Энкодер KY-040 в меню: крути и выбирай

На пульте моего фильтра для аквариума было три кнопки и пять настроек: обороты насоса, температура, подсветка, время кормления, порог тревоги. Кнопки справлялись, но руки превращались в пинг-понг: листаешь — тыкаешь — листаешь — тыкаешь, а к пятой настройке я путался, какая кнопка что значит в этот раз. Энкодер KY-040 вычищает этот пинг-понг одной ручкой: крутишь — курсор ходит, нажал — выбрал, и всё это не глядя на подписи. Расплата одна: ручка не показывает положение, и первые минуты на новом приборе глаз ищет отметку «ноль» — через неделю привыкаешь и перестаёшь замечать. У энкодерных меню есть и своя классика: типовой проект на Arduino Project Hub крутит ручкой три переменные аналоговых выходов — вращение меняет значение выделенного пункта, нажатие переключает режим. Мы пойдём тем же путём, но поверх меню из прошлого урока, где каркас уже собран на трёх кнопках.

У KY-040 три вывода, и это не аналоговая ручка, а счётчик щелчков. CLK даёт фронт на каждый щелчок — у этой модели 20 щелчков на оборот; DT — второй контакт квадратуры, чей уровень в момент фронта говорит направление: HIGH — по часовой, LOW — против. SW — обычная кнопка под ручкой, замыкает на землю. Подтяжки на модуле стоят, по 10 кОм на линию, поэтому скетчу хватает pinMode с INPUT для CLK и DT и INPUT_PULLUP для SW — на случай модуля без обвязки. Если вы пропустили навигацию по меню кнопками, начните с неё — там собран каркас кадра, который здесь предполагается готовым.

Схема кода меняется по существу в одном месте: CLK уходит в прерывание по фронту RISING, DT читается внутри обработчика одним digitalRead, а SW опрашивается в loop с окном 40 мс, как обычная кнопка. Почему CLK именно в прерывание: при бодром кручении щелчки идут пачкой до двадцати в секунду, и loop с перерисовкой на борту глотает фронты — курсор теряет шаги именно тогда, когда вы крутите быстрее всего. Зажимы границ в обработчике — тоже не случайность: ручка не умеет «стоять на краю», щелчки в сторону края продолжают сыпаться, и без зажимов счётчик уезжал бы в минус.

В обработчике прерывания только две операции и зажимы границ — ни print, ни перерисовки: loop замечает, что kurzor уехал, и рисует кадр сам. Разделение «прерывание считает, loop рисует» мы уже разбирали на адресной ленте, и здесь оно то же самое: перерисовка на I2C занимает миллисекунды, и внутри ISR она проглотила бы следующие щелчки. Про сами прерывания, приоритеты и digitalPinToInterrupt — в уроке про attachInterrupt.

SW опрашиваю именно в loop, а не в прерывании: нажатие — событие человеческого темпа с удержанием в полсекунды, и окно 40 мс из прошлого урока закрывает его дребезг без отдельного кода. Вторая деталь в loop — перерисовка по факту: кадр уходит на стекло только когда сменились kurzor или vybor, а не каждые 50 миллисекунд. Экран не мигает, шина не гоняет лишний трафик; про то, как часто вообще можно перерисовывать кадр без мерцания, — в уроке про анимацию без мерцания. Цена вопроса измеримая: полный кадр 128×64 — это килобайт по шине, на быстрой шине 400 кГц он уезжает около тридцати миллисекунд, на стандартных 100 кГц — втрое-вчетверо дольше. Слать такой кадр после каждого щелчка в пачке — значит выстраивать очередь из щелчков; одна перерисовка на пачку держит отклик живым.

Подключение на макетке — пять проводов: GND, плюс питания, CLK на D2, DT на D3 и SW на D4. Распиновка на модуле подписана, но не всегда в том порядке, как на картинке магазина: сверяйтесь с надписями на плате, у KY-040 они встречаются в двух вариантах. Ток крошечный — подтяжки берут миллиамперы, ручке хватает питания от пина 5 В. И нюанс: у части партий модуля подтяжки стоят только на CLK и DT, а SW идёт без них, поэтому INPUT_PULLUP на SW в скетче стоит всегда — это дешевле, чем гадать по партии. Механика у модуля приятная: каждая ступень щёлкает с фиксацией, палец чувствует шаг, и уже по звуку понятно, что счёт идёт. CLK обязан сидеть на D2: на Uno прерывания принимают только D2 и D3, а DT и SW свободно переезжают на другие пины правкой констант. Кадр, как всегда у Adafruit, собирается в буфере и уходит одним display() — цену этой механики считали раньше; в меню она виднее всего, потому что кадры здесь редкие и точечные.

В симуляторе и на плате вы поймаете одну и ту же вещь: ручка не спрашивает, где верх и где низ. Кнопки — это карта «вверх-вниз», которую надо держать в голове; поворот — жест без карты, как качелька громкости в машине. Отсюда и главная эргономика: в приборе с подэкранами одна рука держит корпус, вторая крутит, и никакой акробатики пальцами. Скорость тоже за ручкой: список из десяти пунктов кнопками — десять нажатий, ручкой — пол-оборота, а 20 щелчков на оборот бодрое запястье делает за секунду.

Чего у ручки нет — памяти о положении. Энкодер считает щелчки, а не угол: выключили питание, включили — kurzor стартует с нуля, хоть стрелка физически и стоит посередине. Кнопочное меню забывает позицию с тем же успехом, так что здесь паритет; а вот для значений вроде уставки температуры ручка выигрывает всухую — щелчок равен градусу, значение правится без всякой клавиатуры. Чтобы значения и позиции переживали выключение, их выносят в энергонезависимую память: с первого байта это разобрано в уроке про чтение и запись EEPROM.

Что попробовать в симуляторе, чтобы почувствовать разницу с кнопками: крутите ручку быстро — курсор бежит по списку без повторных нажатий, и каждый щелчок напечатан в мониторе строкой kurzor=, потерянных шагов нет. Остановитесь ровно на краю списка: зажим сработает, и лишние щелчки не уводят курсор в пустоту. На макетке к этому добавится звон контактов: если курсор начнёт прыгать через пункт, рецепт уже лежит в рамке выше — окно в обработчике или конденсатор вдоль CLK. И не потеряйте статусную строку: ручка без неё слепа, половина вопросов «а выбралось ли» снимается одной строкой VYBOR в нижней строке кадра.

Отдельный случай — щелчок во время перерисовки. Обработчик прерывания срабатывает всегда, счёт идёт, а loop после отрисовки берёт последнее значение: курсор оказывается там, куда докрутили, ни один шаг не пропал. Именно поэтому счёт живёт в переменной, а не в кадре: экран — витрина, а не склад. С кнопками такой гонки почти нет — нажатия редкие, — а ручкой вы будете крутить во время отрисовки постоянно, и каркас обязан переживать это без потерь.