PS2 双轴按键摇杆实验

之前我们已经学习了如何使用 PWM 和 ADC，这节课我们来学习如何使用 PS2 双轴摇杆来控制舵机。

实验原理

摇杆一般在航模、电玩、遥控车、云台等设备上应用广泛，很多带有屏幕的设备也经常使用摇杆作为菜单选择的输入控制。

双轴按键摇杆主要由两个电位器和一个按键开关组成，两个电位器随着摇杆扭转角度分别输出 X、Y 轴上对应的电压值，在 Z 轴方向上按下摇杆可触发轻触按键。在配套机械结构的作用下，无外力扭动的摇杆初始状态下，两个电位器都处在量程的中间位置。它就是两个电位器和按键的组合体。电位器是可变电阻器，与中学时学的滑动变阻器类似。

PS2 摇杆的五个端口分别为 VCC，X，Button，Y，GND。

摆动 PS2 游戏摇杆时，随着接触刷改变接触位置，可变电阻器（电位器）的引脚处的输出电压即发生变化。X，Y 轴为模拟输入信号而 Z 轴是数字输入信号，因此，X 和 Y 端口连接到 ADC 引脚，而 Z 端口连接到数字端口。所以我们一共需要使用 ESP32 的三个 GPIO 引脚，其中两个模拟信号输入引脚和一个数字信号输入引脚。

PS2 游戏摇杆正常状态（不受力状态）检测电压常态时为 1.65V 附近，最大值 3.3V，最小值 0V，用 ESP32 自带 ADC 模数转换模块的两个通道分别检测电压值的变化就可以知道摇杆指向的位置了。

硬件电路设计

物料清单（BOM 表）：

材料名称	数量
PS2 摇杆模块	1
舵机	1
杜邦线(跳线)	若干

PS2 模块的 +5V 引脚接 ESP32 的 3V3 引脚，一般情况下 ESP32 的 ADC 电压输入范围为 0-3.3V，高于 3.3V 可能会烧坏 ADC。摇杆模块的 GND 接 GND；模块的 SW 接 D4，VRX 接 D15，VRY 接 D2。

舵机接开发板另一侧的 5V 引脚、GND 和 D13。

软件程序设计

因此，在 shell 环境中打印出当前值的程序可以这么写：

import time
from machine import Pin, ADC


# 定义摇杆的引脚
ps2_x = ADC(Pin(15), atten=ADC.ATTN_11DB)
ps2_y = ADC(Pin(2), atten=ADC.ATTN_11DB)
ps2_button = Pin(4, Pin.IN)

while True:
    print(f'x:{ps2_x.read()} y:{ps2_y.read()} z:{ps2_button.value()}')
    time.sleep(0.1)

接下来，我们就可以使用 PS2 摇杆模块控制舵机了，代码如下：

import time
from machine import Pin, ADC, PWM


# 定义摇杆引脚
ps2_x = ADC(Pin(15), atten=ADC.ATTN_11DB)
ps2_y = ADC(Pin(2), atten=ADC.ATTN_11DB)
ps2_button = Pin(4, Pin.IN)

# 定义舵机控制引脚
my_servo = PWM(Pin(13), freq=50)


while True:
    # 读取 X 轴模拟信号
    x_value = ps2_x.read()
    
    # 在一个周期内(20ms), 0.5ms -> 0°, 2.4ms -> 180°
    # 0.5/20 * 1024
    servo_angle = x_value/4095 *(2.4-0.5)/20 *1024 + 0.5/20 * 1024
    
    # duty 方法控制舵机转动，0-1023, 0°-> 0.5/20 * 1024;
    # 180° -> 2.4/20*1024;
    my_servo.duty(int(servo_angle))
    
    time.sleep(0.1)