DIY Контроллер для педалей и кнопок

Контроллер предназначен для использования в баттон-боксах, платах на рулях, педалях, для подключения шифтеров, ручников,  т.е. для подключения различных кнопок, энкодеров и аналоговых осей.

• эмуляция Joystick/Keyboard/Mouse
• поддержка до 6х аналоговых осей (12 бит — 4096 дискретных значений)
• калибровка осей, шейпинг осей
• поддержка кнопок в матрице
• поддержка одиночных кнопок
• поддержка энкодеров
• поддержка галетников
• поддержка POV Hat Switch
• поддержка аналоговых входов как кнопок
• 1KHz частота обмена с ПК

Возможности устройства:

Со стороны ПК контроллер выглядит как обычный джойстик/клавиатура/мышь, установки драйверов не требует.

Для этого проекта я решил использовать не Ардуино, а плату для разработчиков на основе STM32F103C8T6. Вот для сравнения их характеристики:

	Arduino Leonardo	STM32F103C8T6
Flash	32KB	64KB
SRAM	2.5KB	20KB
EEPROM	1KB	Absent
Architecture	8-bit ATMEL AVR	32-bit ARM CORTEX-M3
Frequency	16MHz	up to 72MHz
GPIO pins	20	26
PWM	7	12
Timers	1x 16-bit, 2x 8-bit	3x 16-bit, 1x pwm
Peripheral	10-bit ADC (6 channels) 1x I2C 1x SPI 1x UART USB	2 x 12-bit, 1 μs A/D converters (7 channels) 7-channel DMA controller 3x USART 2x I2C 2x SPI CAN USB

Как видите, STM32F103C8T6 на фоне Ардуино выглядит вполне неплохо, а стоит дешевле. Один из основных минусов состоит в том, что для заливки прошивки в него нужен отдельный программатор, но он тоже недорог.

• 

• 

Я покупал все на алиэкспрессе, например вот и вот. Также можно встретить BlackPill плату — линк. У нее чуть меньше выводов, но есть монтажные отверстия.

Схема борды:

В pdf формате

Black_Pill_Schematic

Распиновка — The-Generic-STM32F103-Pinout-Diagram

Распиновка после первоначальной заливки прошивки:

             STM32F103C8T6
	   -------------------
	- |3VB		 +3.3V| -
  	- |C13		   GND| -
  COL1	- |C14		   +5V| - 
  COL2	- |C15		    B9| - ROW6
  ADC0 	- |A0		    B8| - ROW5
  ADC1 	- |A1		    B7| - ROW4
  ADC2	- |A2		    B6| - ROW3
  ADC3	- |A3		    B5| - ROW2
  ADC4	- |A4		    B4| - ROW1
  ADC5	- |A5		    B3| - COL4
  ADC6	- |A6		   A15| - ROT11
  COL5	- |A7		   A12| - 
  ROT1	- |B0		   A11| - 
  ROT2	- |B1		   A10| - ROT8
  ROTA	- |B10		    A9| - ROT7
  ROTB	- |B11		    A8| - ROT6
	- |R		   B15| - ROT5
	- |+3.3V	   B14| - ROT4
	- |GND		   B13| - ROT3
	- |GND		   B12| - COL3
	   -------------------

Кроме этого, я написал небольшую программу OSHStudio, которая позволяет переконфигурить пины под конкретно ваши нужды. Выбор функции для пинов осуществляется на вкладке Pins Configuration, здесь же можно выбрать ваш тип платы (это влияет только на графическое отображение расположения пинов)

Мышь

Можно настроить аналоговый вход как одну из 2х осей мыши, либо колесо прокрутки, левая/правая/средняя кнопки настраиваются на вкладке кнопки

Кнопки

Если кнопки подключаете в матрице, то столбцы подключайте к пинам «Button Matrix COLUMNS», а строчки — к «Button Matrix ROWS». Отдельные кнопки можно подключать к пинам «Single Button +3.3V» и «Single Button GND». Если кнопка подключается  к «Single Button +3.3V», то вторую ногу кнопки подсоединяйте к +3.3V, если к «Single Button GND», то вторую ногу соответственно на землю. Пример матрицы:

Работу кнопок можно протестировать на вкладке «Buttons». Также любой кнопке можно задать «функцию» — то, как она будет транслироваться в ПК — как кнопка джойстика, клавиша клавиатуры и т.д. По умолчанию все кнопки работают как кнопки джойстика.

Энкодеры

Поддерживаются инкрементальные энкодеры видов FULL step, HALF step и QUARTER step. Энкодеры можно подключать как отдельно (single конфигурация), так и связанными между собой (chained конфигурация). При подключении в chained конфигурации крайние выводы энкодеров нужно соединить между собой и одну сторону подключить к пину «Chd Rot Enc PINA», другую — к пину «Chd Rot Enc PINB». Средние выводы энкодеров — к пинам «»Chd Rot Enc 1/1», «Chd Rot Enc 1/2» или «Chd Rot Enc 1/4» в зависимости от типа энкодера. Можно соединять разные типы энкодеров. Пример:

При одиночном (single) режиме, крайние выводы подключаются к «Sng Rot Enc PINA 1/1» и «»Sng Rot Enc PINB 1/1» (либо 1/2, либо 1/4), а центральный пин — к +3.3V. Пример:

При необходимости можно переназначить какие выводы к какому конкретно энкодеру будут принадлежать на вкладке Single Encoders Config

Работу энкодеров можно также протестировать на вкладке «Buttons».

Галетники

Одномоментное нажатие виртуальной кнопки происходит при смене положения вала.

Аналоговые входы

Аналоговые входы — ADC0 — ADC7 (A0 — A7). Оси можно откалибровать на вкладке Axises Configuration, калибровочные значения хранятся в самом МК, т.е. не нужно будет калибровать заново при переустановке Windows или на другом ПК. После калибровки ось «растягивается» в МК, поэтому ПК всегда видит ось в 4096 значений. Вместо ручной калибровки можно использовать автоматическую (AutoCalibration). При калибровке можно ориентироваться на реальные значения датчиков — красная полоска значений «Sensor Value» (Эти значения никак не зависят от калибровки). Значения осей представлены зелеными полосками значений «Axis Value» (на них калибровка действует непосредственно).

Также есть возможность объединить два аналоговых входа в одну ось — combined axis. Сделано преимущественно для баранок с двумя лепестками сцепления. При этом есть два режима работы:

• cooperative work — значения обоих входов складываются, ползунком можно увеличить или уменьшить вес одного из входов на конечный результат оси.
• each on his own — каждый их входов работает независимо, но на одну и ту же ось. Входы при этом можно откалибровать по-разному и использовать в различных ситуациях.

Также есть возможность сделать шейпинг оси. Есть 6 предопределенных пресетов, каждый из них можно изменить любым образом и присвоить собственное название

Analog2Button — Аналоговые входы в кнопки

C 0.15 версии появилась более продвинутая возможность преобразования аналоговых входов в кнопки. Можно сконфигурировать до 10 аналоговых входов (тип пина Analog2Button) и на каждом иметь до 10 кнопок (общее кол-во кнопок, тем не менее, не может превышать 64). Все это настраивается на вкладке Analog 2 Buttons, каждая ось может иметь свое кол-во кнопок:

 Вкладка Tuning

На вкладке Tuning можно настроить при необходимости такие параметры (сверху вниз):

• «Your identifier for the device» — уникальный идентификатор для платы, может пригодиться, когда несколько подключенных плат и одну можно, например, пометить как «педали»,  вторую — «buttonbox» и т.д.
• «USB polling interval» — частота USB обмена с ПК. Для критичных к задержке устройств можно выставить максимально возможную частоту 1kHz (1ms между пакетами), для всего остального дефолтной частоты в 60Hz должно быть достаточно.
• «Amount of time a button will be pressed when Rotary Encoder position changed» — время, в течение которого виртуальная кнопка фиксируется нажатой для энкодера
• «Amount of time a button will be pressed when Rotary Switch position changed» -время, в течение которого виртуальная кнопка фиксируется нажатой для галетника
• «Amount of time a button will be pressed when Analog Input position changed» -время, в течение которого виртуальная кнопка фиксируется нажатой для Analog2Button типов входа
• «Time since previous Rotary Switch change» —

Все неиспользуемые ноги МК рекомендуется сконфигурировать как «Not Used»

Исходники в моем проекте на github.

Готовые прошивки:

Версия 0.16 — добавлена эмуляция клавиатуры/мыши, функции кнопок, шейпинг осей

Версия 0.15 — более стабильная работа по USB, более продвинутая функция Analog2Button

Версия 0.14 — добавлены автокалибровка осей, Analog2Button и combined axis

Версия 0.13 — добавлена вкладка Single Encoders Config

Версия 0.12 — добавлена вкладка Tuning

Версия 0.11 — добавлена поддержка одиночных энкодеров

Версия 0.10 (начальная)

Если у Вас есть вопросы о том, как залить прошивку, то можно посмотреть эту запись.