Codificador rotativo I2C

Colocado sobre 2019-10-01

Codificador Rotativo I²C

Vou cobrir dois tópicos neste artigo.

A primeira é sobre Rotary Encoders e (brevemente) como eles funcionam. A segunda trata do protocolo Inter-Integrated Circuit (I²C) desenvolvido pela Philips.

codificadores rotativos

Um Rotary Encoder é um dispositivo que (fisicamente) se assemelha a um potenciômetro, mas não varia a resistência entre dois/três conectores, mas em vez disso dá pulsos quando o eixo é girado. Outra diferença com o potenciômetro é que você pode girar o eixo em 360° (na verdade, não há limite para quantos graus você pode girar o eixo).

A maioria dos codificadores rotativos possui um botão de pressão que é ativado quando você pressiona o eixo. E existem codificadores rotativos que possuem um LED interno de três cores (o chamado codificador rotativo RGB) com o qual você pode fornecer feedback a um usuário com uma paleta de cores.

Codificador Rotativo RGB

O Rotary Encoder gera pulsos quando o eixo é girado. A maioria dos Rotary Encoders gera 24 pulsos a cada rotação de 360°, mas também existem Rotary Encoders que fornecem mais ou menos pulsos por revolução. Em seu programa, você pode contar esses pulsos e reagir a eles (por exemplo: aumentar ou diminuir a tensão de saída de uma fonte de alimentação ou percorrer uma lista de menu).

Você pode perguntar: " por que usar um Rotary Encoder e não apenas um potenciômetro? ". Claro que não existe uma resposta " isto é melhor do que aquilo". Depende do projeto. Se você estiver construindo um amplificador hi-fi analógico, o potenciômetro é provavelmente a melhor escolha. Se você tem um projeto com um microprocessador, o Rotary Encoder oferece muitas opções para criar uma interface de usuário agradável (talvez com uma mudança fina/grossa, dependendo do toque curto ou longo no eixo e um feedback colorido para mostrar qual modo ativo) .

Abaixo está um esboço de exemplo para “ler” um Rotary Encoder. Para que este programa funcione corretamente e de forma confiável, você precisa de controle de rejeição de hardware (rede RC) nos pinos A e B do codificador:

Demo Sketch Rotary Encoder

 #define outputA 6
 #define outputB 7

 int rotVal = 0; 
 int rotState;
 int rotLastState;  

 void setup() { 
   pinMode (outputA,INPUT);
   pinMode (outputB,INPUT);
   
   Serial.begin (115200);
   // Reads the initial state of the outputA
   rotLastState = digitalRead(outputA);   
 } 

 void loop() { 
   rotState = digitalRead(outputA);
   // If the previous and the current state of the outputA are different, 
   // that means a Pulse has occured
   if (rotState != rotLastState){     
     // If the outputB state is different to the outputA state, 
     // the encoder is rotating clockwise
     if (digitalRead(outputB) != rotState) { 
       rotVal ++;
     } else {
       rotVal --;
     }
     Serial.print(F("Position: "));
     Serial.println(rotVal);
   } 
   rotLastState = rotState; // Update the previous state to the current state
 }

Infelizmente, usar um Rotary Encoder em um projeto também tem uma desvantagem: você precisa de muitos pinos GPIO!

Um RGB Rotary Encoder precisa de dois pinos GPIO para o próprio codificador (mais GND), então você precisa de um pino GPIO para o interruptor de pressão e três pinos GPIO para o LED RGB. Isso é um total de seis pinos GPIO! Em um ESP8266, por exemplo, você tem apenas três pinos GPIO sobrando para controlar o resto do seu projeto! Em um Arduino UNO você tem mais pinos GPIO, então um Rotary Encoder não será um problema. Mas e se você quiser conectar dois, três ou até mais codificadores rotativos? Isso não é possível em um ESP8266, mas em um Arduino UNO você logo ficará sem pinos GPIO!

Felizmente, há uma solução!

O barramento de circuito integrado (I²C)

Isso é chamado de "barramento" (dados) porque você pode conectar muitos dispositivos a ele. O "ônibus" consiste em duas linhas. Uma linha de relógio (SCL) e uma linha de dados (SDA). Há sempre (pelo menos) um'mestre'-dispositivo e todos os outros dispositivos são 'escravo' dispositivos. Cada dispositivo tem um endereço único para se distinguir um do outro. Não vou me aprofundar no protocolo I²C, mas normalmente o mestre reivindicará o controle do barramento e enviará uma solicitação a um escravo com um endereço específico. O escravo, por sua vez, realizará uma ação sobre a solicitação, seja executando uma ação específica no próprio escravo, enviando dados de volta ao mestre, ou simplesmente enviando uma confirmação de volta ao mestre informando que recebeu a solicitação. Aqui você pode ler mais sobre o protocolo I²C.

O Codificador Rotativo I²C

Não seria legal poder conectar um Rotary Encoder usando apenas os dois fios do barramento I²C!?

E é disso que trata este post: um Rotary Encoder que você conecta via barramento I²C e controla usando o protocolo I²C.

Desenhei o firmware e uma pequena placa de circuito com um microprocessador ATtiny841. O ATtiny841 possui aramehardware (a camada abaixo do I²C), tornando-o extremamente adequado como I²C Slave para este projeto.

Visão inferior do codificador rotativo I2C v2.2

O firmware garante que o ATtiny841 se comporte, por um lado, como um I²C Slave 'normal' e, por outro lado, fornece a interface com um RGB Rotary Encoder. Para controlar facilmente o I²C RotaryEncoder, tenho um correspondente e fácil de usar Biblioteca Arduino /ESP8266 escrito.

Com esta configuração é possível conectar quantos (literalmente!) I²C RotaryEncoders você quiser ao seu microprocessador e ainda precisar usar apenas dois pinos GPIO. Você pode até mesmo conectar outros dispositivos I²C (displays, sensores, etc.) aos mesmos dois pinos GPIO, deixando muitos pinos GPIO livres para outras finalidades.

ÔNIBUS I2C

Se desejar, você pode usar o pino de interrupção do I²C RotaryEncoder para tornar seu programa "orientado por interrupção".

O pino de interrupção gera uma interrupção a cada mudança na posição do eixo rotativo ou botão de pressão. Todos os I²C RotaryEncoders compartilham a mesma linha de interrupção.

Como você pode usar o I²C RotaryEncoder em seu projeto?

O código abaixo é um esboço de exemplo para se comunicar com o I²C RotaryEncoder (usando o pino de interrupção):

Basic I2C_RotaryEncoder Sketch

/* Sketch to show the use of the I2C_RotaryEncoder */

#define I2C_DEFAULT_ADDRESS  0x28    // the 7-bit address 

#include <I2C_RotaryEncoder.h>

I2CRE Encoder; // Create instance of the I2CRE object

int16_t       rotVal;

volatile bool interruptPending  = false;

//====================================================================
ISR_PREFIX void handleInterrupt()
{
  interruptPending = true;
}


//====================================================================
void handleRotaryEncoder()
{
  byte statusReg = Encoder.getStatus();
  if (statusReg == 0) return;

  if (Encoder.isRotValChanged() ) {
    Serial.print(F("Request Value of ROTARY .......... "));
    rotVal = Encoder.getRotVal();
    Serial.print(F("["));
    Serial.print(rotVal);
    Serial.println(F("]"));
  }

  if (Encoder.isButtonPressed() ) {
    Serial.println(F("-------> Button Pressed"));
  }
  if (Encoder.isButtonQuickReleased() ) {
    Serial.println(F("-------> Quick Release"));
    Encoder.setRotVal(0);	        // or do something usefull
    Encoder.setRGBcolor(200, 0, 0); // Light the Red LED
  }
  if (Encoder.isButtonMidReleased() ) {
    Serial.println(F("-------> Mid Release"));
    Encoder.setRotVal(255);	        // or do something usefull
    Encoder.setRGBcolor(0, 200, 0); // Light the Green LED
  }
  if (Encoder.isButtonLongReleased() ) {
    Serial.println(F("-------> Long Release"));
    Encoder.setRotVal(128);	         // or do something usefull
    Encoder.setRGBcolor(0, 0, 200);  // Light the Blue LED
  }

} // handleRotaryEncoder();

//====================================================================
void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  Serial.println(F("Start I2C-Rotary-Encoder Basic ....\n"));
  Serial.print(F("Setup Wire .."));
  Wire.begin();
  Serial.println(F(".. done"));

  pinMode(_INTERRUPTPIN, INPUT_PULLUP);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(_INTERRUPTPIN)
                         , handleInterrupt
                         , FALLING);

  if (!Encoder.begin(Wire, I2C_DEFAULT_ADDRESS)) {
    Serial.println(F(".. Error connecting to I2C slave .."));
    delay(1000);
    return;	// restart the micro processor
  }

  Encoder.setLedGreen(128);      // turn green led on half intensity

  interruptPending  = false;

  Serial.println(F("setup() done .. \n"));

} // setup()

//====================================================================
void loop()
{
  if (interruptPending) {
    interruptPending = false;
    handleRotaryEncoder();
  } // handle interrupt ..

  // do other important stuff ..

} // loop()

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