Меню на LCD 16x2: кнопки вверх и вниз

Терморегулятор для инкубатора я собрал за вечер, а потом три недели таскал в сарай ноутбук. Плата не ломалась — ломалось удобство: порог был зашит константой в скетче, и поправить тридцать семь и восемь на тридцать восемь означало перепрошивать устройство на столе у окна, при том что закладка яиц идёт двадцать один день без выходных. Третий визит с ноутбуком под мышкой поставил точку: пульт обязан жить на самом устройстве. Экран уже стоял, оставалось главное — понять, как устроить выбор настроек двумя кнопками, потому что третья рука птице не нужна, а свободных пинов оставалось ровно два.

Соберём полное меню на LCD 16x2: список пунктов, курсор, листание по кругу и переключение выбранного пункта. По дороге разберём два решения, без которых меню на кнопках не живёт: фронт нажатия (реакция на момент нажатия, а не на «держу») и дребезг, который однажды заставил меня двадцать минут подозревать исправную кнопку. База у нас уже есть: в уроке про мини-меню с курсором был выбор из списка, сегодня доводим каркас до настоящего пульта, где каждая строка ещё и управляет своим прибором.

Меню на символьном дисплее — это три переменные и одна функция рисования. Имена пунктов лежат в двумерном массиве: char names[3][12] — три строки по двенадцать символов, ровно так мы хранили списки в уроке про массивы. Двенадцать — не магия, а размер колонки с запасом: самое длинное слово пункта «Signal» занимает шесть знакомест, и даже если захотите переименовать его в «Sirena», рамка не треснет. Рядом — массив состояний: у каждого пункта свой выключатель, и хранить его нужно именно списком, а не россыпью bool-переменных, иначе добавление четвёртого пункта превращается в правку половины скетча. Индекс current помнит выбранный пункт; курсор рисую символом «>» в нулевой колонке — двигаться по сетке экрана мы научились ещё в разборе setCursor и print.

Экран 16x2 показывает два пункта сразу: выбранный — с курсором на верхней строке, следующий за ним — на нижней. Листание идёт по кругу: после последнего пункта снова первый. После пары пультов я убедился, что на двух кнопках круг дешевле кнопки «назад»: до любого пункта можно дойти в одну сторону, и заблудиться негде. Перерисовываю меню только в момент события: каждый print по I2C — это отдельные пакеты на шине, строка меню стоит около двух миллисекунд, но причина даже не во времени — экран, который перерисовывается без причины, выглядит нервным и быстрее утомляет взгляд.

Мелочь, на которой спотыкаются новички — и я спотыкался: при переключении OFF на ON без хвостовых пробелов на экране остаётся мусор. Три буквы «OFF» занимают три знакоместа, две буквы «ON» — два, и старая «F» живёт на экране до следующей полной перерисовки. Поэтому в коде печатаются «ON » и «OFF» с одинаковым занимаемым местом: пробел — это тоже символ, и затирание хвостов мы подробно разбирали в уроке про числа. Учитывайте это с первой версии меню — потом поиск такой мелочи на живом пульте занимает вечер.

Теперь кнопки, и здесь два правила. Первое: реагируем на фронт — момент перехода от «отпущена» к «нажата». В скетче живут предыдущее чтение и текущее: событие засчитываем, только когда кнопка стала LOW, а в прошлый раз была HIGH. Если читать состояние напрямую, одно удержание превратится в листание со скоростью тысяч срабатываний в секунду. Кнопки сажаем с подтяжкой INPUT_PULLUP, как в уроке про digitalRead: внутренний резистор подтяжки держит вход на HIGH, а нажатие прижимает его к земле — через кнопку течёт доля миллиампера, внешние резисторы не нужны. В моём пульте D2 листает вниз, D3 переключает выбранный пункт.

Второе правило: дребезг. Контакты механической кнопки при нажатии дребезжат 10–20 миллисекунд, и один физический щелчок выглядит для платы как серия из трёх-пяти. Лечение, которого хватает в девяти случаях из десяти, — пауза delay(20) сразу после засчитанного события: она срезает хвост дребезга. Для строгих проектов есть отдельный урок про debounce с millis-фильтром и замером времени, но в меню, где события редки, двадцатимиллисекундной заглушки достаточно — я живу с ней во всех дисплеевых сборках и пока ни о чём не пожалел. А когда кнопок на пульте становится больше двух, пины начинает экономить матричная клавиатура: ниже — интерактивная песочница, понажимайте её клавиши и посмотрите, как сканер строк находит нажатие по тому же фронт-принципу и рапортует о нём в мини-мониторе.

В тренажёре — меню теплицы из трёх пунктов: помпа, лампа, сигнал. Кнопка на D2 листает пункты по кругу, кнопка на D3 переключает состояние выбранного пункта ON/OFF. Обе подключены к D2 и D3 с подтяжкой: в симуляторе, как и на реальной плате, нажатие прижимает вход к земле. Сценарий проверки: пройдите по кругу все три пункта и вернитесь к первому — если где-то запнулись, смотрите сравнение current с длиной списка. Затем переключите помпу и убедитесь, что она сменила OFF на ON, а соседний пункт внизу остался нетронутым.

Почему пункты — переключатели, а не действия? Потому что пульт обязан показывать состояние: из меню всегда видно, включена ли помпа, даже когда вы стоите на другом пункте — следующий по кругу всегда на глазах. Если пункту нужно действие вроде сброса, ему заводится собственная строка-пункт; это уже мостик к следующему уроку, где пункты научатся открывать настройки и менять числа. Для проектов, где пунктов больше трёх, берите экран 20x4: там видны четыре строки и навигация честнее, правда, адресация строк у 20x4 с сюрпризами, о которых я писал в отдельном разборе.

И про числа в пунктах: когда к пункту прирастает изменяемое значение — порог, время, длительность, — понадобятся ровные колонки и затирание хвостов; это мы разбирали в уроке про дроби и ведущие нули. Само меню от чисел не ломается: значение — такая же часть строки пункта, как ON и OFF, и рисуется тем же print() с той же перерисовкой по событию. А цена расширения — хороший тест каркаса: в моём инкубаторе четвёртый пункт добавился тремя строками — слово в names, место в state и единица в сравнениях границ; если у вас на это уходит больше, значит где-то размер списка вшит руками вместо одного счётчика.