.. note::

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.. _2.1.6_py_pi5_mcp3008:

2.1.6 Joystick (MCP3008)
=========================

.. note::

   .. image:: ../img/mcp3008_and_adc0834.jpg
      :width: 25%
      :align: left
   

   Je nach Kit-Version bitte prüfen, ob **ADC0834** oder **MCP3008** enthalten ist, und mit dem entsprechenden Abschnitt fortfahren.

Einführung
----------

In diesem Projekt lernen wir, wie ein Joystick funktioniert.  
Wir bedienen den Joystick und zeigen die Ergebnisse auf dem Bildschirm an.

Benötigte Komponenten
----------------------

In diesem Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten. 

.. image:: ../python_pi5/img/image317-copy.png

Schaltplan
----------

Beim Auslesen der Joystick-Daten gibt es Unterschiede zwischen den Achsen:  
Die Daten der X- und Y-Achse sind analog und müssen mit dem MCP3008 in digitale Werte umgewandelt werden.  
Die Daten der Z-Achse sind digital, daher kannst du diese direkt über den GPIO auslesen – oder ebenfalls über den ADC.

.. list-table::
    :widths: 30 30 30 30
    :header-rows: 1

    *   - T-Board-Name
        - Physical
        - WiringPi
        - BCM

    *   - SPICE0
        - pin24
        - 10
        - 8
    *   - SPIMOSI
        - pin19
        - 12
        - 10
    *   - SPIMISO
        - pin21
        - 13
        - 9
    *   - SPISCLK
        - pin23
        - 14
        - 11
    *   - GPIO22
        - pin15
        - 3
        - 22

.. image:: ../python_pi5/img/schematic_2.1.9_joystick_mcp3008.png

Experimentelle Schritte
-----------------------

**Schritt 1:** Baue die Schaltung auf.

.. image:: ../python_pi5/img/july24_2.1.9_joystick_mcp3008.png

**Schritt 2:** Richte die SPI-Schnittstelle ein und installiere die ``spidev``-Bibliothek (siehe :ref:`spi_configuration` für detaillierte Anweisungen). Falls diese Schritte bereits erledigt sind, kannst du sie überspringen.

**Schritt 3:** Wechsle in den Ordner mit dem Code.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5

**Schritt 4:** Führe den Code aus.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 2.1.6-2_Joystick_zero.py

Nach dem Start des Codes bewege den Joystick – die entsprechenden Werte für X, Y und Btn werden auf dem Bildschirm angezeigt.

.. warning::

    Falls die Fehlermeldung ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` erscheint, siehe :ref:`faq_soc`.

**Code**

.. note::

    Du kannst den folgenden Code **Ändern/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen**.  
    Vorher musst du jedoch in das Quellcode-Verzeichnis (z. B. ``davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5``) wechseln.  
    Nach einer Änderung kannst du den Code direkt ausführen, um das Ergebnis zu sehen.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    #!/usr/bin/env python3

    from gpiozero import Button
    import spidev
    import time

    # Button initialisieren, verbunden mit GPIO-Pin 22 (Joystick SW-Pin)
    BtnPin = Button(22)

    # SPI-Kommunikation mit MCP3008 initialisieren
    spi = spidev.SpiDev()
    spi.open(0, 0)  # SPI-Bus 0, Gerät CE0 öffnen
    spi.max_speed_hz = 1000000  # SPI-Geschwindigkeit auf 1 MHz setzen

    def read_adc(channel):
        """
        Liest den analogen Wert vom angegebenen MCP3008-Kanal (0–7)
        :param channel: ADC-Kanalnummer (0–7)
        :return: 10-Bit-Integerwert (0–1023)
        """
        if channel < 0 or channel > 7:
            return -1
        adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
        value = ((adc[1] & 0x03) << 8) | adc[2]
        return value

    try:
        # Hauptschleife zum Auslesen und Anzeigen der Joystick-Werte und des Button-Zustands
        while True:
            # X- und Y-Werte aus den MCP3008-Kanälen 0 und 1 lesen
            x_val = read_adc(0)  # Joystick VRX an CH0
            y_val = read_adc(1)  # Joystick VRY an CH1

            # Zustand des Joystick-Buttons (SW) lesen
            Btn_val = BtnPin.value  # 0 = gedrückt, 1 = losgelassen

            # Werte ausgeben
            print('X: %d  Y: %d  Btn: %d' % (x_val, y_val, Btn_val))

            # 0,2 Sekunden warten bis zur nächsten Messung
            time.sleep(0.2)

    # Strg+C wird sauber abgefangen
    except KeyboardInterrupt:
        spi.close()

**Code-Erklärung**

#. Dieser Abschnitt importiert die benötigten Bibliotheken:

   * ``gpiozero.Button`` zum Auslesen des digitalen Zustands des Joystick-Buttons (SW-Pin).
   * ``spidev`` für die SPI-Kommunikation mit dem MCP3008-ADC-Chip.
   * ``time`` für Zeitverzögerungen zwischen den Messungen.

   .. code-block:: python

       #!/usr/bin/env python3
       from gpiozero import Button
       import spidev
       import time

#. Initialisiert den Button an GPIO22 (Joystick SW-Pin) und richtet die SPI-Schnittstelle auf Bus 0, Chip Select 0 (CE0) ein. Die SPI-Geschwindigkeit wird auf 1 MHz gesetzt.

   .. code-block:: python

       # Button initialisieren, verbunden mit GPIO-Pin 22 (Joystick SW-Pin)
       BtnPin = Button(22)

       # SPI-Kommunikation mit MCP3008 initialisieren
       spi = spidev.SpiDev()
       spi.open(0, 0)  # SPI-Bus 0, Gerät CE0 öffnen
       spi.max_speed_hz = 1000000  # SPI-Geschwindigkeit auf 1 MHz setzen

#. Definiert die Funktion ``read_adc(channel)``, um den analogen Wert eines bestimmten MCP3008-Kanals (0–7) auszulesen.  
   Es werden drei Bytes per SPI-Protokoll gesendet und ein 10-Bit-Wert (0–1023) zurückgegeben.

   .. code-block:: python

       def read_adc(channel):
           """
           Liest den analogen Wert vom angegebenen MCP3008-Kanal (0–7)
           :param channel: ADC-Kanalnummer (0–7)
           :return: 10-Bit-Integerwert (0–1023)
           """
           if channel < 0 or channel > 7:
               return -1
           adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
           value = ((adc[1] & 0x03) << 8) | adc[2]
           return value

#. In der Hauptschleife werden die analogen Werte von VRX (CH0) und VRY (CH1) sowie der Zustand des Joystick-Buttons ausgelesen.  
   Die Werte werden alle 0,2 Sekunden in der Konsole ausgegeben.  
   Bei Strg+C wird die SPI-Schnittstelle sauber geschlossen.

   .. code-block:: python

       try:
           while True:
               x_val = read_adc(0)
               y_val = read_adc(1)
               Btn_val = BtnPin.value
               print('X: %d  Y: %d  Btn: %d' % (x_val, y_val, Btn_val))
               time.sleep(0.2)
       except KeyboardInterrupt:
           spi.close()