.. note::

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.. _2.1.9_py_pi5_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 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

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 sie auch einzeln über die untenstehenden 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 Lesen der Daten des Joysticks 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 können sie direkt über die GPIOs oder ebenfalls über den ADC gelesen werden.

.. 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

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

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

**Schritt 1:** Bauen Sie die Schaltung auf.

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

**Schritt 2:** Richten Sie die SPI-Schnittstelle ein und installieren Sie die ``spidev``-Bibliothek (siehe :ref:`spi_configuration` für detaillierte Anweisungen). Wenn Sie diese Schritte bereits abgeschlossen haben, können Sie diesen Schritt überspringen.

**Schritt 3:** Wechseln Sie in den Code-Ordner.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python-pi5

**Schritt 4:** Ausführen.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 2.1.9-2_Joystick_zero.py

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

.. warning::

    Wenn die Fehlermeldung ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` angezeigt wird, lesen Sie bitte :ref:`faq_soc`.

**Code**

.. note::

    Sie können den untenstehenden Code **Ändern/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen**.  
    Vorher müssen Sie jedoch zum Quellcodepfad wie ``raphael-kit/python-pi5`` wechseln.  
    Nach dem Ändern des Codes können Sie ihn 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

    # Initialisierung der Taste, die mit GPIO-Pin 22 (Joystick SW-Pin) verbunden ist
    BtnPin = Button(22)

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

    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 Lesen und Anzeigen der Joystick-Werte und des Tastenzustands
        while True:
            # X- und Y-Werte von MCP3008-Kanal 0 und 1 lesen
            x_val = read_adc(0)  # Joystick VRX an CH0 angeschlossen
            y_val = read_adc(1)  # Joystick VRY an CH1 angeschlossen

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

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

            # 0,2 Sekunden warten, bevor erneut gelesen wird
            time.sleep(0.2)

    # Sauberes Beenden bei Ctrl+C
    except KeyboardInterrupt:
        spi.close()

**Code-Erklärung**

#. Dieser Abschnitt importiert die erforderlichen Bibliotheken:

   * ``gpiozero.Button`` wird verwendet, um den digitalen Zustand der Joystick-Taste (SW-Pin) zu lesen.
   * ``spidev`` wird für die SPI-Kommunikation mit dem MCP3008-ADC-Chip verwendet.
   * ``time`` wird für Zeitverzögerungen zwischen den Abfragen genutzt.

   .. code-block:: python

       from gpiozero import Button
       import spidev
       import time

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

   .. code-block:: python

       BtnPin = Button(22)
       spi = spidev.SpiDev()
       spi.open(0, 0)
       spi.max_speed_hz = 1000000

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

   .. code-block:: python

       def read_adc(channel):
           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 Tastenzustand gelesen.  
   Die Werte werden alle 0,2 Sekunden auf der Konsole ausgegeben.  
   Wenn Ctrl+C gedrückt wird, 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()