简介：这是一份基于 STM32 的 PS2 游戏手柄遥控小车实现方案，适合嵌入式爱好者、STM32 初学者以及正在完成智能小车课程设计的学生参考。资料围绕 PS2 手柄解码、舵机角度控制与振动试验三条主线展开，通信协议与工程代码并重，对应项目式学习路径。压缩包内含 95 个文件，总大小 1.04MB，以 C/H 源码、hex 固件、Keil 工程以及 PDF 文档为主，还附带 Arduino 对照资料和连接示意图，便于跨平台理解。内容包含 PS2 解码通讯手册、常见问题汇总，以及 STM32 下的遥控小车、舵机控制、振动试验三套可直接参考的工程；代码涵盖手柄数据读取、按键解析、PWM 舵机驱动和电机联动等关键环节，既能学习协议细节，也能照例程实现整车调试。手册集中梳理帧格式与排错思路，遇到通讯异常时可快速定位；目前已有 659 人学习过这份资源，对想从零搭建 PS2 遥控小车的读者来说，是一份紧凑而实用的入门参考资料。
1. 项目定位：为什么用 PS2 手柄拼 STM32 小车值得一试
很多开发者第一次接触 PS2 手柄无线遥控，都是从某宝买一套现成的接收模块加上一块蓝板 STM32 开始的。这个项目把 PS2 遥控小车、舵机控制、振动试验三件事放在了一起：左手摇杆当油门，右手摇杆转向舵机，另外把 L2/R2 按键改成了可调频率的振动试验功能。适合正在学 STM32 的 SPI、PWM 和中断的同学，也适合想把手头一辆小车从固定动作跑改成“手柄实时控制”的动手派。你不需要写复杂的通信协议栈，只需要把 PS2 接收器当一个 SPI 从设备来读，把舵机和电机当两路 PWM 来调，就能在一下午搭出一辆能跑、能转、能“按摩”的遥控小车。
2. 系统架构与工程目录：先搞清数据怎么流
动手前先看整体分工，这样后面接错线时至少知道该查哪个模块。
2.1 功能划分：手柄、电机、舵机、振动各管一摊
整个系统围绕 STM32F103C8T6 最小系统板展开，外设挂得并不复杂，但每部分职责必须划清楚。
| 模块 | 硬件 | 接口方式 | 职责 |
|---|---|---|---|
| 手柄接收 | PS2 无线接收器 | SPI2（PB12-PB15） | 读取摇杆和按键原始数据 |
| 电机驱动 | TB6612FNG 双路驱动 | GPIO 方向 + TIM3 PWM | 控制左右轮正反转和速度 |
| 舵机 | SG90 或 MG995 | TIM2_CH1 输出 50Hz PWM | 控制转向角度 |
| 振动试验 | 偏心振动马达 + MOS 驱动 | TIM4_CH1 PWM | 按设定频率和强度断续振动 |
| 供电 | 7.4V 锂电池组 + 降压模块 | 5V / 3.3V 分开供 | 避免电机与舵机共地干扰 |
把振动马达单独挂在 TIM4 而不是和电机混在一起，是因为振动试验通常要按“振动 3 秒、停 2 秒”的节拍运行，单独一个定时器通道会让代码逻辑清晰很多。PS2 接收器推荐放到 SPI2，因为 SPI1 的 PA6/PA7 会被电机的 TIM3 通道占用，硬要挤在一起的话 PCB 走线和引脚分配都会很难受。
2.2 工程文件怎么分：CubeMX 生成骨架，应用代码单独放
用 STM32CubeMX 生成工程后，建议把应用层代码从 main.c 里拆出来。实际工程的目录结构大致长这样：
Project/ ├── Core/ │ ├── Inc/main.h │ └── Src/main.c # 只放 HAL 初始化和主循环壳 ├── Drivers/ │ └── STM32F1xx_HAL_Driver/ ├── App/ │ ├── ps2_driver.c/h # PS2 SPI 读时序 │ ├── motor.c/h # TB6612 方向与 PWM │ ├── servo.c/h # 舵机脉宽映射 │ ├── vibrator.c/h # 振动试验节拍状态机 │ └── remote_control.c/h # 把摇杆数据翻译成电机/舵机动作 └── MDK-ARM/main 里只保留 HAL_Init、系统时钟配置、外设初始化，然后循环调用 RemoteControl_Process()。PS2 原始读取放在中断里还是主循环里，取决于你的手柄刷新率需求。常见做法是拆成两层：底层 PS2_ReadRaw 负责和接收器做 SPI 字节交换，上层 RemoteControl_Process 每 5 到 10 毫秒调用一次读数据并解析。这样以后想接蓝牙手柄或者换成手机 WiFi 控制，只需要替换底层函数，解析逻辑不用动。
2.3 数据流：从手指按下到轮子转动的完整链路
一辆摇杆控制的遥控小车，数据流其实只有五步。
第一步是 PS2 手柄把摇杆模拟量通过 2.4G 无线发给接收器；第二步是 STM32 的 SPI 从接收器读回一帧 9 字节的原始报文；第三步是解析函数把第 6 个字节的左摇杆 Y 值换算成速度值，把第 5 个字节的右摇杆 X 值换算成舵机角度；第四步是 PWM 定时器更新比较寄存器，同时切换 TB6612 的方向引脚；第五步是电机和舵机执行动作。整条链路里最容易出问题的是第二步和第三步：SPI 的时序稍微不对读回来的全是 0xFF，摇杆中间值没做死区处理小车就会自己画龙。
3. 核心模块拆解：PS2 读时机、PWM 换算和振动状态机
这一章是整份工程的灵魂。代码以 STM32 HAL 库为底，你如果用的是标准外设库，照逻辑平移即可。
3.1 PS2 SPI 读取：握手、命令字节与 9 字节帧结构
PS2 接收器看起来是 SPI 从设备，但没有规范的寄存器地址。所有通信都是主机先发一个命令字节，然后从机在接下来若干个时钟周期里把数据回填回来。读取手柄状态的标准命令是 0x01，进入配置模式是 0x43，模拟模式设置是 0x44。初始化时会用一串命令把手柄切到模拟红绿灯模式，否则摇杆的模拟量读不到精确数值。
底层读取函数可以封装成这样：
uint8_t PS2_ReadRaw(uint8_t *raw) { uint8_t cmd = 0x01; // CS 拉低表示开始一次 SPI 事务 HAL_GPIO_WritePin(PS2_CS_GPIO_Port, PS2_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET); // 先发命令字节 0x01，同时从机返回第一个字节（通常是 0xFF） HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi2, &cmd, &raw[0], 1, 100); // 后续连续交换 8 个空字节，把从机按时钟吐出的数据收进来 for (uint8_t i = 1; i < 9; i++) { cmd = 0x00; HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi2, &cmd, &raw[i], 1, 100); } // CS 拉高结束事务 HAL_GPIO_WritePin(PS2_CS_GPIO_Port, PS2_CS_Pin, GPIO_PIN_SET); // 第 1 个字节正常应为 0x5A，代表握手成功 return (raw[1] == 0x5A) ? 1 : 0; }这里有个关键点：HAL_SPI_TransmitReceive 必须要先发后收，不能只发不读。因为 PS2 从机是边收边吐，你不读数据，CLK 就不会继续产生，从机也就不会给后续字节。CS 引脚必须用普通 GPIO 手动控制，不能开成 SPI 硬件 NSS，否则主机会抢片选，导致一次事务多字节之间被硬件打断。SPI 配置上一般用模式 0（CPOL=0，CPHA=0），波特率设在 250kHz 左右，这个速率对 PS2 接收器来说足够稳定，再快容易受杜邦线干扰。
3.2 摇杆解析：死区、负向映射和按键处理
手柄返回的摇杆数值范围是 0 到 255，居中大约在 128 附近。PS2 协议里左摇杆 Y 值在第 6 个字节，右摇杆 X 值在第 5 个字节。解析不能直接拿原始值用，必须做几步处理。
void RemoteControl_Decode(RemoteData_t *out, uint8_t *raw) { int16_t raw_x = raw[5] - 128; // 右摇杆 X：-128 ~ +127 int16_t raw_y = raw[6] - 128; // 左摇杆 Y：-128 ~ +127 // 死区：小于阈值的摇杆位移直接归零，防止舵机抖和电机蠕行 if (raw_x > -15 && raw_x < 15) raw_x = 0; if (raw_y > -15 && raw_y < 15) raw_y = 0; out->speed = (raw_y > 0) ? raw_y * 78 : (-raw_y) * 78; out->angle = (raw_x * 90) / 128; // 映射到 -90 ~ +90，方便舵机用 if (out->angle > 90) out->angle = 90; if (out->angle < -90) out->angle = -90; }乘以 78 是因为电机 PWM 的满量程是 9999，而 128 乘以 78 正好约等于 9999，这样不用做浮点除法。死区设成 15 可能听着不大，但实际摇杆松手后回不了完美中心，如果死区太小，小车会出现“手没碰手柄但轮子在微动”的情况，这种玄学问题排查起来非常耗时间。按键处理注意把 raw[3] 和 raw[4] 按位取反再判断，PS2 协议里按键按下时对应位是 0，新手第一次读容易把判断逻辑写反。
3.3 电机控制：方向引脚与 PWM 占空比的配合
TB6612 控制直流电机需要两路 GPIO 决定正反转，一路 PWM 决定速度。下面这段用 TIM3 两个通道输出 PWM，PB8/PB9 和 PB4/PB5 做方向控制。
void Motor_SetSpeed(Motor_Type_t motor, int16_t speed) { if (speed > 0) { Motor_SetDirection(motor, FORWARD); if (motor == MOTOR_LEFT) __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, speed); else __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2, speed); } else if (speed < 0) { Motor_SetDirection(motor, BACKWARD); speed = -speed; if (motor == MOTOR_LEFT) __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, speed); else __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2, speed); } else { // 停机时方向引脚全部拉低，PWM 输出 0 Motor_SetDirection(motor, STOP); if (motor == MOTOR_LEFT) __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 0); else __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2, 0); } }电机 PWM 频率一般设在 10kHz，比舵机的 50Hz 高得多。10kHz 下电机线圈电流更平滑，噪音也更小。如果你手上的电机在低速时“咔咔”响，多半是高占空比下 PWM 频率太低，把 TIM3 预分频调低一档就能改善。TB6612 的 STBY 引脚必须拉高，不然电机完全不给电，这个坑后面章节还会展开讲。
3.4 舵机控制：把 -90 度到 90 度换算成 CCR 寄存器值
舵机不是靠占空比调速的，它看的是脉冲宽度。标准舵机每 20ms 收到一次周期脉冲，当脉宽为 0.5ms 时转到 0 度，1.5ms 时转到 90 度，2.5ms 时转到 180 度。要让 TIM2 输出 50Hz PWM，在 72MHz 时钟下把预分频设为 71，自动重载值 ARR 设为 19999，那么计数频率就是 1MHz，20ms 对应 20000 个计数。脉宽换算成计数如下。
// 角度范围 -90 ~ +90 void Servo_SetAngle(int8_t angle) { uint32_t pulse; if (angle > 90) angle = 90; if (angle < -90) angle = -90; // 0 度对应 1.5ms 脉宽 = 1500 计数 // 1 度对应约 5.56 计数，这里取 6 pulse = 1500 + (int32_t)angle * 6; __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, pulse); }这个换算精度大约是 0.18 度一档，对遥控小车转向足够用。要注意一个容易犯错的地方：不同舵机的中位脉宽不完全是 1.5ms，有的便宜舵机实际是 1.45ms，装车后方向会跑偏。常见做法是先写成宏定义，比如 SERVO_MIDDLE_PULSE 1500，然后在调试时通过串口调整这个值。舵机不允许从 90 度突然切到 -90 度，瞬间的大电流会拉低主控电压，严重时直接复位，所以转向控制一般加一层斜率限制，每次只让命令角度变化 3 到 5 度。
3.5 振动试验：频率可调的偏心马达状态机
振动试验不是简单给马达通电。要实现“试验”效果，就得让马达按你设定的节拍间歇振动。这里用 TIM4_CH1 输出 20kHz PWM 控转速，再用软件状态机切开关时刻。
typedef struct { uint8_t running; uint16_t freq_hz; // 振动频率，单位 0.1Hz，比如 25 = 2.5Hz uint8_t strength; // 振动强度 0 ~ 100，映射到 PWM 占空比 uint16_t on_ticks; uint16_t off_ticks; uint16_t counter; } Vibration_State_t; void Vibration_Process(void) { if (!VibTest.running) return; VibTest.counter++; if (VibTest.counter >= VibTest.on_ticks) { __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_1, 0); if (VibTest.counter >= (VibTest.on_ticks + VibTest.off_ticks)) { VibTest.counter = 0; } } else { __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4, TIM_CHANNEL_1, VibTest.strength * 200); } }on_ticks 对应振动持续时长，off_ticks 对应停止时长，单位是主循环的调用次数。如果主循环每 5ms 调一次 Vibration_Process，on_ticks 设为 600，就表示振动 3 秒。强度映射到 20kHz PWM 的占空比，strength 为 50 时比较值就是 10000，马达转速大约在中高速区间。这样做的好处是试验参数全部可调：想模拟结构耐久测试，就把频率调低、持续时间调长；想演示触觉反馈，就把频率调到 10Hz 以上并减少 on_ticks。驱动偏心马达的 MOS 管旁边一定要反接续流二极管，否则停止瞬间的反向电动势容易把单片机电死。
4. 编译烧录与避坑：从 CubeMX 到下地测试
代码写完不算完，首跑阶段才是真正劝退新手的环节。
4.1 CubeMX 外设配置清单
打开 STM32CubeMX，选择 STM32F103C8T6 芯片后按下面的表配置外设，生成工程后再把 3.2 到 3.5 的应用代码加进去。
| 外设 | 配置项 | 值 |
|---|---|---|
| RCC | HSE | Crystal/Ceramic Resonator |
| SPI2 | Mode | Transmit Only Master |
| SPI2 | NSS | Disable（CS 用 GPIO 控制） |
| SPI2 | Prescaler | 32（72MHz / 32 = 2.25MHz，偏低更稳） |
| TIM2 | Channel1 | PWM Generation CH1，PSC=71，ARR=19999 |
| TIM3 | Channel1/2 | PWM Generation CH1/CH2，PSC=71，ARR=999 |
| TIM4 | Channel1 | PWM Generation CH1，PSC=71，ARR=19999 |
| USART1 | Mode | Asynchronous，波特率 115200 |
| GPIO | CS/C 引脚 | GPIO_Output，Initial Level High |
| GPIO | TB6612 方向脚 | GPIO_Output，Initial Level Low |
SPI2 时钟配置选 2.25MHz 时可能收到误码，如果读回来的数据偶尔错乱，把 Prescaler 提高到 64 或 128。USART1 用于打印手柄报文和调参，一开始就接好，等出了问题再飞线接串口难度会翻倍。
4.2 编译烧录与首次点灯确认
用 MDK-ARM 打开工程后，记得把 C/C++ 选项里的 Optimization 调到 Level 0，原因是大多数 HAL 代码在开 O2 优化后，SPI 时序里的 delay 会被编译器优化掉，导致握手不稳定。烧录器推荐 ST-Link V2，SWD 接口接 PA13 SWDIO、PA14 SWCLK 和 GND。
编译烧录后先别急着放地上跑。把程序里的 Main 循环改成只做三件事：初始化、读一次 PS2、串口打印 raw[1]。如果串口助手能稳定打印 0x5A，再往下走。如果打印不出来，多半是 SPI 接线顺序不对，或者接收器供电不够。检查顺序是：先量接收器 VCC 引脚电压是否在 3.3V 左右，再用示波器或逻辑分析仪看 CS 是否有拉低动作。
4.3 五个常见问题排查记录
第一个问题：读回来的手柄值全是 0xFF。现象是串口打印稳定输出 255，手柄按键毫无反应。原因大概率是 SPI2 的 MOSI 和 MISO 接反，或者 CS 引脚没有在 CubeMX 里设成 GPIO 输出。解决方法是先看原理图，确认 PS2 接收器的 DAT 信号线接到 STM32 的 MISO（在 SPI2 上是 PB14），CMD 信号线接到 MOSI（PB15）。DAT 接错的话，设备根本不会回复有效数据。
第二个问题：舵机每隔几秒抽动一下。这是典型的电源纹波干扰。舵机启动瞬间电流可达几百毫安，如果和单片机共用同一个 5V 稳压块，电压会被拉低到 3V 以下，舵机控制芯片就会误判脉宽。我的做法是给舵机单独接一路 5V 输出，地和主板共地，逻辑电压由主板直接供。切记不能把 PS2 接收器、舵机、电机全挂在同一个降压模块上。
第三个问题：电机方向只有一个转，另一边没反应。先看 TB6612 的 STBY 接在哪了。这块芯片的 STBY 内部有下拉，必须显式拉高才能让电机输出。很多新手把 STBY 悬空就想看电机转，结果呵呵。此外如果有万用表，可以量一下没转那一路的 AIN1/AIN2 电压，正常时一个应该是高电平、一个是低电平，两个都低说明软件里的方向引脚配置错了。
第四个问题：小车能跑但 S 形画龙。摇杆回中后死区太小，再加上左右电机机械差异，两个轮子转速略有不同就会偏移。解决方法是调大死区到 20 左右，同时把电机速度映射函数改成带一段“低速拐点”的分段线性，让低速区间更粗、高速区间更细。
第五个问题：振动试验一启动，整板复位。偏心马达电刷打火产生的反向尖峰电压击穿了主控的电源轨。这时候去换程序没用，硬件上必须整改：马达两端并联一个 0.1uF 陶瓷电容，靠近 MOS 管漏极端并联一个 SS34 肖特基二极管，再把 7.4V 电池和 5V 降压模块之间的线换成粗一点的硅胶线。
4.4 下地测试前的一条原则
代码下地前，把遥控主循环里的电机输出先注释掉，只留舵机和振动。确认手柄摇杆在串口里的数值变化和遥控器摇杆机械方向一致，再开电机。这么做能省下大量追线时间。我第一次跑这车的时候，发现方向总是反的，折腾了半小时，最后发现是左摇杆 Y 值解析时符号弄反了，这种低级错误如果能在串口阶段发现，根本不用下地。
5. 二次开发：把小车的遥控手感改成你自己的调试平台
整台小车最值得改造的地方不是电机，不是舵机，而是摇杆映射逻辑。
首先建议把 3.2 里的线性和直接映射改成指数曲线。线性映射在小幅摇杆偏移时输出太大了，新手很容易把车开得一顿一顿。我常用的函数是让输出速度等于最大速度乘以偏移比例的平方，比如偏移量只有最大值的 20% 时，速度只出 4%。改造点在 remote_control.c 里，把 out->speed 的计算改成这样：
int16_t speed_raw = abs(raw_y); float ratio = (float)speed_raw / 128.0f; float expo = ratio * ratio; // 指数曲线，低速区更细腻 out->speed = (int16_t)(expo * 9999.0f);这样做的好处是小幅打杆车走得非常稳，适合在室内窄通道调试；而需要快速急转时，打满杆照样能输出全速。
第二个建议是做一个固件自检函数 SelfTest()，在上电后自动读取一次按键矩阵并串口打印。PS2 手柄的按键矩阵分布在 raw[3] 和 raw[4] 两个字节里，每个 bit 对应一个键。自检函数可以循环等待 3 秒，把手柄上按下的键打印成表格，确认硬件接对后再进主循环。我从那次画龙排查之后，每次改动代码都会强制走一遍自检函数，确认底层数据没问题再验证上层逻辑，省下的时间够写一版新功能。
第三个实用改造是保存舵机中位和摇杆死区到内部 Flash。STM32F103 自带 64KB Flash，可以预留最后一页存参数。用 HAL_FLASH_Program 写入结构体，上电时读出来覆盖代码里的默认值。这样每辆车的舵机中位偏差都能在免编译的情况下单独校准，批量做教学项目时非常香。具体做法是定义一页地址为 0x0800F800，长度不超过 2KB，结构体里放 ServoMiddlePulse、StickDeadzone、VibrationStrength 三个变量。希望这些改动思路能帮你把这台小车从“能遥控”一步步调成“好操作、好价值”的个人调试台，少走我当年走的弯路，毕竟谁都不想因为一根杜邦线松了就在调试台上发一下午呆。
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