CN211097467U - 游戏控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种游戏控制器，其特征在于，该游戏控制器的MCU通过切换开关单元控制CC总线的断开与导通；MCU分别与USB HOST单元、PD协议处理单元、CC总线切换开关、USB角色切换开关、输入单元以及USB DEVICE单元电连接；PD协议处理单元通过切换开关单元与通讯接口电连接；USB HOST单元与通讯接口电连接；输入单元用于供用户输入操作信号游戏控制器。本实用新型能够在不向终端供电的情况下通过PD协议处理单元将终端与自身分别配置为DFP设备和USB HOST设备，实现与终端之间的AOA数据通信，并且还能将自身切换为USB DEVICE设备，从而作为输入控制器向终端输入操作信号。

Description

游戏控制器

技术领域

本实用新型涉及游戏设备辅助装置领域，尤其涉及一种游戏控制器。

背景技术

游戏控制器是一种常见电子游戏机的部件，通过操纵其摇杆、按钮等，实现对游戏虚拟角色或软件界面的控制。游戏控制器上设有控制按键或摇杆，通过按键或摇杆都可以对游戏或软件的控制。游戏控制器最初只能在电脑和游戏主机等大型设备上使用。

随着科技的发展，手机、平板电脑等移动智能终端的功能变得越来越强悍，相应的，可以在移动智能终端上的安装的游戏越来越多，为了提高游戏体验，游戏控制器也开始应用到移动智能终端上。

但是，游戏控制器在使用时为了实现二者之间的AOA数据通信(如获取ADB执行权限)，需要通过游戏控制器先向移动智能终端供电，因此，游戏控制器上需要设置电池或与外置电源。但是，游戏控制器在于外置电源连接时会占用用户的活动空间影响游戏体验和携带不便。而电池具有体积、容量限制、使用寿命、制造成本等，且在游戏控制器中设置电池会增大其体积和制造成本，电池到达使用期限后变成废弃物还会污染环境，对环境保护不利。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种游戏控制器，能够在无外置电源和内置电池供电的情况下，通过PD协议特性将终端配置为DFP设备，将自身配置成一个作为SINK端的USB HOST设备，并且还能够将自身配置为USB DEVICE设备，实现与终端之间的AOA数据通信和向终端传输操作信号，消除了需要外置电源和内置电池的影响，使游戏控制器即可以与智能终端AOA数据通信，又可以切换成USB DEVICE设备进行作为输入控制器。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：一种游戏控制器，包括：支持PD协议的通讯接口、USB HOST单元、MCU、PD协议处理单元、切换开关单元、输入单元以及USB DEVICE单元；所述切换开关单元包括CC总线切换开关和USB角色切换开关，所述MCU通过所述CC总线切换开关控制CC总线的断开与导通；所述MCU分别与所述USB HOST单元、所述PD协议处理单元、所述CC总线切换开关、所述USB角色切换开关、所述输入单元以及所述USB DEVICE单元电连接；所述PD协议处理单元通过所述切换开关单元与所述通讯接口电连接；所述USBHOST单元与所述通讯接口电连接；所述输入单元用于供用户输入操作信号。

进一步地，所述通讯接口包括至少两个通讯接口，所述通讯接口为Type-C、MICRO-USB、TYPE-A、Lightning接口中的任一种，外部电源通过其中一个所述通讯接口向所述游戏控制器供电时，所述MCU通过所述CC总线切换开关控制所述CC总线导通，进而向与另一个所述通讯接口连接的移动终端充电。

进一步地，所述CC总线切换开关和所述USB角色切换开关包括继电器、延时开关、三极管或者MOS管或者模拟开关中的任一种。

进一步地，还包括稳压单元，所述稳压单元分别与所述MCU、所述通讯接口电连接。

进一步地，还包括存储单元，所述存储单元与所述MCU电连接。

进一步地，还包括用于显示供电状态和/或运行状态的显示单元。

进一步地，所述显示单元采用发光二极管或显示屏。

进一步地，还包括外置供电单元，所述外置供电单元分别与所述MCU、所述PD协议处理单元电连接。

进一步地，USB HOST单元、USB DEVICE单元、CC总线切换开关、USB角色切换开关、所述MCU以及所述PD协议处理单元中的一项或多项集成在一个SOC芯片上。

进一步地，所述游戏控制器包括游戏手柄、具有游戏控制功能的手机保护壳、独立的游戏控制模块以及具有操作功能的移动智能终端外部设备中的任一种。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

(1)在不向移动智能终端供电的情况下通过PD协议处理单元将移动智能终端与自身分别DFP设备和USB HOST设备，实现与移动智能终端之间的AOA数据通信，并且在数据通信时还能将自身配置为USB DEVICE设备，从而向移动智能终端输入操作信号，消除了需要外置电源和内置电池的影响。

(2)在外部电源通过通讯接口向游戏控制器供电时，通过切换开关单元控制CC总线导通，通过PD协议处理单元的作用将手柄配置为供电端，进而通过游戏手柄游戏控制器向移动智能终端供电，避免移动智能终端电量的快速消耗，从而提高用户的游戏体验。

附图说明

图1为本实用新型所提供的一种游戏控制器的结构框图；

图2为MCU、USB HOST单元、USB DEVICE单元、切换开关单元为分别独立单元时的结构框图；

图3为MCU包含在USBHOST单元、USB DEVICE单元中的任一个时的结构框图；

图4为MCU、USBHOST单元、USB DEVICE单元集成在一个SOC时的结构框图；

图5为图1中的切换开关单元的电路结构图；

图6为图1中的稳压单元的电路结构图；

图7为图1中的显示单元的电路结构图；

图8为本实用新型所提供的集成了USB HOST单元、USBDEVICE单元、MCU、PD协议处理单元以及FLASH单元的SOC芯片的电路结构图；

图9为图1中游戏控制器的Type-C接口的电路结构图；

图10为图1中的输入单元，该输入单元为按键模块；

图11为图1中的输入单元，该输入单元为摇杆模块

图12为图1中游戏控制器中用于调试、固件升级时用的USB端口切换电路和PD延时开关电路结构图；

图13为图1中的稳压单元的电路结构图；

图14为图1中的显示单元的电路结构图；

图15为图1中的外置供电单元的电路结构图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

本实用新型游戏控制器还具有激活功能，在使用时可以作为一个激活器使用。

请参阅图1至图15，根据附图对本游戏控制器的激活功能进行详细描述，游戏控制器包括：支持PD协议的通讯接口、USB HOST单元、MCU、PD协议处理单元、切换开关单元、输入单元以及USB DEVICE单元；所述切换开关单元包括CC总线切换开关和USB角色切换开关，所述MCU通过所述CC总线切换开关控制CC总线的断开与导通；所述MCU分别与所述USB HOST单元、所述PD协议处理单元、所述CC总线切换开关、所述USB角色切换开关、所述输入单元以及所述USB DEVICE单元电连接；所述PD协议处理单元通过所述切换开关单元与所述通讯接口电连接；所述USB HOST单元与所述通讯接口电连接；所述输入单元用于供用户输入操作信号。具体地，通讯接口为Type-C接口，图12中的U2用于调试、固件升级时用的USB端口切换电路，U3为PD延时开关，其作用是为了防止上电时MCU状态的不确定，影响PD正常通信。

在本实施例中，通讯接口的数量可以为一个或多个，且通讯接口可以为Type-C、MICRO-USB、TYPE-A、Lightning接口中的任一种。

在一个具体的实施例中，通讯接口的数量为两个，通讯接口为Type-C接口，外部电源通过其中一个通讯接口向游戏控制器供电时，MCU通过CC总线切换开关控制CC总线导通，进而向与另一个通讯接口连接的移动智能终端充电。

在本实施例中，USB角色切换开关为非物理开关，其设置在单片机MCU的内部，通过配制寄存器实现切换。

在本实施例中，游戏控制器用于控制移智能终端的游戏操作，其包括游戏手柄、具有游戏控制功能的手机保护壳、独立的游戏控制模块以及具有操作功能的智能终端外部设备中的任一种。

在其他实施例中，游戏控制器还可以用于控制其他智能终端执行游戏以外的操作，如与相机软件(或功能模块)以及其他需要先向其供电以激活的智能终端连接实现AOA数据通信，并可作为USB DEVICE设备输入操作的软件或功能模块，在此不做限定。

在本实施例中，MCU、USB HOST单元、USB DEVICE单元以及角色切换开关可以分别为独立单元。此时，游戏控制器中的MCU通过高低电平、寄存器配置、SPI/UART/I2C等串行总线向USB角色切换开关发送切换指令等操作指令，从而实现自身的切换达到USBHOST设备与USB DEVICE设备之间的切换。且USB角色切换开关可以为继电器、延时开关、三极管、MOS管、模拟开关以及具有USB HOST、USB DEVICE(或USB OTG)切换功能的且具有数据处理能力的SOC。

在本实施例中，MCU可以被包含在USBHOST单元、USB DEVICE单元中，即USBHOST单元、USB DEVICE单元中的一个为包含MCU的SOC。

该游戏控制器的工作流程为：

该游戏控制器通过其中一个通讯接口与手机进行连接，手机在检测到有USB设备插入后，则会默认将将自身配置成Source角色(DFP设备)，向插入的设备(该游戏控制器)供应5V的输出电压。该游戏控制器通过通讯接口输入的5V电压先进入稳压单元进行稳压处理之后向MCU供应稳压电源以使MCU上电，MCU上电之后向切换开关单元发送使能信号使其进行开关切换操作以使用于PD协议传输的CC总线完全接通；CC总线接通后，PD协议的SOP通信开始在CC总线上建立，由SINK(该游戏控制器)端发起SOP通信请求(具体是由MCU发起SOP通信请求)，向SOURCE(手机)端请求所需的电压电流规格，SOURCE(手机)端收到该请求后，答复并提供相应的电源输出；当SINK(该游戏控制器)端和SOURCE(手机)端PD协议通讯完成后，MCU开始进入USB通信阶段；MCU将游戏控制器自身配置为USB HOST设备，然后检测到手机端作为USB设备接入后，开启AOA通信。

该游戏控制器通过PD协议特性将终端配置为DFP设备，而将自身配置成一个USBHOST，使得可以在无外置电源供电或者内置电池供电的情况下由终端进行供电，从而实现AOA数据通信，克服了外置供电和内置电池的缺陷。

具体地，结合附图来进行详细说明游戏控制器的工作流程(USB HOST单元、MCU、PD协议处理单元以及FLASH单元均集成在SOC芯片U1内)：

将该游戏控制器与手机连接，两者是通过游戏控制器的Type-C接口连接的。当Type-C接口插入到手机时，由于USB Type-C PLUG上的VCONN引脚和CC1引脚的下拉电阻不同(VCONN下拉电阻800Ω---1.2KΩ,CC1下拉电阻4.7K---5.1K)插入时手机上对应的引脚电平变化也不同，手机可通过插入时引脚电平的变化识别到Type-C接口是正插还是反插。在检测到正反插之后，也就是检测到插入了USB设备，由于下拉电阻的作用，手机会默认将自身配置成Source角色(DFP设备)，向插入的设备(该游戏控制器)供应5V的输出电压。

该游戏控制器得到5V电压之后(通过图2中的UBUS接线端得到5V电压)，然后通过稳压单元进行稳压处理后输出3.3V电压给单片机U1供电，单片机U1上电之后，经过一段时间的延时(可设定为0.5-1s不等)将切换开关单元(图中的U3单刀双掷模拟开关，为延时开关)置为0，接通UFP_CC和UFP_CC1网络，此时，PD协议传输的CC总线完全接通；CC总线接通后，PD协议的SOP通信开始在CC总线上建立，由SINK(该游戏控制器)端发起SOP通信请求，向SOURCE(手机)端请求所需的电压电流规格，SOURCE(手机)端收到该请求后，答复并提供相应的电源输出；当SINK(该游戏控制器)端和SOURCE(手机)端PD协议通讯完成后，单片机U1开始进入USB通信阶段；单片机U1将游戏控制器自身配置为USB HOST设备，然后检测到手机端作为USB设备接入后，开启AOA通信。

需要说明的是，PD协议是一种快速充电标准，PD协议过程中所涉及到的算法控制属于现有技术，不属于本实用新型的保护范围，在此不做详述。

作为一种优选的实施方式，所述USB角色切换开关和CC总线切换开关均可采用继电器、延时开关、三极管、MOS管或者模拟开关中的任一种。

作为一种优选的实施方式，还包括稳压单元，稳压单元分别与所述MCU、通讯接口电连接。且稳压单元可采用线性低压差调节器，其具体型号在此不做详述。

作为一种优选的实施方式，还包括存储单元，存储单元与MCU电连接。存储单元为FLASH单元，用于存储软件或逻辑信息，FLASH单元集成在SOC芯片U1中。当然了，存储单元还可包括其他类型的存储器。

在本实施例中，USB HOST单元、USB DEVICE单元，MCU、切换开关单元、USB角色切换开关以及PD协议处理单元的其中一项或多项集成在一个SOC芯片上，其中USB角色切换开关作为非物理开关设置在该SOC内部，并通过指令配置寄存器实现游戏控制器在USB HOST设备与USB DEVICE设备之间的切换。

在本实施例中，SOC芯片可以为STM32F401(USBOTG+MCU)、IMXRT1020/1050(USBOTG+MCU)、CCG2/3/4(PD+MCU)以及其他集成有USB HOST单元、USB DEVICE单元，MCU、切换开关单元、USB角色切换开关以及PD协议处理单元的其中一项或多项的芯片，在此不做限定。

作为一种优选的实施方式，还包括用于显示供电状态和/或运行状态的显示单元。所述显示单元采用发光二极管或显示屏。在本实施例中，采用红色与绿色两种LED灯来显示供电状态。

作为一种优选的实施方式，该游戏控制器还可包括外置供电单元，外置供电单元为接口电路分别与MCU和PD协议处理单元电连接，在具有外置电源的情况下，外置电源通过通讯接口与外置供电单元连接，进而通过外置供电单元向游戏控制器供电，从而通过外置供电单元来实现供电方式的切换，减少手机电量的使用，也可给手机进行供电。

下面对游戏控制器通过外置电源或外部适配器对手机等移动智能终端供电的过程进行描述。

游戏控制器中的单片机U1可通过检测其连接的总线的电信号DBUS_DEC信号来识别是否有外置电源输入。当外置电源通过其中一个通讯接口向游戏控制器供电时，单片机U1检测到DBUS_DEC为低电平，表示具有外置电源输入，则单片机U1利用片内集成的CCLogic单元将由原来的DFP角色切换为UFP角色，即将游戏控制器由受电端(SINK)切换为供电端(SOURCE)。单片机U1通过切换开关单元控制CC总线导通，进而向与另一个通讯接口连接的移智能终端充电，外置电源向游戏控制器和手机进行供电。

本实用新型的游戏控制器增加USB DEVICE的相关功能，使得在完成激活功能之后可以转换为USB DEVICE输入设备，然后与游戏控制器的操作输入模块结合，形成一种新型的游戏控制器，使其支持无外置电源或者内置电池供电时带激活功能且可进行游戏操作。

游戏控制器的工作流程如下：

1.单片机U1上电的电压可以来自于两个输入源中的其中一个(外部适配器输入DBUS和手机向手柄供电UBUS)，得电后，单片机U1通过检测DBUS_DEC信号来识别电压输入源，通过检测到的DBUS_DEC的电平信号的不同，采取以下两种配置措施：

1.1若检测到DBUS_DEC为高电平，表示此时提供的电源为手机端UBUS向手柄提供的电源，此时手机作为DFP角色向游戏控制器供电；

1.1.1经过一段时间的延时(可设定为50ms---1000ms)将U3(单刀双掷模拟开关)置为0，接通UFP_CC和UFP_CC1网络，此时，PD协议传输的CC总线完全接通；

1.1.2 CC总线接通后，PD协议的SOP通信开始在CC总线上建立，由SINK(手柄)端发起SOP通信请求，向SOURCE(手机)端请求所需的电压电流规格，Source(手机)端收到该请求后，答复并提供所需的稳定的电源输出；

1.2若检测到DBUS_DEC为低电平，表示此时提供的电源为外部适配器向手柄提供的电源，此时手机作为UFP角色；

1.2.1经过一段时间的延时(可设定为大于50ms)将U3(单刀双掷模拟开关)置为0，接通UFP_CC和UFP_CC1网络，此时，PD协议传输的CC总线完全接通；

1.2.2 CC总线接通后，PD协议的SOP通信开始在CC总线上建立，通过单片机U1片内集成的CC Logic单元，将手柄配置为SORCE角色，当收到手机端向手柄发出的电源供应请求后，单片机U1按照最大5V/3A的功率配置回复给手机；

1.2.3手柄通过外接的适配器开始给手柄和手机供电；

2.若在TYPE-C PLUG即图10中RP1接入手机后，电源供应方式按照1.1流程从手机端配置完稳定的电源供应给手柄的过程前后，有检测到外部适配器输入，即DBUD_DEC由原来的高电平变为低电平后，单片机U1利用片内集成的CC Logic单元将由原来的DFP角色切换为UFP角色，即由受电端(SINK)切换为供电端(SOURCE)；

3.单片机U1得到稳定的电源供应后，单片机U1会先通过一个内部的15K下拉电阻控制U2(用于DEBUG和固件升级切换的开关)将游戏控制器配置为一个USB HOST设备；

4.手机端的一个1.5K上拉识别电阻拉起，U2识别到有USB HOST设备被接入(手机)后，开启AOA协议通信；

5.AOA通讯完成(即激活成功)后，单片机U1退出USB HOST模式，通过USB_P上拉1.5K电阻，将手柄配置为一个USB DEVICE设备，开始向手机传送用户通过输入单元输入的操作信息以及其他人机交互数据或手柄获取的其它数据。

有益效果：(1)在不向移动智能终端供电的情况下通过PD协议处理单元将移动智能终端与自身分别DFP设备和USB HOST设备，实现与移动智能终端之间的AOA数据通信，并且在数据通信时还能将自身配置为USB DEVICE设备，从而向移动智能终端输入操作信号，消除了需要外置电源和内置电池的影响。

(2)在外部电源通过通讯接口向游戏控制器供电时，通过切换开关单元控制CC总线导通，通过PD协议处理单元的作用将手柄配置为供电端，进而通过游戏手柄游戏控制器向移动智能终端供电，避免移动智能终端电量的快速消耗，从而提高用户的游戏体验。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种游戏控制器，其特征在于，包括：支持PD协议的通讯接口、USB HOST单元、MCU、PD协议处理单元、切换开关单元、输入单元以及USB DEVICE单元；所述切换开关单元包括CC总线切换开关和USB角色切换开关，所述MCU通过所述CC总线切换开关控制CC总线的断开与导通；所述MCU分别与所述USB HOST单元、所述PD协议处理单元、所述CC总线切换开关、所述USB角色切换开关、所述输入单元以及所述USB DEVICE单元电连接；所述PD协议处理单元通过所述切换开关单元与所述通讯接口电连接；所述USB HOST单元与所述通讯接口电连接；所述输入单元用于供用户输入操作信号。

2.如权利要求1所述的游戏控制器，其特征在于，所述通讯接口包括至少两个通讯接口，所述通讯接口为Type-C、MICRO-USB、TYPE-A、Lightning接口中的任一种，外部电源通过其中一个所述通讯接口向所述游戏控制器供电时，所述MCU通过所述CC总线切换开关控制所述CC总线导通，进而向与另一个所述通讯接口连接的移动智能终端充电。

3.如权利要求1所述的游戏控制器，其特征在于，所述CC总线切换开关和所述USB角色切换开关包括继电器、延时开关、三极管、MOS管或者模拟开关中的任一种。

4.如权利要求1所述的游戏控制器，其特征在于，还包括稳压单元，所述稳压单元分别与所述MCU、所述通讯接口电连接。

5.如权利要求1所述的游戏控制器，其特征在于，还包括存储单元，所述存储单元与所述MCU电连接。

6.如权利要求1所述的游戏控制器，其特征在于，还包括用于显示供电状态和/或运行状态的显示单元。

7.如权利要求6所述的游戏控制器，其特征在于，所述显示单元采用发光二极管或显示屏。

8.如权利要求1至7任一项所述的游戏控制器，其特征在于，还包括外置供电单元，所述外置供电单元分别与所述MCU、所述PD协议处理单元电连接。

9.如权利要求8所述的游戏控制器，其特征在于，USB HOST单元、USB DEVICE单元、所述MCU、CC总线切换开关、USB角色切换开关以及所述PD协议处理单元的其中一项或多项集成在一个SOC芯片上。

10.如权利要求1所述的游戏控制器，其特征在于，所述游戏控制器包括游戏手柄、具有游戏控制功能的手机保护壳、独立的游戏控制模块以及具有操作功能的智能终端外部设备中的任一种。

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