Todo mundo já deve ter usado, em algum momento da vida, um joystick, mas quase ninguém sabe como é um por dentro. Saiba que a eletrônica que há dentro deles, de modo geral, não é coisa de outro mundo, muito pelo contrário, é bem fácil de entender.

Para provar isso, vamos olhar dentro de 4 controles: dois controles de ps1 (um original e outro não), um joystick antigo de computador que servia para jogos de avião e um controle USB. E também vamos ver o funcionamento do controle do Wii, o Wii Remote.

Joysticks de Playstation e PC

Joystick de PS1 - Genérico

Logo que o controle é aberto, já é possível ver os seguintes elementos da imagem abaixo:

joystick controle ps1 aberto

De acordo com a numeração da imagem:

1 - Botões

Esses são os circuitos dos botões L1, R1, L2 e R2. A lógica deles é extremamente simples e é a mesma para os demais botões.

controle ps1 aberto botões

Como é possível ver na imagem acima, há 3 pinos no circuito, sendo 2 deles pinos exclusivos para detectar se o botão foi pressionado e um pino é comum aos dois. Na ponta dos botões físicos existe um elemento condutor que, ao entrar em contato com o circuito (parte que é um círculo), fecha contato de um lado com o outro. A imagem abaixo resume o que ocorre:

botões funcionamento

2 - Motores

Eles são responsáveis pelas vibrações do controle, justamente pelo fato de o eixo deles ser preenchido só pela metade, já que isso altera o centro de gravidade do motor e deixa ele desbalanceado.

É importante mostrar que no circuito dos motores existe um capacitor e um diodo ligado em paralelo.

controle ps1 aberto motor

O capacitor serve para atenuar o ruído produzido pelo motor e o diodo serve para proteção contra tensão reversa (quando o motor é desligado).

3 – Analógicos

Essa é a parte do circuito dos analógicos, que são basicamente potenciômetros. Para entender seu funcionamento, recomendo ler o post sobre potenciômetro. No caso, existe um para cada eixo (x e y), dessa forma, é possível saber qual é a posição do analógico horizontalmente e verticalmente.

De acordo com minhas medições em um dos eixos, a resistência com o analógico no meio é de 2,53kΩ; com ele em uma extremidade é 0; e na outra extremidade é 1,8kΩ. No outro eixo é a mesma coisa.

E é possível saber que o analógico foi pressionado, pois existe um botão que fica logo abaixo dele, como mostra a imagem abaixo.

controle ps1 aberto analogico

4 - Fios

São, ao todo, 8 fios utilizados pelo controle. Dentre eles: fios para alimentação geral (Vcc, GND), para alimentação do motor (7.5V), clock (CLK), pinos de dados e entre outros.

Fios de comunicação do controle de PS1

Por fim, a parte da frente do controle não tem muito mistério:

Joystick de PS1 aberto

Tem o circuito dos outros botões e tem uma parte preta no meio (Chip On Board), que é onde fica localizado o Circuito Integrado que faz todo o processamento dos dados do controle.

Joystick de PS1 – Original

Vamos ver as diferenças do controle mostrado anteriormente para um original.

Joystick de PS1 original aberto

Logo de cara já da pra ver as seguintes diferenças:

  • A cor e a qualidade da placa.
  • Esse controle possui um motor pequeno e outro um pouco maior.
  • Os fios estão em um conector, e não soldados direto na placa.
  • Os botões de cima tem um aspecto construtivo melhor.

E atrás do cabo do controle, da pra ver diretamente o CI responsável por processar as informações da placa. Neste caso, o Circuito Integrado não fica “escondido” e é possível ver que ele foi fabricado pela própria Sony.

CI do joystick de PS1 original

Além disso, os valores da resistência do analógico são diferentes: com ele no meio é 3,97KΩ, com ele em uma extremidade é 1,52KΩ e na outra extremidade é 3,47KΩ. No outro eixo é a mesma coisa.

Joystick USB

Agora, é interessante mostrar como é um controle USB por dentro e diferenciá-lo dos apresentados acima. 

Joystick USB

Como pode ser visto na imagem acima, ele também tem um conector para ligar no Playstation. Portanto, o seu circuito interno tem que atender duas necessidades e o cabo do controle precisa acomodar mais fios (no mínimo mais 2). Agora vamos ver como ele é por dentro:

Joystick USB aberto

Visualmente, ele é muito parecido com os controles vistos até então. E não tem porquê ser diferente, já que a essência dele é a mesma.

A diferença mais notória é a existência de uma placa na parte superior que conecta todos os fios que vão para o conector USB e o conector do Playstation. Nela existe um Circuito Integrado que provavelmente lida com a comunicação USB e a comunicação com o Playstation.

Já a placa na parte de baixo, também possui um Circuito Integrado o qual deve ler os botões e comandar os motores. Desta forma, as funções ficam descentralizadas e cada CI pode operar de forma mais direcionada. O que pode acarretar em menor velocidade de processamento (proposital para economizar energia) e menor probabilidade de falha.

Além disto, no caso deste controle, os analógicos e o CI ficam na mesma placa e os botões ficam em uma placa separada.

Joystick de Avião

Este controle é bem interessante. Ele é um pouco antigo, e o cabo dele é feito para se ligar a uma Game port que, atualmente, quase nenhum computador tem. Vamos começar desmontando a parte de baixo do controle:

controle pc aberto

A princípio dá para notar 3 placas metálicas (relativamente pesadas) na base do controle, que provavelmente são para dar uma sustentação melhor para o joystick, puxando o centro de massa para baixo.

controle pc por dentro

Atrás das placas, podemos identificar 4 principais elementos e são todos potenciômetros.

  1. Potenciômetro que está acoplado ao slider de cima
  2. Potenciômetro que está acoplado ao slider lateral
  3. Potenciômetro que está acoplado a um dos eixos da haste central
  4. Potenciômetro que está acoplado ao outro eixo da haste central

Os potenciômetros são responsáveis por captar todo o movimento do joystick, com exceção dos botões da haste central. Esses botões da haste central tem a mesma essência dos botões mostrados nos outros controles. Eles também possuem um CI (imagem abaixo) para fazer o processamento dos dados.

CI do Joystick de avião

Tentei achar o datasheet deste CI, mas só encontrei um “similar”. Parece que ele faz algum tipo de conversão da leitura dos botões para a Game port.

Como disse anteriormente, o cabo desse joystick é antigo, e as conexões dele são bem diretas, pois os potenciômetros não são pre-processados, e o fio de todos vão direto para o cabo. E cada potenciômetro é ligado no pino central e em uma extremidade, funcionando como uma resistência variável. Enfim, tudo isso cobre o relativo simples funcionamento desse controle.

Wii Remote

O controle do Wii está bem à frente desses outros que mostrei. Porém, seu funcionamento não é muito complicado de entender. Além dos botões e das coisas que vimos até agora, o Wii Remote usa alguns sensores para detectar o movimento. Dentre eles, o acelerômetro que é capaz de captar todo o movimento em três eixos e também captar a rotação do controle. Digamos assim: ele é capaz de detectar se você moveu ou girou ele para frente e para trás.

Eixo Y do acelerômetro do Wii
Fonte: Adaptado de Wikipedia

Se moveu ou girou ele para um lado e para o outro.

Eixo X do acelerômetro do Wii
Fonte: Wikipedia

Ou se moveu para cima e para baixo ou girou para um lado e para o outro.

Eixo Z do acelerômetro do Wii
Fonte: Wikipedia

Mas, como ele sabe que a pessoa está apontando para a tela? É aí que entra outra ferramenta interessante que é a mini câmera infravermelha que tem na ponta do controle. Ela fica atrás deste “visor” preto da imagem abaixo.

Camera IR do controle do WII
Fonte: Wikipedia

Essa câmera se guia com base nos 10 LEDS infravermelhos que ficam na “barra” que deve ser colocada próxima à televisão (imagem abaixo).

Fonte: Wikipedia

Por exemplo, se o controle está apontado para cima, a câmera verá os LEDs acesos na parte de baixo da imagem e vice-versa. Bem como, se o controle estiver apontando para a esquerda, as luzes estarão para a direita e vice-versa. Recomendo assistir este vídeo que explica excelentemente o funcionamento do Wii Remote.

Os controles mais modernos ficaram mais inteligentes, mas eles mantêm a mesma essência dos outros, além de serem incrementados com comunicação sem fio, telas e partes sensíveis ao toque, alto falante interno e por aí vai…

Controlando o Arduino com um joystick