1,3 hüvelykes OLED kijelzőmodul, SH1106, EC11 forgó enkóder, I2C

A modul egyetlen lapon egyesít egy 1.3 inches OLED kijelzőt SH1106 meghajtóval és egy beépített gombos EC11 forgó encodert, valamint két további nyomógombot, CONFIRM és BACK. Olyan felhasználói felületek megvalósítására lett tervezve, amelyeket mikrokontrolleres projektekben használnak, ahol egy menüt vagy egy értéket kell megjeleníteni, és ahol a felhasználónak billentyűzet vagy érintőképernyő nélkül kell navigálnia és megerősítenie egy kiválasztást.

A bemutató egy Arduino Uno fejlesztői panelt használ, mivel a modul I2C-n és egyszerű digitális bemeneteken keresztül kommunikál, olyan interfészeken, amelyek az Arduino Uno-n már eleve rendelkezésre állnak, anélkül hogy szükség lenne WiFi-re vagy további memóriára.

Hogyan működik:

A kijelzőt az SH1106 meghajtó vezérli, amely egy belső, 128 x 64 pontra szervezett pixelmemóriát kezel, és az I2C protokollon keresztül fogadja a parancsokat és adatokat, az SDA és SCL vonalakon, 0x3C címen. A mikrokontroller nem közvetlenül rajzol a panelre, hanem olyan bájtblokkokat küld, amelyek a kijelző memórialapjait reprezentálják, ezt pedig automatikusan végzi egy kompatibilis SH1106 könyvtár.

Az EC11 encodernek két belső, egymáshoz képest eltolt érintkezője van, TRA és TRB, amelyek forgás közben felváltva záródnak. Az a sorrend, amelyben a két jel magas szintről alacsony szintre vált, megmutatja a forgás irányát, és minden átmenetpár egyetlen mechanikai lépésnek felel meg, a modul pedig egy teljes fordulatra 20 pozíciót biztosít, ami kb. 18 fokot jelent lépésenként, vagyis 360 fokot elosztva 20 pozícióval. A kód egy a TRA-ra csatolt megszakítási rutinnal olvassa be ezeket az átmeneteket, és meghatározza, hogy TRB ugyanabban az állapotban van-e, mint TRA, vagy ellentétes állapotban, hogy megtudja, a forgás az óramutató járásával megegyező vagy azzal ellentétes irányba történik-e.

Az encoder beépített gombja, a PSH pinen, valamint a független CON és BAK gombok egyszerű digitális bemenetként működnek, amelyek megnyomáskor alacsony szintre váltanak, a modul pedig már beépített felhúzó ellenállásokkal rendelkezik, a kód pedig rövid időközönként olvassa az állapotukat, és szoftveres debounce-t alkalmaz, hogy kiszűrje a mechanikai érintkezés okozta hamis megnyomásokat.

Mire van szükséged:

• 1 x Modul OLED kijelzővel 1.3 inch, SH1106, EC11 forgó encoderrel, I2C
• 1 x Uno R3 fejlesztői panel ESP8266 WiFi-vel, Arduino kompatibilis
• 1 x Jumper vezetékek, apa-anya

Bekötés:

A modul 3.3 V és 5 V között táplálható, az I2C jelek és a digitális bemenetek pedig már eleve kompatibilisek az Arduino Uno logikai szintjével, így nincs szükség szintillesztőre vagy külső felhúzó ellenállásokra a gombokhoz. Először kössétek be a tápellátást és a földet, majd az I2C vonalakat, majd az encoder és a gombok jeleit.

Könyvtárak:

Telepítsétek a Library Manager-ből az Adafruit SH110X könyvtárat, az Adafruit-tól, az SH1106 meghajtós OLED kijelző vezérléséhez, valamint az Adafruit GFX Library-t, szintén az Adafruit-tól, amelytől függ a szöveg és a formák rajzolásához.

A kód:

Az alábbi program egy háromelemes menüt jelenít meg az OLED kijelzőn, amelyben az encoder forgatásával lehet navigálni, a PSH vagy CON megnyomásával megerősíteni a kiválasztást, és a BAK megnyomásával visszaállítani az első elemre, miközben hibakereső üzeneteket is kiír a soros monitorra.

/*
 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();
  }
}

Hogyan működik a kód:

A kód elején definiálva van a display objektum az Adafruit_SH1106G osztályból, az OLED_ADDRESS cím, valamint a PIN_TRA, PIN_TRB, PIN_PSH, PIN_CON és PIN_BAK pinek, valamint a menuItems tömb, amely a három menüopciót tartalmazza, és a menuIndex változó, amely az aktuálisan kiválasztott opciót tárolja.

Az encoderISR függvény a PIN_TRA pin állapotváltozásakor fut le megszakításként, összehasonlítja az új állapotot a lastStateA értékkel, és ha változott, ellenőrzi PIN_TRB állapotát, hogy eldöntse, az encoderDelta változó növekedjen vagy csökkenjen, így felhalmozva a forgási lépéseket két loop-futás között.

A buttonPressed függvény megkapja a vizsgálandó pint, és millis alapú debounce-t alkalmaz, csak akkor adva vissza igaz értéket, ha a pin alacsony szinten van és elegendő idő telt el az adott pinen utoljára leolvasott megnyomás óta.

A drawMenu függvény törli a kijelzőt, kiír egy címet és egy elválasztó vonalat, majd végigmegy a menuItems tömbön, és kirajzolja mindegyik opciót, kiemelve egy kitöltött téglalappal a menuIndex pozíción lévő opciót.

A setup-ban inicializálódik a soros port, a pinek felhúzó ellenállással rendelkező bemenetként kerülnek beállításra, beolvasódik PIN_TRA kezdeti állapota lastStateA-ba, csatolódik az encoderISR megszakítás, és inicializálódik a kijelző a display.begin függvénnyel az OLED_ADDRESS használatával, ezután pedig kirajzolódik a kezdeti menü.

A loop-ban beolvasódik és nullázódik az encoderDelta egy noInterrupts és interrupts által védett szakaszban, frissül a menuIndex, és minden forgási lépésnél újrarajzolódik a menü, majd ellenőrződik a buttonPressed a PIN_PSH, PIN_CON és PIN_BAK pinekre, hogy kiírja a soros portra a kiválasztott opciót vagy az első elemre való visszatérést.

Eredmény:

Nyissátok meg a soros monitort 9600 baud sebességen, forgassátok az encodert, hogy lássátok a kijelzőn, ahogy a kiválasztás mozog a menüopciók között, nyomjátok meg a PSH vagy CON gombot egy opció megerősítéséhez, és a BAK gombot az első opcióra való visszatéréshez, miközben a megfelelő üzeneteket megfigyelhetitek a soros monitoron.

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

Gyakori problémák:

A kijelző kikapcsolva marad, vagy a display.begin hamis értéket ad vissza, ebben az esetben először ellenőrizzétek az SDA és SCL csatlakozásokat, valamint a VCC és GND tápellátást, majd I2C szkenneléssel győződjetek meg arról, hogy a modul válaszol a 0x3C címen.

A menü több pozíciót ugrik az encoder egyetlen enyhe elfordítására, ebben az esetben a TRA vagy TRB nincs megfelelően bekötve, vagy a vezetékek túl hosszúak és zajt vesznek fel, használjatok rövid vezetékeket, és ellenőrizzétek, hogy mindkét jel a jelzett digitális pinekre érkezik.

Egy gomb úgy tűnik, mintha egyetlen megnyomásra többször is megnyomódna, ez azt jelzi, hogy a debounce időköze túl kicsi az adott mechanikai érintkezőhöz, növeljétek kissé a debounceDelay értékét a kódban.

Az encoder forgatása semmilyen reakciót nem vált ki, ellenőrizzétek, hogy a megszakítás megfelelően van-e csatolva a PIN_TRA pinre, és hogy ez egy megszakításra alkalmas pin a használt panelen, az Arduino Uno-n csak a D2 és D3 biztosítja ezt a funkciót.

Semmi nem jelenik meg a soros monitoron, ellenőrizzétek, hogy a monitorban kiválasztott sebesség 9600 baud, ugyanaz, mint a Serial.begin-ben megadott, és hogy a panel a megfelelő porton van csatlakoztatva.

Korlátok és tanácsok:

Az 1.3 inches monokróm kijelző és a 128 x 64 pixeles felbontás korlátozza az egyszerre tisztán megjeleníthető menüsorok számát, hosszabb menüknél hasznos lehet a görgetés vagy a több oldalra osztás. Az encoder 20 pozíciót biztosít fordulatonként, ami elegendő a finom paraméterbeállításokhoz, de abszolút helyzetérzékelő nélkül, így induláskor az aktuális értéket a kódból kell inicializálni, vagy egy nem felejtő memóriából kell beolvasni, ha meg szeretnénk tartani az utolsó beállítást. Ebből a példából kiindulva felépíthető egy több szintű menü, szenzorokból beolvasott értékek megjelenítése, vagy külső modulok vezérlése PSH-val vagy CON-nal megerősített kiválasztásokon keresztül.