OLED-Displaymodul 1,3 Zoll, SH1106, Drehgeber EC11, I2C

Das Modul vereint auf einer einzigen Platine ein OLED-Display mit 1,3 Zoll und SH1106-Treiber sowie einen Drehencoder EC11 mit integriertem Taster, plus zwei zusätzliche Taster CONFIRM und BACK. Es ist für Benutzeroberflächen in Mikrocontroller-Projekten gedacht, bei denen ein Menü oder ein Wert angezeigt werden muss und bei denen der Benutzer navigieren und eine Auswahl bestätigen muss, ohne Tastatur oder Touchscreen.

Das Tutorial verwendet eine Arduino Uno Platine, da das Modul über I2C und über einfache digitale Eingänge kommuniziert, Schnittstellen, die auf dem Arduino Uno bereits verfügbar sind, ohne dass WiFi oder zusätzlicher Speicher benötigt werden.

Funktionsweise:

Das Display wird vom SH1106-Treiber gesteuert, der einen internen Pixelspeicher mit 128 x 64 Punkten verwaltet und Befehle und Daten über das I2C-Protokoll empfängt, auf den Leitungen SDA und SCL, unter der Adresse 0x3C. Der Mikrocontroller zeichnet nicht direkt auf das Panel, sondern sendet Datenblöcke, die den Speicherseiten des Displays entsprechen, was automatisch von einer kompatiblen SH1106-Bibliothek erledigt wird.

Der Encoder EC11 besitzt zwei intern versetzte Kontakte, TRA und TRB, die sich während der Drehung nacheinander schließen. Die Reihenfolge, in der die beiden Signale vom hohen in den niedrigen Zustand wechseln, zeigt die Drehrichtung an, und jedes Übergangspaar entspricht einem einzelnen mechanischen Schritt, wobei das Modul 20 Positionen pro vollständiger Umdrehung hat, also ungefähr 18 Grad pro Schritt, 360 Grad geteilt durch 20 Positionen. Der Code liest diese Übergänge über eine an TRA angehängte Interrupt-Routine und bestimmt, ob sich TRB im gleichen Zustand wie TRA oder im entgegengesetzten Zustand befindet, um festzustellen, ob die Drehung im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn erfolgt.

Der eingebaute Taster des Encoders, am Pin PSH, sowie die unabhängigen Taster CON und BAK, funktionieren als einfache digitale Eingänge, die bei Betätigung auf niedriges Niveau wechseln, wobei das Modul bereits integrierte Pull-up-Widerstände besitzt, und der Code liest deren Zustand in kurzen Intervallen und wendet ein Software-Debounce an, um falsche Auslösungen durch den mechanischen Kontakt zu vermeiden.

Was Sie benötigen:

• 1 x Modul mit OLED-Display 1,3 Zoll, SH1106, Drehencoder EC11, I2C
• 1 x Entwicklungsboard Uno R3 mit WiFi ESP8266, kompatibel mit Arduino
• 1 x Jumper-Kabel Stecker-Buchse

Anschluss:

Das Modul wird zwischen 3.3 V und 5 V versorgt, und die I2C-Signale sowie die digitalen Eingänge sind bereits mit dem logischen Pegel des Arduino Uno kompatibel, sodass kein Pegelwandler oder externe Pull-up-Widerstände für die Taster nötig sind. Verbinden Sie zuerst die Versorgung und Masse, dann die I2C-Leitungen, dann die Signale des Encoders und der Taster.

Bibliotheken:

Installieren Sie aus dem Library Manager die Bibliothek Adafruit SH110X, von Adafruit, zur Steuerung des OLED-Displays mit SH1106-Treiber, zusammen mit der Adafruit GFX Library, von Adafruit, von der sie zum Zeichnen von Text und Formen abhängt.

Der Code:

Das untenstehende Programm zeigt ein Menü mit drei Optionen auf dem OLED-Display an, das Sie durch Drehen des Encoders navigieren, durch Drücken von PSH oder CON bestätigen und durch Drücken von BAK auf das erste Element zurücksetzen können, während gleichzeitig Debug-Meldungen auf dem seriellen Monitor angezeigt werden.

/*
 Tutorial sketch for the SH1106 1.3 inch OLED module with EC11 rotary encoder
 Board: Arduino Uno
 Wiring:
   Module VCC  -> Arduino 3.3V
   Module GND  -> Arduino GND
   Module SDA  -> Arduino A4
   Module SCL  -> Arduino A5
   Module TRA  -> Arduino D2 (interrupt pin)
   Module TRB  -> Arduino D3
   Module PSH  -> Arduino D4
   Module CON  -> Arduino D5
   Module BAK  -> Arduino D6
 Libraries (Library Manager):
   Adafruit SH110X by Adafruit
   Adafruit GFX Library by Adafruit
*/
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SH110X.h>
#define OLED_ADDRESS 0x3C
#define OLED_WIDTH   128
#define OLED_HEIGHT  64
Adafruit_SH1106G display(OLED_WIDTH, OLED_HEIGHT, &Wire, -1);
const int PIN_TRA = 2;
const int PIN_TRB = 3;
const int PIN_PSH = 4;
const int PIN_CON = 5;
const int PIN_BAK = 6;
volatile int encoderDelta = 0;
volatile uint8_t lastStateA = 0;
const char *menuItems[] = {"Status", "Settings", "About"};
const uint8_t menuCount = sizeof(menuItems) / sizeof(menuItems[0]);
int menuIndex = 0;
unsigned long lastPshTime = 0;
unsigned long lastConTime = 0;
unsigned long lastBakTime = 0;
const unsigned long debounceDelay = 180;
// Interrupt routine, called on every change of PIN_TRA
void encoderISR() {
  uint8_t stateA = digitalRead(PIN_TRA);
  if (stateA == lastStateA) return;
  lastStateA = stateA;
  uint8_t stateB = digitalRead(PIN_TRB);
  if (stateB != stateA) {
    encoderDelta++;
  } else {
    encoderDelta--;
  }
}
// Generic debounced button check
bool buttonPressed(int pin, unsigned long &lastTime) {
  if (digitalRead(pin) == LOW) {
    unsigned long now = millis();
    if (now - lastTime > debounceDelay) {
      lastTime = now;
      return true;
    }
  }
  return false;
}
// Draws the menu with the current selection highlighted
void drawMenu() {
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(SH110X_WHITE);
  display.setCursor(0, 0);
  display.print("Sigmanortec Demo");
  display.drawLine(0, 10, 127, 10, SH110X_WHITE);
  int y = 16;
  for (uint8_t i = 0; i < menuCount; i++) {
    if (i == menuIndex) {
      display.fillRect(0, y - 1, 128, 9, SH110X_WHITE);
      display.setTextColor(SH110X_BLACK);
    } else {
      display.setTextColor(SH110X_WHITE);
    }
    display.setCursor(4, y);
    display.print(menuItems[i]);
    y += 10;
  }
  display.display();
}
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(PIN_TRA, INPUT_PULLUP);
  pinMode(PIN_TRB, INPUT_PULLUP);
  pinMode(PIN_PSH, INPUT_PULLUP);
  pinMode(PIN_CON, INPUT_PULLUP);
  pinMode(PIN_BAK, INPUT_PULLUP);
  lastStateA = digitalRead(PIN_TRA);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(PIN_TRA), encoderISR, CHANGE);
  if (!display.begin(OLED_ADDRESS, true)) {
    Serial.println("OLED not found at address 0x3C");
    while (true) delay(1000);
  }
  Serial.println("OLED SH1106 + EC11 encoder demo ready");
  drawMenu();
}
void loop() {
  noInterrupts();
  int delta = encoderDelta;
  encoderDelta = 0;
  interrupts();
  if (delta > 0) {
    menuIndex = (menuIndex + 1) % menuCount;
    Serial.println("Encoder turned clockwise");
    drawMenu();
  } else if (delta < 0) {
    menuIndex = (menuIndex - 1 + menuCount) % menuCount;
    Serial.println("Encoder turned counter-clockwise");
    drawMenu();
  }
  if (buttonPressed(PIN_PSH, lastPshTime) || buttonPressed(PIN_CON, lastConTime)) {
    Serial.print("Selected menu item: ");
    Serial.println(menuItems[menuIndex]);
  }
  if (buttonPressed(PIN_BAK, lastBakTime)) {
    Serial.println("Back button pressed");
    menuIndex = 0;
    drawMenu();
  }
}

Funktionsweise des Codes:

Am Anfang des Codes werden das Objekt display der Klasse Adafruit_SH1106G, die Adresse OLED_ADDRESS und die Pins PIN_TRA, PIN_TRB, PIN_PSH, PIN_CON und PIN_BAK definiert, zusammen mit dem Array menuItems, das die drei Menüoptionen enthält, und der Variable menuIndex, die die aktuell ausgewählte Option speichert.

Die Funktion encoderISR wird als Interrupt bei Zustandsänderung des Pins PIN_TRA angehängt, vergleicht den neuen Zustand mit lastStateA und prüft, falls sich dieser geändert hat, den Zustand von PIN_TRB, um zu entscheiden, ob die Variable encoderDelta erhöht oder verringert wird, wodurch die Drehschritte zwischen zwei Durchläufen von loop akkumuliert werden.

Die Funktion buttonPressed erhält den zu prüfenden Pin und wendet ein auf millis basierendes Debounce an, wobei sie nur dann wahr zurückgibt, wenn der Pin auf niedrigem Niveau liegt und seit der letzten erfassten Betätigung dieses Pins genug Zeit vergangen ist.

Die Funktion drawMenu löscht den Bildschirm, schreibt einen Titel und eine Trennlinie, durchläuft dann menuItems und zeichnet jede Option, wobei die an Position menuIndex befindliche Option mit einem ausgefüllten Rechteck hervorgehoben wird.

In setup wird der serielle Port initialisiert, die Pins als Eingänge mit Pull-up konfiguriert, der Anfangszustand von PIN_TRA in lastStateA eingelesen, der Interrupt encoderISR angehängt und das Display mit display.begin unter Verwendung von OLED_ADDRESS initialisiert, wonach das anfängliche Menü gezeichnet wird.

In loop wird encoderDelta in einem durch noInterrupts und interrupts geschützten Bereich gelesen und zurückgesetzt, menuIndex aktualisiert und das Menü bei jedem Drehschritt neu gezeichnet, anschließend wird buttonPressed für PIN_PSH, PIN_CON und PIN_BAK geprüft, um die ausgewählte Option oder die Rückkehr zum ersten Element auf der seriellen Schnittstelle anzuzeigen.

Ergebnis:

Öffnen Sie den seriellen Monitor bei 9600 Baud, drehen Sie den Encoder, um zu sehen, wie sich die Auswahl auf dem Bildschirm zwischen den Menüoptionen bewegt, drücken Sie PSH oder CON, um eine Option zu bestätigen, und BAK, um zur ersten Option zurückzukehren, wobei Sie die entsprechenden Meldungen auf dem seriellen Monitor beobachten.

OLED SH1106 + EC11 encoder demo ready
Encoder turned clockwise
Encoder turned clockwise
Selected menu item: Settings
Encoder turned counter-clockwise
Selected menu item: Status
Encoder turned clockwise
Encoder turned clockwise
Selected menu item: About
Back button pressed

Häufige Probleme:

Das Display bleibt ausgeschaltet oder display.begin gibt falsch zurück, in diesem Fall prüfen Sie zunächst die Verbindungen SDA und SCL sowie die Versorgung VCC und GND, bestätigen Sie dann durch eine I2C-Suche, dass das Modul unter der Adresse 0x3C antwortet.

Das Menü springt bei einer einzigen leichten Drehung des Encoders um mehrere Positionen, in diesem Fall sind TRA oder TRB nicht korrekt angeschlossen oder die Kabel sind zu lang und nehmen Störungen auf, verwenden Sie kurze Kabel und prüfen Sie, dass beide Signale an den angegebenen digitalen Pins ankommen.

Ein Taster scheint bei einer einzigen Betätigung mehrfach zu drücken, ein Zeichen dafür, dass das Debounce-Intervall für diesen mechanischen Kontakt zu klein ist, erhöhen Sie leicht den Wert debounceDelay im Code.

Das Drehen des Encoders bewirkt keine Reaktion, prüfen Sie, dass der Interrupt korrekt am Pin PIN_TRA angehängt ist und dass dieser auf dem verwendeten Board interruptfähig ist, auf dem Arduino Uno bieten nur D2 und D3 diese Funktion.

Auf dem seriellen Monitor erscheint nichts, bestätigen Sie, dass die im Monitor gewählte Geschwindigkeit 9600 Baud beträgt, dieselbe wie in Serial.begin, und dass das Board am korrekten Port angeschlossen ist.

Einschränkungen und Tipps:

Das monochrome Display mit 1,3 Zoll und der Auflösung von 128 x 64 Pixeln begrenzt die Anzahl der gleichzeitig klar angezeigten Menüzeilen, für längere Menüs ist das Scrollen oder die Aufteilung auf mehrere Seiten nützlich. Der Encoder bietet 20 Positionen pro Umdrehung, ausreichend für feine Parameteranpassungen, jedoch ohne Sensor für absolute Position, sodass beim Start der aktuelle Wert aus dem Code initialisiert oder aus einem nichtflüchtigen Speicher gelesen werden muss, falls die letzte Einstellung beibehalten werden soll. Ausgehend von diesem Beispiel kann ein Menü mit mehreren Ebenen aufgebaut werden, die Anzeige von Sensorwerten oder die Steuerung externer Module durch mit PSH oder CON bestätigte Auswahlen.