FC遊戲機手柄工作原理 ？

---

FC手柄，乃至絕大多數遊戲機手柄基本都是串列協議的。樓上提到的開關式並行協議按鍵一般在JAMMA規格的街機上最常見。至於為什麼這樣用，後面會解釋一下。

如果你能理解一點簡單的時序的話，看下面時序圖就能理解FC手柄是如何工作的了。（為了便於理解，我們只簡單講一下時序，不擴展講硬體，用詞會盡量簡單化。~~~~=￣ω￣=）

首先我們看下FC手柄的幾根線。正規的官方FC或者NES手柄都是5根線，有些組裝機手柄插口有9孔15孔等，其實手柄有用的就5個。

5根信號線，不同的文檔里命名會有一些差別。

VCC = 5V供電

GND = 地線

LATCH = 鎖存信號，由主機發送

CLOCK = 時鐘信號，有些文檔會叫PULSE，由主機發送

DATA = 串列數據線 低電平有效。由手柄上4021這顆晶元編碼輸出(組裝手柄都集成封裝在黑色牛屎塊里了)

除去供電的的VCC和GND，真正用來決定手柄按鍵信號的就3根線。

先普及個基礎知識。日版美版FC主機均為NTSC制式，畫面為60Hz。歐版以及中國的仿製機為PAL-D制式，50Hz。港版正規機以及某些地區是PAL-60制式，60Hz。下面的說明都是基於60Hz來解釋，50Hz和60Hz時間參數有點差異。

當遊戲機啟動後，遊戲機會每16.67ms（60Hz,1/60秒）讀取一次手柄的狀態。這個過程通過兩個步驟來實現。

首先主機發送一個LATCH鎖存信號脈衝，這個脈衝的寬度為12us。告訴手柄開始檢查按鍵狀態。

在LATCH的脈衝發送後間隔6us，CLOCK（PULSE）線開始發送周期為12us，占空比50%的脈衝信號，一共發8次。每次的脈衝的上升沿對DATA線採樣，檢查DATA線是否在該位置被拉低。按鍵被檢查的順序是固定的（遊戲機設計時候設計人員固定的），按鍵順序為A,B,SEL,START,上下左右。上圖DATA線上標註的就是每個按鍵時序所在位置。如果按鍵被按下，那麼對於位置的DATA是低電平。

===============================分隔線

（以下畫面請自行腦補╮(╯▽╰)╭.....）

主機：我要開始檢查手柄狀態了。（biu~~發了一個脈衝）

DATA：好的！

CLOCK：（頓了一下6us）我要開始發波了...

CLOCK：A！

DATA：有！（或沒有！）

CLOCK：B！

DATA：有！（或沒有！）

CLOCK：SELECT！

DATA：有！（或沒有！）

CLOCK：START！

DATA：有！（或沒有！）

CLOCK：上！

DATA：有！（或沒有！）

CLOCK：下！

DATA：有！（或沒有！）

CLOCK：左！

DATA：有！（或沒有！）

CLOCK：右！

DATA：有！（或沒有！）

檢查完畢~~~~

主機頓了16.67ms，再重複上面這個過程。

===========================

對於NTSC和PAL-60制式的主機，一秒會對手柄進行60次狀態檢查。PAL-50制式的則是50次。絕大多數的遊戲機手柄，乃至現在的PS4，XBOX ONE，電腦USB手柄，其原理仍舊是通過時鐘和命令來進行通信，當然結構和協議要比FC的複雜得多。

=============題外話

也許看官會問，為什麼不是通過每個按鍵的開關來控制。還是以FC手柄來看，控制命令的只有3根線。如果是通過開關來控制，那麼每個按鍵都有一根線，就需要8根IO控制線，翻了一倍多。用命令時序的方式很大程度上簡化了這一部分的硬體設計。試想手柄按鍵再多一些，如果是現在PS3手柄那樣多的按鍵，這個介面得多複雜。

不過，這種方式有一個缺點，就是編碼和解碼之後會存在一定延遲，加上手柄通常使用的導電膠按鍵方式，會加大延遲。當然這種延遲對於絕大多數人和絕大多數遊戲都是感覺不到的。不過對於90年代中期開始那些需要精確到1幀操作的格鬥和飛行射擊遊戲來說確實十分重要的。

在街機房，那些常見的機台都是遵循JAMMA標準的，SNK的NEOGEO家用機手柄也是，其所有按鍵和搖桿都是開關方式直接IO輸入的，加之其使用的微動開關，最大程度將延遲減小了。即便是現在一些主流的格鬥遊戲比如街霸或鐵拳系列，那些真正的玩家都是去街機廳練手的，而很少會用PS3/XBOX360加一個USB搖桿去練習。國際性的比賽也是如此。

街機JAMMA介面標準。所有按鍵都是直接輸入。

---

推薦閱讀：