Последний эффект помнит EEPROM: кнопка листает, память сохраняет

Гирлянда на кухонной полке работала месяц, и всё это время меня раздражала одна мелочь: после любого моргания света она просыпалась на первом эффекте. Вечер перестроен под комету, выключил на ночь, утром включил — и снова радуга с нуля, листай заново. Кнопка и так стояла, листание работало, не хватало одной ячейки: записать номер эффекта в энергонезависимую память и читать его при старте. В этом уроке добавляем именно её — и попутно разбираем три ловушки, из-за которых такие сохранялки умирают за первые месяцы жизни.

План такой: кнопка на D2 листает четыре эффекта по фронту — радуга, свеча, комета, тишина; номер пишется в ячейку ноль вызовом EEPROM.update по событию листания; при старте скетч читает ячейку и включает тот же эффект. Почему update, а не write — отдельная глава: у ячейки ресурс около ста тысяч циклов записи, и разница между «пишем всегда» и «пишем при изменении» — это разница между часом и годами работы. И третья глава — мусор: свежая плата отвечает из ячейки байтом 255, и без проверки диапазона скетч попробует включить эффект номер двести пятьдесят пять.

Кнопочная механика здесь нарочно минимальная — только фронт, без различения клика и удержания: полный пульт с антидребезгом и яркостью на удержании разобран в уроке про кнопочный пульт гирлянды. Соль этого урока в памяти, и всё, что не относится к ней, я выкинул без жалости. Эффекты взяты готовые — свеча и радуга из соседних уроков, чтобы леса не заслоняли здание.

Листание по фронту — пара «прошлое состояние — текущее»: эффект сменяется в момент, когда кнопка переходит из HIGH в LOW, и один клик даёт ровно один шаг. По уровню нельзя: пока палец держит кнопку, скетч насчитает десятки переключений. Антидребезг в симуляторе не виден — виртуальная кнопка даёт чистый фронт, — но на живой плате контакты стучат 5-20 миллисекунд, и фильтр на 30 мс обязателен; механика стука и пороги разобраны в том же уроке про пульт. Здесь я оставляю честную оговорку в коде-комментарии и не нагружаю скетч.

Запись в память привязана к тому же фронту, и это ключевая дисциплина всего урока: EEPROM получает номер эффекта только при его смене — десятки раз за вечер, а не тысячи раз за минуту. Классическая беда — перенести запись в loop() без условия: скетч честно пишет «режим 2» тридцать раз в секунду, и ресурс ячейки выгорает, о чём рассказывает отдельная глава ниже. Тот же принцип записи по событию, а не по кадру, работает и в ночнике с тремя режимами, и в любой сохранялке настроек: событие «пользователь что-то выбрал» — единственный законный повод потратить цикл записи.

Чтение при старте дополняется проверкой. Свежая плата, где ни разу не писали, отвечает байтом 255 из каждой ячейки — физически это стёртое состояние флеш-подобной памяти. Без проверки скетч возьмёт 255 как номер эффекта, промотает все if и оставит ленту в тьме — а вы полчаса будете искать обрыв данных, которого нет. Проверка диапазона — одна строка: номер больше трёх, значит памяти ещё не было, ставим нулевой эффект и сразу фиксируем его записью. Та же дисциплина с дефолтами подробно разобрана в уроке про магическое число.

Обратите внимание, где в скетче два вызова update. Первый — в setup(), после проверки диапазона: он фиксирует дефолт на свежей плате, чтобы следующий старт уже читал валидный номер. Второй — внутри фронта кнопки, и это единственное место в loop(), где EEPROM трогается вообще. Если позже добавите в гирлянду яркость на удержании, как в пульте из соседнего урока, — она запишется тем же способом, по событию отпускания, и в соседней ячейке с адресом 1. Порядок адресов и подрастание настроек — тема урока про EEPROM.put и get: структура вместо россыпи read/write экономит нервы, как только настроек становится больше двух.

Каждая ветка эффекта начинается с очистки или затухания — это старое правило сцен из урока про ёлку с кнопкой, и здесь оно же делает переключение чистым: после кометы радуга не вспыхивает поверх огарков. Режим «тишина» — единственный, кто вызывает clear() каждый кадр: можно было бы гасить один раз по флагу, но для урока яснее выглядит одинаковость веток. На скорость не влияет: clear() — это просто запись нулей в шестнадцать ячеек буфера, доли микросекунды.

У ячейки EEPROM ATmega328P ресурс около ста тысяч циклов записи — цифра из даташита, и она ни при чём к часам или дням: считать нужно не время, а количество записей. Проставьте write в каждый кадр при тридцати кадрах в секунду — лимит выбирается за час с небольшим, и ячейка начнёт молча терять записанное. Тот же write по событию листания — пара сотен записей за зиму, и ресурса хватит на десятилетия. Разница между «работает год» и «умирает за час» сидит целиком в месте вызова, а не в выборе функции.

EEPROM.update — write с одной добавкой: перед записью он читает ячейку и физически пишет только тогда, когда значение отличается. Повторная запись того же номера эффекта с update не тратит ни одного цикла — ячейка бездействует. Зачем это в нашем скетче, если запись и так по событию? Подстраховка на будущее: при добавлении второй сохранялки в тот же loop() легко получить повторные записи одного значения из разных веток, и update делает такой промах бесплатным. На живой плате update ещё и быстрее в случае совпадения — чтение занимает микросекунды против 3,3 миллисекунды полной записи по даташиту.

И про мусор сверх 255-й ячейки: диапазонная проверка при старте страхует не только свежую плату, но и будущие версии скетча. Когда-нибудь вы добавите пятый эффект, потом удалите третий, а в памяти останутся записанные старыми версиями номера — без проверки скетч включит несуществующий режим и погаснет в тьму. Правило простое: любое число, прочитанное из EEPROM, валидно, только если попало в текущий диапазон; всё остальное — дефолт и немедленная запись дефолта. Так скетч переживает и смену количества эффектов, и чужую плату, и сбойную запись.

Сама память на Uno скромная: 1024 байта, адреса от нуля, один байт на ячейку — любой номер и любой уровень яркости влезают с запасом. Рядом с номером эффекта в ячейке ноль легко живут соседние настройки: яркость в адресе один, скорость анимации в адресе два, — лишь бы каждая оставалась байтом и имела свою ячейку. Кладут туда и счётчики включений, и последний выбранный цвет. Как только захочется хранить структуру больше байта, приходит EEPROM.put и get — они разобраны в уроке про ночник, ссылка ниже.

Листайте кнопкой и смотрите Serial: каждый шаг печатает mode, и в момент смены происходит единственная запись в память. Честная оговорка про симулятор: его EEPROM пуст при каждом запуске скетча и пустая ячейка отвечает нулём, тогда как живая плата отвечает 255 — обе ситуации закрывает одна проверка диапазона, но увидеть «режим вернулся после перезагрузки» можно только на настоящей плате: запишите режим, выдерните вилку, включите — Serial напечатает тот же start mode.

Второе, на что стоит посмотреть в симуляторе, — поведение эффектов при листании назад по кругу: после тишины снова радуга, и она выстраивается с чистого буфера без огарков. Если позже добавите эффект, рисующий поверх прежнего кадра, — придётся решать, затухание ему нужно условное или нет; эта вилка разобрана в уроке про пульт, там же — идея листания в обе стороны второй кнопкой. А как только гирлянда доживёт до корпуса, ячейка с номером станет её характером: прибор включается не «как в скетче», а «как его выключили» — мелочь, которая делает самоделку прибором.

Куда развивать, когда база надоест: вторая кнопка на D3 листает назад — к радуге не крутиться через весь круг; яркость эффектов переезжает в ячейку один тем же update по событию удержания; для ёлочной гирлянды стоит добавить автоцикл — нет нажатий минуту, значит включаем перебор, и ячейка помнит, с чего перебор начинать. Всё это — те же три слова: событие, диапазон, update. Полный список идей сохранения настроек живёт в разделе про EEPROM — от дефолтов до счётчиков износа.