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2.1.6 Joystick (MCP3008)

Bemerkung

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.

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.

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

Experimentelle Schritte

Schritt 1: Baue die Schaltung auf.

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

Schritt 3: Wechsle in den Ordner mit dem Code.

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

Schritt 4: Führe den Code aus.

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.

Warnung

Falls die Fehlermeldung RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address erscheint, siehe Wenn gpiozero nicht funktioniert..

Code

Bemerkung

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.

#!/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

1. 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.

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

2. 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.

   # 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
   

3. 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.

   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
   

4. 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.

   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()