树莓派基础实验14：PS2操纵杆实验

一、介绍

   操纵杆是一种输入设备，由一根可在基座上旋转，并向其控制的设备报告其角度或方向的操纵杆组成。操纵杆通常用于控制视频游戏和机器人。这里使用操纵杆PS2。

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二、组件

★Raspberry Pi 3主板*1

★树莓派电源*1

★40P软排线*1

★PCF8591模数转换器模块*1

★PS2操纵杆模块*1

★双色LED模块*1

★面包板*1

★跳线若干

三、实验原理

PS2操纵杆

PS游戏杆模块原理图

  该模块有由两个模拟输出（对应x和y坐标）和一个数字输出，表示是否在Z轴上按下。
  在本实验中，我们将引脚VRx和VRy连接到A/D转换器的模拟输入端口，以便将模拟量转换为数字量。然后在树莓派上编程，以检测操纵杆的移动方向。

  实验使用的双轴按键摇杆控制器，十字摇杆为一个双向的10K电阻器，随着摇杆方向不同，抽头的阻值随着变化。本模块使用5V供电，原始状态下X，Y读出电压为2.5V左右，当随箭头方向按下，读出电压值随着增加，最大到5V；箭头相反方向按下，读出电压值减少，最小为0V，即模块特设二路模拟输出和一路数字输出接口，输出值分别对应（X，Y）双轴偏移量，其类型为模拟量；按键表示用户是否在ž轴上按下，类型其为数字。开关量坐标标识符清晰简明，准确定位；用其可以轻松控制物体（如二自由度舵机云台）在二维空间运动。

四、实验步骤

  第1步：连接电路。

树莓派	T型转接板	PCF8591模块
SDA	SDA	SDA
SCL	SCL	SCL
5V	5V	VCC
GND	GND	GND

PS2操纵杆模块	T型转接板	PCF8591模块
VRx	*	AIN1
VRy	*	AIN0
SW(按钮)	*	AIN2
VCC	5V	VCC
GND	GND	GND

PS2操纵杆实验电路图

PS2操纵杆实验实物连接图

  第2步：PCF8591模块采用的是I2C（IIC）总线进行通信的，但是在树莓派的镜像中默认是关闭的，在使用该传感器的时候，我们必须首先允许IIC总线通信。

打开I2C总线通信

  第3步：开始编程。这里先编写一个PCF8591.py库文件，后面再编写一个python程序引入这个库文件。
  PCF8591.py库文件就是PCF8591模块的程序，单独编写是为了便于重用。在这个脚本中，我们使用了一个放大器用于模拟输入和一个LED灯用于模拟输出，模拟输入不能超过3.3V！
  该程序也可以单独运行，用于测试3个电阻模块的功能。需用短路帽连接AIN0和INPUT0（电位计模块），连接AIN1和INPUT1（光敏电阻模块），以及连接AIN2和INPUT2（热敏电阻模块）。
  连接LED灯，AIN0（模拟输入0）端口用于接收来自电位计模块的模拟信号，AOUT（模拟输出）用于将模拟信号输出到双色LED模块，以便改变LED的亮度。
  PCF8591的详细内容请查看树莓派基础实验12：PCF8591模数转换器实验。

#!/usr/bin/env python
#------------------------------------------------------
#
#       您可以使用下面语句将此脚本导入另一个脚本：
#           “import PCF8591 as ADC”                
#   
#   ADC.Setup(Address)  # 查询PCF8591的地址：“sudo i2cdetect -y 1”
# i2cdetect  is  a  userspace  program to scan an I2C bus for devices.
# It outputs a table with the list of detected devices on the specified bus.
#   ADC.read(channal)   # Channal范围从0到3 
#   ADC.write(Value)    # Value范围从0到255
#
#------------------------------------------------------
#SMBus (System Management Bus,系统管理总线) 
import smbus   #在程序中导入“smbus”模块
import time

# for RPI version 1, use "bus = smbus.SMBus(1)"
# 0 代表 /dev/i2c-0， 1 代表 /dev/i2c-1 ,具体看使用的树莓派那个I2C来决定
bus = smbus.SMBus(1)         #创建一个smbus实例

#在树莓派上查询PCF8591的地址：“sudo i2cdetect -y 1”
def setup(Addr):
    global address
    address = Addr

def read(chn): #channel
    if chn == 0:
        bus.write_byte(address,0x40)   #发送一个控制字节到设备
    if chn == 1:
        bus.write_byte(address,0x41)
    if chn == 2:
        bus.write_byte(address,0x42)
    if chn == 3:
        bus.write_byte(address,0x43)
    bus.read_byte(address)         # 从设备读取单个字节，而不指定设备寄存器。
    return bus.read_byte(address)  #返回某通道输入的模拟值A/D转换后的数字值

def write(val):
    temp = val  # 将字符串值移动到temp
    temp = int(temp) # 将字符串改为整数类型
    # print temp to see on terminal else comment out
    bus.write_byte_data(address, 0x40, temp) 
    #写入字节数据，将数字值转化成模拟值从AOUT输出

if __name__ == "__main__":
    setup(0x48) 
 #在树莓派终端上使用命令“sudo i2cdetect -y 1”，查询出PCF8591的地址为0x48
    while True:
        print '电位计   AIN0 = ', read(0)   #电位计模拟信号转化的数字值
        print '光敏电阻 AIN1 = ', read(1)   #光敏电阻模拟信号转化的数字
        print '热敏电阻 AIN2 = ', read(2)   #热敏电阻模拟信号转化的数字值
        tmp = read(0)
        tmp = tmp*(255-125)/255+125 
# 125以下LED不会亮，所以将“0-255”转换为“125-255”，调节亮度时灯不会熄灭
        write(tmp)
        time.sleep(2)

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  第4步：编写PS2操纵杆控制程序。将摇杆向上推，屏幕上会打印一条“up”字样；向下推，然后打印“down”。如果你向左推，“left”将被打印；如果你向右推，就会打印出“right”。如果按下盖子，屏幕上将打印“Button Pressed”。

#!/usr/bin/env python
import PCF8591 as ADC 
import time

def setup():
    ADC.setup(0x48)                 # Setup PCF8591
    global state

def direction():    #获取操纵杆方向结果
    state = ['home', 'up', 'down', 'left', 'right', 'Button pressed']
    i = 0

    if ADC.read(0) <= 5:
        i = 1       #up
    if ADC.read(0) >= 250:
        i = 2       #down

    if ADC.read(1) <= 5:
        i = 3       #left
    if ADC.read(1) >= 250:
        i = 4       #right


    if ADC.read(1) >= 6 \  #由于未知原因，向左摇操纵杆会自动触发按键按下信号
    and ADC.read(2) == 0:  #所以加上ADC.read(1) >= 6这个限制，
        i = 5       # Button pressed

    if  ADC.read(0) - 125 < 15   \
    and ADC.read(0) - 125 > -15  \
    and ADC.read(1) - 125 < 15   \
    and ADC.read(1) - 125 > -15  \
    and ADC.read(2) == 255:
        i = 0         #home
    
    return state[i]

def loop():
    status = ''
    while True:
        tmp = direction()
        if tmp != None and tmp != status:
            print tmp     #不为空和tmp值变化时打印
            status = tmp

def destroy():
    pass      #pass语句就是空语句

if __name__ == '__main__':      # Program start from here
    setup()
    try:
        loop()
    except KeyboardInterrupt:   # When 'Ctrl+C' is pressed, the child program destroy() will be  executed.
        destroy()