сразу все режимы, не меняя игры. ROM можно скачать тут.

В итоге проблема была решена подтяжкой линий clock к VCC через резистор в 1кОм, конденсатором между clock и землёй в 22нФ и резисторами на 200 Ом в разрыв всех линий данных. Увы, пришлось травить новую плату (не фотографировал), но зато после этого сразу же всё заработало.

Итоговый вид устройства:

Во времена СССР я мог бы быть хорошим промдизайнером.

Многие наверное захотят увидеть видео, но на данный момент подарок уже в руках нашей почты, а я снял только небольшую видеоинструкцию для конечного пользователя. Посмотреть её можно тут: www.youtube.com/watch?v=39beci7nE8w

И если вас заинтересовала тематика работы разных игровых контроллеров и создания самодельных, мы как раз на эту тему сняли вторую серию нашего шоу «Пока все играют», где многое очень просто и наглядно объясняется для тех, кто совсем не в теме:

Источник

Геймпад как для Dendy, только с USB

Давно хотел поиграть в старые игры на Dendy. Покупку консоли считаю нецелесообразной потому, что большую часть времени она будет просто простаивать. А вот геймпад для компьютера — другое дело! Стоит недорого и играть можно там, где есть ноутбук.
Если очень коротко, то всё работает, покупкой доволен. За подробностями под кат.

Начну с внешнего вида. На фронтальной стороне расположены 8 кнопок (4 стрелки, select, start, A, B).

На тыльной части корпуса 6 углублений, в четырех из них шурупчики, еще два без отверстия. Есть место для наклейки, но её нет.

Кабель на ощупь самый обыкновенный, но не хлипкий. Достаточно длинный (140 см).

Перейдем к разбору устройства. Для этого понадобится небольшая крестовая отвертка.

Внутри всё до ужаса просто.

Для того, что бы не выдернуть кабель, он проходит огибая два держателя(?). На первый взгляд ненадёжно, но на самом деле держится очень крепко.

На микросхеме с одной стороны пара конденсаторов, а с другой контактные площадки для кнопок и единственный чип, который залит чем-то черным (видимо для секретности). Присутствует несмытый флюс.

Кнопки при нажатии замыкают соответствующие контактные площадки на плате, затем возвращаются на место благодаря пружинным свойствам резины.

Пластик глянцевый, не вонючий.

За всё время эксплуатации недостатков не выявил. Только учтите, что на этом геймпаде на 2 кнопки меньше, чем обычно (для игор вроде не критично).

Устройство определяется как HID, поэтому без проблем должно подключиться к любой ОС (тестировал только с Ubuntu и Windows). Можно без труда превратить телевизор с микрокомпьютером в телевизор с ретроконсолью.

Для игры потребуется эмулятор NES (NES пришел к нам под именем Dendy) и ROM какого-либо картриджа (ссылку не привожу, т.к. ROM’ы обычно нарушают авторские права).

Оригинальные размеры сохранены, эргономика отсутствует, поэтому пальцы начнут болеть, прям как раньше!

Если у кого-то завалялись старые геймпады, то можете прицепить их к микроконтроллеру и играть на ПК.

GamePad — (дословно) игровая подушка,
JoyStick — (дословно) палочка наслаждения.

Поэтому в обзоре представлен геймпад.

Источник