Кнопка джойстика: режимы, меню и прерывание

Мини-манипулятор на моей макетке прожил неделю с тремя прошивками: первая вела серво от ручки, вторая гоняла его по дуге для обзора комнаты, третья стояла на месте и ждала команды зафиксировать угол. Заливать скетч под каждое настроение — путь в никуда, и я сел прикручивать кнопку режимов. Выбора не было: единственная кнопка на модуле — та, что под стержнем джойстика, и она обязана была стать селектором. Кнопка под стержнем — идеальный кандидат: она под большим пальцем ровно там, где рука лежит на ручке, и отдельный провод тянуть не нужно.

Первая версия посчитала одно нажатие четырьмя: тактовая кнопка дребезжит контактом 10-20 миллисекунд, и счётчик улетал вперёд, пока я отпускал палец. Вторая версией называлась с натяжкой: гася дребезг delay(100) прямо в loop, я замораживал серво на сто миллисекунд после каждого нажатия, и авто-обзор заикался на каждом щелчке. Рабочей стала третья: явный фронт-детектор и дебаунс по millis, без единого delay.

Разберём обе схемы: честную на прерывании для реальной платы, где SW сидит на D2, и опросную для симулятора, где автоподбор отдаёт SW на A2. Соберём три режима — ручное управление, авто-прогулка и фиксация позиции, — добавим пик зуммером на каждое нажатие и заведём переменные режима и сохранённого угла. Пик, светодиод и кадры Serial — три обратные связи, которые превращают слепое нажатие в ощутимое событие; без них режимы путаются уже на втором щелчке.

Счётчик строится на трёх деталях. Фронт: нажатие фиксируем один раз при переходе из HIGH в LOW — уровень LOW сам по себе ничего не значит, пока ручку держат, счётчик обязан молчать. Дебаунс: между фиксациями пауза 25-30 миллисекунд по millis — дребезг внутри паузы не виден. Память: предыдущее состояние кнопки хранится в переменной, без него фронт не отличить от уровня. Ту же конструкцию мы собирали в уроке про дебаунс кнопки. Окно 25-30 миллисекунд не случайно: дребезг тактовой кнопки укладывается в 10-20 миллисекунд, а людское «двойное нажатие» начинается после 80-100 — в коридоре между ними пауза глушит дребезг и пропускает честные щелчки.

Прерывание снимает с loop обязанность опрашивать кнопку: attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), swIsr, FALLING) вызывает обработчик на каждый фронт, и главный цикл остаётся свободным для серво. Но у Uno внешние прерывания живут только на D2 и D3 — на аналоговых входах их нет вовсе, поэтому для версии на прерывании провод SW пересаживается на D2. Основы — режимы FALLING, RISING, CHANGE и volatile — разобраны в уроке про attachInterrupt.

Грабли прерываний, которые я собрал на этом меню, короткие, но болезненные. Первая: tone() внутри обработчика прерывания — tone сама работает на прерывании таймера, и вызов из ISR глушит звук или вешает плату; пик ставьте в loop, где смена режима ловится сравнением переменной. Вторая: забытый volatile — переменная, которую пишет обработчик, а читает loop, без volatile компилятор держит в регистре копию, и режим будто застревает. Третья: длинный обработчик — две-три строки сравнений в ISR ок, но Serial или тяжёлая арифметика там дают странно зависающий скетч. Все три ловятся за вечер, если знать, где искать.

Режим — это просто число в переменной: 1 ручное управление, 2 авто-прогулка, 3 фиксация позиции. Вся развилка живёт в switch-case — конструкцию мы разбирали в уроке про switch и режимы. В ручном режиме ось X переписывает угол с зоной покоя 480-540; в авто-прогулке серво идёт по дуге 0-180 с шагом градус за цикл и разворачивается на краях — тот же приём, что в уроке про качание серво, только запускаемый кнопкой, а не прошивкой.

Третий режим — фирменная фишка: ручка задаёт угол свободно, без зоны, а нажатие кнопки фиксирует текущий угол в переменной savedUgol и возвращает плату в ручной режим. Получается запомнить кадр: наклонили камеру, нажали — угол записан, серво стоит на нём, пока ручка в покое. Светодиод на D12 горит только в режиме позиции — рука без экрана видит, что следующее нажатие запишет кадр, а не переключит режим. Родственная механика — шаг серво отдельными кнопками — разобрана в уроке про шаги кнопками.

Переключение режимов я поначалу делал бесшовным, а потом нарочно оставил ступеньку: выход из авто-прогулки на середине дуги — с avtoUgol, скажем, 137 — возвращает ручной режим, и зона покоя тут же тянет серво к savedUgol. Прыжок на десятки градусов за долю секунды я сначала считал дефектом, а теперь читаю его как подтверждение: платформа дёрнулась — значит, кнопка принята. Нужен мягкий переход — догоняйте целевой угол шагами по два градуса, как в прошлом уроке кластера: три строчки кода, дуга 137-90 займёт секунду с четвертью.

Отдельно про вход в режим 3: savedUgol при этом не трогается, серво слушается ручки без зоны, а прошлая фиксация ждёт следующего нажатия — повторный кадр перезапишется поверх старого числа. Мне так удобнее, чем очищать сохранение каждый раз: камера, однажды наведённая на окно, возвращается туда одним нажатием.

Пик подтверждения — одна строка: tone(8, 1200, 30). Тридцать миллисекунд на частоте 1200 герц палец слышит как сухой щелчок: короче — звук не успевает начаться, длиннее трёхсот — начинает раздражать при каждом переключении. Зуммер садится на любой свободный цифровой пин через резистор 100-220 Ом; вся арифметика частот и длительностей — в уроке про tone. В симуляторной макетке зуммера нет и пик не слышен, зато на живой плате рука без экрана понимает: нажатие принято, режим сменился.

Состояние печатаем в Serial кадрами rezhim= и ugol=, а фиксация добавляет строку saved= с числом. Пары имя=значение одинаково удобны монитору и плоттеру, а столбик кадров за пять секунд показывает характер поведения: ugol=, идущий лесенкой по единице, выдаёт авто-прогулку, скачки — ручку. Хранится режим и угол в обычных переменных — и умирают при перезагрузке; куда их положить надолго, разговор ниже.

От Serial-лога я ждал большего, чем получил: кадры rezhim= ugol= каждые 20 миллисекунд превращают монитор в простыню, глазами за щелчком не уследить. Спасли два приёма. Первый — печатать кадр только при смене режима: флаг разрешает вывод на один цикл после нажатия, и лог сжимается с пятидесяти строк в секунду до двух-трёх на щелчок. Второй — Plotter с каналом ugol=: авто-прогулка выглядит честной пилой от 0 до 180, а фиксация — ступенькой, застывшей на saved=.

Переменная режима доживает до перезагрузки питания ровно ноль секунд: после сброса всё встаёт в режим 1 с углом 90. Если выбранный режим и сохранённый угол должны переживать включение, их место в EEPROM — байт режима и байт угла пишутся за миллисекунды и держатся десять лет без питания. Готовый приём хранения настроек меню разобран в уроке про меню настроек в EEPROM — кнопка щёлкнула, режим записан, плата выключена, режим остался.

Меню шире трёх пунктов строится тем же счётчиком: каждое нажатие двигает указатель, ось Y листает список, длинное удержание выбирает. А когда кнопок станет несколько, прерывание с D2 расширится до второй линии D3 — и опрос в loop снова станет свободным. Правило одно на все варианты: состояние — в переменных, печать — кадрами парами, время — по millis, и ни одного delay на пути серво.