.. note::

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.. _2.1.9_c_mcp3008:

2.1.9 Joystick (MCP3008)
==========================

.. note::

    .. image:: ../img/mcp3008_and_adc0834.jpg
        :width: 25%
        :align: left
        
    Abhängig von Ihrer Kit-Version identifizieren Sie bitte, ob Sie **ADC0834** oder **MCP3008** haben, und fahren Sie mit dem entsprechenden Abschnitt fort.


Einführung
--------------

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

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

Für dieses Projekt benötigen wir folgende Komponenten. 

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

Es ist definitiv bequem, ein komplettes Kit zu kaufen, hier ist der Link: 

.. list-table::
    :widths: 20 20 20
    :header-rows: 1

    *   - Name	
        - ELEMENTE IN DIESEM KIT
        - LINK
    *   - Raphael Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

Sie können die Teile auch einzeln über die folgenden Links kaufen.

.. list-table::
    :widths: 30 20
    :header-rows: 1

    *   - KOMPONENTENBESCHREIBUNG
        - KAUFLINK

    *   - :ref:`cpn_gpio_board`
        - |link_gpio_board_buy|
    *   - :ref:`cpn_breadboard`
        - |link_breadboard_buy|
    *   - :ref:`cpn_wires`
        - |link_wires_buy|
    *   - :ref:`cpn_resistor`
        - |link_resistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_joystick`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_mcp3008`
        - \-

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, sodass Sie diese direkt über ein GPIO auslesen können (oder auch über den ADC).

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

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

    *   - T-Board-Name
        - physikalisch
        - WiringPi
        - BCM

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

Experimentelle Verfahren
-------------------------------------------------

**Schritt 1:** Schließen Sie den Stromkreis an.

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

**Schritt 2:** Gehen Sie in den Code-Ordner.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/c/2.1.9-2/

**Schritt 3:** Kompilieren Sie den Code.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    gcc 2.1.9_Joystick.c -o joystick -lwiringPi

**Schritt 4:** Führen Sie die ausführbare Datei aus.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    ./joystick

Nach dem Start des Programms bewegen Sie den Joystick.  
Die entsprechenden Werte von x, y und Btn werden auf dem Bildschirm angezeigt.

.. note::

    Wenn es nach dem Ausführen nicht funktioniert oder die Fehlermeldung „wiringPi.h: No such file or directory“ angezeigt wird, lesen Sie bitte :ref:`install_wiringpi`.

**Code**

.. code-block:: c

    #include <wiringPi.h>
    #include <wiringPiSPI.h>
    #include <stdio.h>

    #define SPI_CHANNEL 0
    #define SPI_SPEED   1000000  // 1 MHz
    #define BtnPin      3        // WiringPi 3 = BCM GPIO22

    // Auslesen vom MCP3008-Kanal (0–7)
    int read_ADC(int channel) {
        if (channel < 0 || channel > 7) return -1;

        unsigned char buffer[3];
        buffer[0] = 1;                            // Startbit
        buffer[1] = (8 + channel) << 4;           // Kanalkonfiguration
        buffer[2] = 0;

        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

        int result = ((buffer[1] & 0x03) << 8) | buffer[2];
        return result;
    }

    int main(void) {
        if (wiringPiSetup() == -1) {
            printf("WiringPi setup failed!\n");
            return 1;
        }

        if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
            printf("SPI setup failed!\n");
            return 1;
        }

        pinMode(BtnPin, INPUT);
        pullUpDnControl(BtnPin, PUD_UP);

        while (1) {
            int x_val = read_ADC(0);     // VRX an CH0
            int y_val = read_ADC(1);     // VRY an CH1
            int btn_val = digitalRead(BtnPin);  // SW-Taste

            printf("x = %d, y = %d, btn = %d\n", x_val, y_val, btn_val);
            delay(100);
        }

        return 0;
    }

**Code-Erklärung**

#. Dieser Abschnitt initialisiert die für GPIO- und SPI-Kommunikation benötigten Bibliotheken.

   .. code-block:: c

       #include <wiringPi.h>
       #include <wiringPiSPI.h>
       #include <stdio.h>

       #define SPI_CHANNEL 0
       #define SPI_SPEED   1000000  // 1 MHz
       #define BtnPin      3        // WiringPi 3 = BCM GPIO22

#. Definiert eine Funktion ``read_ADC()``, um analoge Daten vom MCP3008 auszulesen.  
   Die Kommunikation erfolgt über SPI, um Daten von einem bestimmten Kanal (0–7) anzufordern und die Antwort zu einem 10-Bit-ADC-Wert zu verarbeiten.

   .. code-block:: c

       int read_ADC(int channel) {
           if (channel < 0 || channel > 7) return -1;

           unsigned char buffer[3];
           buffer[0] = 1;
           buffer[1] = (8 + channel) << 4;
           buffer[2] = 0;

           wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

           int result = ((buffer[1] & 0x03) << 8) | buffer[2];
           return result;
       }

#. Die Hauptfunktion initialisiert WiringPi und die SPI-Schnittstelle, konfiguriert den Button-Pin des Joysticks und liest kontinuierlich die Joystick-Werte aus, die auf der Konsole ausgegeben werden.

   .. code-block:: c

       int main(void) {
           if (wiringPiSetup() == -1) {
               printf("WiringPi setup failed!\n");
               return 1;
           }

           if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
               printf("SPI setup failed!\n");
               return 1;
           }

           pinMode(BtnPin, INPUT);
           pullUpDnControl(BtnPin, PUD_UP);

           while (1) {
               int x_val = read_ADC(0);     // VRX an CH0
               int y_val = read_ADC(1);     // VRY an CH1
               int btn_val = digitalRead(BtnPin);  // SW an GPIO22

               printf("x = %d, y = %d, btn = %d\n", x_val, y_val, btn_val);
               delay(100);
           }

           return 0;
       }

#. In diesem Programm:

   - VRX des Joysticks ist an CH0 des MCP3008 angeschlossen.
   - VRY ist an CH1 angeschlossen.
   - Die Taste (SW) ist an GPIO22 (WiringPi-Pin 3) angeschlossen.
   - Die Funktion ``read_ADC()`` wird verwendet, um analoge Werte von VRX und VRY zu lesen.
   - Der digitale Wert der Joystick-Taste wird mit ``digitalRead()`` ausgelesen.
   - Alle Werte werden alle 100 Millisekunden kontinuierlich ausgegeben.