STM32でWiiのヌンチャクを使う

はじめに

freeRTOSの勉強のため、STM32F103をArduinoでは無くSTM32CubeIDEを使用していろいろ動作させる。
今回はI2Cデバイスの操作として家に転がっていたWiiのヌンチャクを動作させた。

使用した環境

• ハードウェア

• マイコン　：STM32F103C8T6　(別名Black Pill)　300円ぐらい

• デバッガ　：ST-LinkV2-1　(NUCLEO付属のものを使用)　1500円ぐらい

• Wiiヌンチャク　(白、Wii本体の発売日に購入)

• USBシリアル変換　(こんなの)

• ソフトウェア

• STM32CubeIDE　(ST社公式からダウンロード)

• freeRTOS　　　(上記CubeIDEに内包されている)

ハードウェアの準備

1. ヌンチャクとマイコンを接続するため、ヌンチャクのケーブルをバラし4本の線

• 白：GND
• 赤：3.3V
• 緑：SDA
• 黄：SCL
  を出します。

1. I2C用のプルアップ抵抗の接続
   　2本の抵抗(2~3KΩ程度)を使用し、SDA,SCLと3.3Vを抵抗でつなぐ。

2. マイコンとの接続
   　4線を下記のように接続します。

マイコン側	---	ヌンチャク側
GND	---	白：GND
V3	---	赤：3.3V
PB7	---	緑：SDA
PB6	---	黄：SCL
(SDA,SCLはプルアップ抵抗経由で3.3Vにも接続されています)

I2C仕様

arduinoのライブラリなどから以下のことが分かった。

基本情報

• デバイスID　：　0x52@7bit
• 初期化　：　2Byteライト[0x40,0x00]
• データ読み出し　：　0x00をライト後6Byteリードする　

動作波形

• 初期化
  

• データ読み出し時の0x00ライト
  

• データ読み出し
  

リードデータ仕様

暗号化について

　データは暗号化されているため以下の数式を使用して複合する
　result = (input ^ 0x17) + 0x17

リードデータ内部

リードデータ	bit割付	説明	備考
1Byte目	[7:0]	ジョイスティックX軸	センター値130、左に傾けると減少
2Byte目	[7:0]	ジョイスティックY軸	センター値130、下に傾けると減少
3Byte目	[7:0]	加速度センサX軸	[9:2]bitの値(下位2bitは6Byte目に存在)
4Byte目	[7:0]	加速度センサY軸	[9:2]bitの値(下位2bitは6Byte目に存在)
5Byte目	[7:0]	加速度センサZ軸	[9:2]bitの値(下位2bitは6Byte目に存在)
6Byte目	[7:6] [5:4] [3:2] [1] [0]	加速度センサZ軸 加速度センサY軸 加速度センサX軸 Cボタン Zボタン	[1:0]bit目 [1:0]bit目 [1:0]bit目 押下時 0 押下時 0

ソースコード

　ライブラリ以外の部分のソースは以下のようになる

// ヌンチャク構造体宣言
typedef struct {
	uint8_t joy_x;
	uint8_t joy_y;
	uint8_t button_c;
	uint8_t button_z;
	uint16_t accel_x;
	uint16_t accel_y;
	uint16_t accel_z;
}wiiNunchuck;
// HALライブラリでは7bitアドレスを左シフトして設定する
# define WII_NUNCHUCK_DEV_ID ((0x52)<<1)

// ディレイ関数、置き換えやすいように関数化
static void userDelay(uint32_t millisec)
{
	osDelay(millisec);
}

// データリード前に0x00をライト
static void send_request(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
	uint8_t pData[2] = {0x00, 0x00};
	HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c, WII_NUNCHUCK_DEV_ID, pData, 1, 3000);
}

// 複合
static uint8_t decode_byte(uint8_t x)
{
	return ((x ^ 0x17) + 0x17);
}

// データリード
void WiiNunchuck_getKey(I2C_HandleTypeDef *hi2c, wiiNunchuck *keyStatus)
{
    int cnt=0;
    uint8_t rxData[6],decData[6];

    send_request(hi2c);
    userDelay(2);

    // 6Byteリード
    HAL_I2C_Master_Receive(hi2c, WII_NUNCHUCK_DEV_ID|0x01 , rxData, 6, 3000);

    // データ複合
    for(cnt=0; cnt<6; cnt++){
    	decData[cnt] = decode_byte(rxData[cnt]);
    }

    // 構造体へ代入
    keyStatus->joy_x = decData[0];
    keyStatus->joy_y = decData[1];
    keyStatus->button_c = (decData[5]>>1) & 0x01;
    keyStatus->button_z = (decData[5]>>0) & 0x01;
    keyStatus->accel_x = (((uint16_t)decData[2])<<2) | ((decData[5]>>2) & 0x03);
    keyStatus->accel_y = (((uint16_t)decData[3])<<2) | ((decData[5]>>4) & 0x03);
    keyStatus->accel_z = (((uint16_t)decData[4])<<2) | ((decData[5]>>6) & 0x03);

}

// ヌンチャク初期化
void WiiNunchuck_init(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
	uint8_t pData[2] = {0x40, 0x00};
	HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c, WII_NUNCHUCK_DEV_ID, pData, 2, 3000);

}

動作結果

出力例

メンバ名	値
joy_x	131
joy_y	131
button_c	1
button_z	1
accel_x	696
accel_y	509
accel_z	543

総評

ボタンとスティックの情報は正常に取得できたが、
加速センサの値が正しいかどうか判断できない。
(傾けると重力加速度の方向の値が変わることは確認できるが…)