Arduino - Race Game com display LCD

Semana passada postei uma implementação minha do clássico Snake Game em um display LCD 16x2. Baseado naquele exemplo, implementei um jogo de corrida. Apesar de simples ficou legalzinho.

Vídeo:

Código-Fonte:

 /*
Fabiano A. Arndt - 2016
www.youtube.com/user/fabianoallex
www.facebook.com/dicasarduino
fabianoallex@gmail.com
*/
    
#include <LiquidCrystal.h>
 
/*************************************************************************************************************
*******************************BIT ARRAY *********************************************************************
**************************************************************************************************************
mais informações aqui: http://fabianoallex.blogspot.com.br/2015/09/arduino-array-de-bits.html
**************************************************************************************************************/
class BitArray{
  private:
    int _num_bits;   //quantidade de bits a serem gerenciados
    int _num_bytes;  //quantidade de bytes utilizados para armazenar os bits a serem gerenciados
    byte * _bytes;   //array de bytes onde estarão armazenados os bits
  public:
    BitArray(int num_bits){
      _num_bits  = num_bits;
      _num_bytes = _num_bits/8 + (_num_bits%8 ? 1 : 0) + 1;
      _bytes = (byte *)(malloc( _num_bytes * sizeof(byte) ) );
    }
    void write(int index, byte value) {
      byte b = _bytes[ index/8 + (index%8 ? 1 : 0) ];
      unsigned int bit = index%8;
      if (value) { b |= (1 << bit); } else { b &= ~(1 << bit);  }
      _bytes[ index/8 + (index%8 ? 1 : 0) ] = b;
    }
    void write(byte value) { for(int j=0; j<_num_bytes;j++) { _bytes[j] = value ? B11111111 : B00000000;  }  }
    int read(int index) {
      byte b = _bytes[ index/8 + (index%8 ? 1 : 0) ];
      unsigned int bit = index%8;
      return (b & (1 << bit)) != 0;
    }
    ~BitArray(){ free ( _bytes ); }
};
 
class BitArray2D {
  private:
    unsigned int _rows;
    unsigned int _columns;
    unsigned int _cols_array; //pra cada 8 colunas, 1 byte é usado 
    byte**       _bits;
  public:
    BitArray2D(unsigned int rows, unsigned int columns){
      _rows       = rows;
      _columns    = columns;
      _cols_array = columns/8 + (_columns%8 ? 1 : 0) + 1; //divide por 8 o número de colunas
      _bits = (byte **)malloc(_rows * sizeof(byte *));
      for(int i=0;i<_rows;i++){ _bits[i] = (byte *)malloc(  _cols_array  *  sizeof(byte)); } //cria varios arrays
      clear();
    }
    unsigned int rows(){ return _rows; }
    unsigned int columns(){ return _columns; }
      
    void clear() { 
      for(int i=0;i<_rows;i++){      
        for(int j=0; j<_cols_array;j++) { _bits[i][j] = B00000000; }       
      }   
    }
    
    void write(unsigned int row, unsigned int column, int value){
      byte b = _bits[row][ column/8 + (column%8 ? 1 : 0) ];
      unsigned int bit = column%8;
        
      if (value) { b |= (1 << bit); } else { b &= ~(1 << bit);  }
        
      _bits[row][ column/8 + (column%8 ? 1 : 0) ] = b;
    }
      
    void write(byte value){
      for(int i=0;i<_rows;i++){      
        for(int j=0; j<_cols_array;j++) {      
          _bits[i][j] = value ? B11111111 : B00000000;     
        }       
      }  
    }
      
    int read(unsigned int row, unsigned int column){
      byte b = _bits[row][ column/8 + (column%8 ? 1 : 0) ];
      unsigned int bit = column%8;
        
      return (b & (1 << bit)) != 0;
    }
      
    void toggle(unsigned int row, unsigned int column){ write(row, column, !read(row, column)); }
    void toggle(){ for(int i=0;i<_rows;i++){      for(int j=0; j<_columns;j++) {      toggle(i,j);   }   }   }
};
  
/*************************************************************************************************************
*******************************FIM BIT ARRAY *****************************************************************
**************************************************************************************************************/
 
/*************************************************************************************************************
************************************CLASSE UNIQUE RANDOM******************************************************
**************************************************************************************************************
mais informações aqui: http://fabianoallex.blogspot.com.br/2015/09/arduino-numeros-aleatorio-repetidos-e.html
*************************************************************************************************************/
   
class UniqueRandom{
  private:
    int _index;
    int _min;
    int _max;
    int _size;
    int* _list;
    void _init(int min, int max) {
      _list = 0; 
      if (min < max) { _min = min; _max = max; } else { _min = max; _max = min; }
      _size = _max - _min; 
      _index = 0;
    }    
  public:
    UniqueRandom(int max)           { _init(0,   max); randomize(); } //construtor com 1 parametro
    UniqueRandom(int min, int max)  { _init(min, max); randomize(); } //construtor com 2 parametros
       
    void randomize() {
      _index = 0;
        
      if (_list == 0) { _list = (int*) malloc(size() * sizeof(int)); }  
      for (int i=0; i<size(); i++) {   _list[i] = _min+i;  }   //preenche a lista do menor ao maior valor
         
      //embaralha a lista
      for (int i=0; i<size(); i++) {  
        int r = random(0, size());     //sorteia uma posição qualquer
        int aux = _list[i];               
        _list[i] = _list[r];
        _list[r] = aux;
      }
    }
       
    int next() {                                  //retorna o proximo numero da lista
      int n = _list[_index++];
      if (_index >= size() ) { _index = 0;} //após recuper o ultimo numero, recomeça na posicao 0
      return n;
    }
       
    int size() { return _size; }
       
    ~UniqueRandom(){ free ( _list ); }  //destrutor
};
/*************************************************************************************************************
************************************FIM CLASSE UNIQUE RANDOM**************************************************
*************************************************************************************************************/
 
/*************************************************************************************************************
*******************************CLASSE RACE GAME***************************************************************
**************************************************************************************************************/
struct Position {
  byte lin : 4;  //maximo 15
  byte col : 4;  //maximo 15, mas será no máximo 6 EM DISPLAY 16X2 E TERÁ 12 EM DISPLAY 20X4. PARA MAIS DE 15 LINHAS. ALTERAR AQUI
};

const int RACE_MAX_OBSTACLES = 30;  //quantidade maxima de obstáculos na tela
const int RACE_TIME_INIT = 500; //tempo entre deslocamento dos obstáculos
const int RACE_TIME_INC  = 15;  //incremento da velocidade

enum RaceGameStatus { RACE_GAME_ON, RACE_GAME_OVER };
enum Direction { DIR_STOP, DIR_TOP, DIR_LEFT, DIR_BOTTOM, DIR_RIGHT};

class RaceGame{
  private:
    BitArray2D * _display;
    Position _position;
    Position _obstacles_positions[RACE_MAX_OBSTACLES];
    Direction _direction;
    byte _lengthObstacles;
    byte _controlObstacle : 2;  //máximo = 3 B11
    byte _isCountdown : 1;      //apenas 1 ou 0   -------- contagem regressiva
    byte _countUpdate : 3;       //maximo = 5 B101
    byte _countdown : 3;       //ma´ximo = 5 B101
    unsigned long _last_millis;
    unsigned long _last_millis_car;
    unsigned long _millisCountdown;
    int _time;
    int _score;
    RaceGameStatus _raceGameStatus;
    UniqueRandom * _ur;  //utilizado no game over
    UniqueRandom * _urObstacles;  //utilizado no game over
    
    void _gameOver(){ 
      _raceGameStatus = RACE_GAME_OVER; 
      _direction   = DIR_STOP;
      _time = 20;
    }
      
    void _inc_speed(){
      //_length++; 
      _score++;
      _time -= RACE_TIME_INC;
    }
      
    void _runGameOver(){
      int r   = _ur->next();
      int lin = (r / _display->columns());
      int col = (r % _display->columns());
        
      _display->write(lin, col, HIGH );
        
      //if ( r>=(_ur->size()-1) || _direction != DIR_STOP ) {  
      if ( r>=(_ur->size()-1) ) {  
        _ur->randomize();
        start(); 
      }
    }
    
    void _generateObstacles() {  
      if (_controlObstacle == 0){
        _urObstacles->randomize();
        
        //quantidade de obstaculos estara entre 1 e quantidade de linhas -1
        int numObstacles = random(0, _display->rows()-4) + 4;   
        
        if (_lengthObstacles + numObstacles > RACE_MAX_OBSTACLES) {
          numObstacles = RACE_MAX_OBSTACLES - _lengthObstacles;
        }
        
        for (int i=0; i<numObstacles; i++){
          _lengthObstacles++;
          
          _obstacles_positions[_lengthObstacles-1].lin = _urObstacles->next();
          _obstacles_positions[_lengthObstacles-1].col = _display->columns()-1;
        }
      }
      _controlObstacle = (_controlObstacle < 3) ? _controlObstacle+1 : 0;  //a cada 4 atualizacoes gera novos obstáculos
    }
    
    void _runCountdown(){
      
      for (int lin=0; lin<_display->rows(); lin++) {
        for (int col=0; col<_display->columns(); col++) {
          _display->write( lin, col,  0 );
        }
      }
      
      unsigned long dif = millis() - _millisCountdown;
      
      if ( dif < 1000){
        _display->write( 1, 3,  1 );  //5
        _display->write( 1, 4,  1 );
        _display->write( 1, 5,  1 );
        _display->write( 2, 3,  1 );
        _display->write( 3, 3,  1 );
        _display->write( 3, 4,  1 );
        _display->write( 3, 5,  1 );
        _display->write( 4, 5,  1 );
        _display->write( 5, 5,  1 );
        _display->write( 5, 4,  1 );
        _display->write( 5, 3,  1 );
      } else if (dif < 2000) {
        _display->write( 1, 3,  1 );  //4
        _display->write( 1, 5,  1 );
        _display->write( 2, 3,  1 );
        _display->write( 2, 5,  1 );
        _display->write( 3, 3,  1 );
        _display->write( 3, 4,  1 );
        _display->write( 3, 5,  1 );
        _display->write( 4, 5,  1 );
        _display->write( 5, 5,  1 );
      } else if (dif < 3000) {
        _display->write( 1, 3,  1 );  //3
        _display->write( 1, 4,  1 );
        _display->write( 1, 5,  1 );
        _display->write( 2, 5,  1 );
        _display->write( 3, 3,  1 );
        _display->write( 3, 4,  1 );
        _display->write( 3, 5,  1 );
        _display->write( 4, 5,  1 );
        _display->write( 5, 5,  1 );
        _display->write( 5, 4,  1 );
        _display->write( 5, 3,  1 );
      } else if (dif < 4000) {
        _display->write( 1, 3,  1 );  //2
        _display->write( 1, 4,  1 );
        _display->write( 1, 5,  1 );
        _display->write( 2, 5,  1 );
        _display->write( 3, 3,  1 );
        _display->write( 3, 4,  1 );
        _display->write( 3, 5,  1 );
        _display->write( 4, 3,  1 );
        _display->write( 5, 5,  1 );
        _display->write( 5, 4,  1 );
        _display->write( 5, 3,  1 );
      } else if (dif < 5000) {
        _display->write( 1, 5,  1 );  //1
        _display->write( 2, 5,  1 );
        _display->write( 3, 5,  1 );
        _display->write( 4, 5,  1 );
        _display->write( 5, 5,  1 );
      } else {
        _isCountdown  = 0;
      }
      
    }
    
    void _runObastacles(){
      /*move os obstáculos*/
      byte contRemove = 0;
      for (int i=0; i<_lengthObstacles; i++) {
        if (_obstacles_positions[i].col == 0 ) { contRemove++;}  //B1111 --> linha inexistente no display. significa que será removido do array
        _obstacles_positions[i].col--;
      }
      
      if (contRemove > 0){
        for (int i=0; i<_lengthObstacles-contRemove; i++) {
          _obstacles_positions[i] = _obstacles_positions[i+contRemove];
        }
        _lengthObstacles -= contRemove; 
      }
        
      _generateObstacles();
      
      _countUpdate++;
      
      if (_countUpdate >= 5){
        _inc_speed();
        _countUpdate = 0;
      }
    }
    
    void _runCar() {
      if (_direction == DIR_TOP )    { _position.lin--;  }
      if (_direction == DIR_BOTTOM ) { _position.lin++;  }
      if (_direction == DIR_LEFT )   { _position.col--;  }
      if (_direction == DIR_RIGHT )  { _position.col++;  }
      
      _direction = DIR_STOP; //depois de mover, mantem parado.
      
      //verifica se ultrapassou o limite do display
      if (_position.lin < 0)                     { _gameOver(); }
      if (_position.lin >= _display->rows() )    { _gameOver(); }
      if (_position.col < 0)                     { _gameOver(); }
      if (_position.col >= _display->columns() ) { _gameOver(); }
        
      //verifica se colidiu nos obstáculos
      for (int i=0; i<_lengthObstacles; i++){
        if (_obstacles_positions[i].lin == _position.lin && _obstacles_positions[i].col == _position.col) {
          _gameOver();
        }  
      }
        
      //update display
      for (int lin=0; lin<_display->rows(); lin++) {
        for (int col=0; col<_display->columns(); col++) {
          for (int p=0; p<_lengthObstacles; p++){
            boolean val = _obstacles_positions[p].col==col && _obstacles_positions[p].lin==lin;
            _display->write( lin, col,  val );
            if (val) {break;}
          }
        }
      }
      _display->write(_position.lin, _position.col, HIGH);
    }
  public:
    RaceGame(BitArray2D * display){ 
      _display = display;
      _ur = new UniqueRandom( _display->rows() * _display->columns() );
      _urObstacles = new UniqueRandom( _display->rows() );
      start();
    }
      
    void start(){
      _score  = 0;
      _time = RACE_TIME_INIT;
      _last_millis = 0;
      _position.lin = _display->rows() / 2;
      _position.col = 0;
      _direction = DIR_STOP;
      _lengthObstacles = 0;
      _raceGameStatus = RACE_GAME_ON;
      _countUpdate = 0;
      _generateObstacles();
      _isCountdown = 1;
      _countdown = 5;
      _millisCountdown = millis();
      _last_millis_car = millis();
    }
      
    void left()   { _direction = DIR_LEFT;   }
    void right()  { _direction = DIR_RIGHT;  }
    void top()    { _direction = DIR_TOP;    }
    void bottom() { _direction = DIR_BOTTOM; }
      
    int getScore(){ return _score; }
     
     
    int update(){
      int r = false;
      
      if (_isCountdown){
        if (millis() - _last_millis_car > 20){
          _last_millis_car = millis();
          
          _runCountdown();
          return true;
        }
        
        
        return false;
        
      }
        
      if (millis() - _last_millis > _time) {
        r = true;
        _last_millis = millis();
        
        if (_raceGameStatus == RACE_GAME_ON)   { _runObastacles(); } 
        if (_raceGameStatus == RACE_GAME_OVER) { _runGameOver(); }
      }
      
      if (millis() - _last_millis_car > 20){
        r = true;
        _last_millis_car = millis();
        
        if (_raceGameStatus == RACE_GAME_ON)   { _runCar();         } 
        if (_raceGameStatus == RACE_GAME_OVER) { _runGameOver(); }
      }
        
      return r; //r-->indica se houve mudança no display
    }
};
  
/*************************************************************************************************************
*******************************FIM CLASSE RACE GAME***********************************************************
**************************************************************************************************************/
  
/*************************************************************************************************************
************************************CLASSE ROTARY ENCODER*****************************************************
mais informações: http://fabianoallex.blogspot.com.br/2016/05/arduino-rotary-encoder.html
*************************************************************************************************************/
#define ROTARY_NO_BUTTON     255
     
struct RotaryEncoderLimits{
  int min;
  int max;
};
     
class RotaryEncoder {
  private:
    byte _pin_clk;
    byte _pin_dt;
    byte _pin_sw;
    volatile byte _num_results;
    volatile int _result;
    volatile int * _results;
    byte _index_result;
    RotaryEncoderLimits * _limits;
         
    boolean _a;
    boolean _b;
  public:
    RotaryEncoder(byte pin_clk, byte pin_dt, byte pin_sw = ROTARY_NO_BUTTON, byte num_results=1, RotaryEncoderLimits * limits=0){   //parametro do botao opcional
      _pin_clk = pin_clk;
      _pin_dt = pin_dt;
      _pin_sw = pin_sw;
      pinMode(_pin_clk, INPUT);
      pinMode(_pin_dt, INPUT);
      if (_pin_sw != ROTARY_NO_BUTTON){ 
        pinMode(_pin_sw, INPUT); 
        digitalWrite(_pin_sw, HIGH);
      }
      if (num_results == 0) { num_results = 1; }
      _num_results = num_results;
      _results = new int[_num_results];
      for (int i; i<_num_results; i++){ _results[i] = (limits) ? limits[i].min : 0; }
      _index_result = 0;
      _limits = limits;
      _a = false;
      _b = false;
    }
    byte getIndex() { return _index_result; }
    void next()     { _index_result++; if (_index_result >= _num_results) { _index_result = 0; } } 
    void update_a() {
      _result = 0;
      delay (1);
      if( digitalRead(_pin_clk) != _a ) { 
        _a = !_a;
        if ( _a && !_b ) { _result = -1; }
      }
      if (_results[_index_result]+_result >= _limits[_index_result].min && 
          _results[_index_result]+_result <= _limits[_index_result].max ) {
        _results[_index_result] += _result;
      }
    }
    void update_b() {
      _result = 0;
      delay (1);
      if( digitalRead(_pin_dt) != _b ) {  
        _b = !_b;
        if ( _b && !_a ) { _result = +1; }
      }
      if (_results[_index_result]+_result >= _limits[_index_result].min && 
          _results[_index_result]+_result <= _limits[_index_result].max ) {
        _results[_index_result] += _result;
      }
    }
    int read(){ return _result; }                                        //retorn -1, 0 ou 1.
    int getValue(int index=-1) {                                         //retorna o valor da variável corrente ou a passada como parametro
      if (index < 0 ){ return _results[_index_result]; }
      return _results[index];
    }
    void setValue(int value, int index=-1){ _results[ (index==-1) ? _index_result : index] = value; }         //caso a variável inicializa em determinado valor diferente de zero, utilizar esse método.
    int buttonRead(){ return (_pin_sw == ROTARY_NO_BUTTON) ? LOW : digitalRead(_pin_sw); }
};
/*************************************************************************************************************
************************************FIM CLASSE ROTARY ENCODER*************************************************
*************************************************************************************************************/
   
   
/*************************************************************************************************************
*******************************CLASSE RACE GAME LCD***********************************************************
**************************************************************************************************************/
/*
  0        1        2        3        4        5        6
 ***                        ***      ***               ***                 
 ***                        ***      ***               ***          
                                                             
 ***      ***               ***               ***             
 ***      ***               ***               ***             
                                                               
 ***      ***      ***               ***                        
 ***      ***      ***               ***                            
*/
byte c0[8] = {B11111,  B11111,  B00000,  B11111,  B11111,  B00000,  B11111,  B11111 };
byte c1[8] = {B00000,  B00000,  B00000,  B11111,  B11111,  B00000,  B11111,  B11111 };
byte c2[8] = {B00000,  B00000,  B00000,  B00000,  B00000,  B00000,  B11111,  B11111 };
byte c3[8] = {B11111,  B11111,  B00000,  B11111,  B11111,  B00000,  B00000,  B00000 };
byte c4[8] = {B11111,  B11111,  B00000,  B00000,  B00000,  B00000,  B11111,  B11111 };
byte c5[8] = {B00000,  B00000,  B00000,  B11111,  B11111,  B00000,  B00000,  B00000 };
byte c6[8] = {B11111,  B11111,  B00000,  B00000,  B00000,  B00000,  B00000,  B00000 };
 
class RaceGameLCD {
  private:
    LiquidCrystal * _lcd;  //ponteiro para um objeto lcd
  public:
    void createChars() { 
      _lcd->createChar(0, c0);  
      _lcd->createChar(1, c1);  
      _lcd->createChar(2, c2); 
      _lcd->createChar(3, c3);  
      _lcd->createChar(4, c4);
      _lcd->createChar(5, c5);
      _lcd->createChar(6, c6);
    }
    RaceGameLCD(LiquidCrystal * lcd) {  _lcd = lcd;  }
     
    void write(byte col, byte row, byte val){
      _lcd->setCursor(col, row);
      if (val == B000) { _lcd->print(" ");  }
      if (val == B111) { _lcd->write((byte)0);  }
      if (val == B011) { _lcd->write((byte)1);  }
      if (val == B001) { _lcd->write((byte)2);  }
      if (val == B110) { _lcd->write((byte)3);  }
      if (val == B101) { _lcd->write((byte)4);  }
      if (val == B010) { _lcd->write((byte)5);  }
      if (val == B100) { _lcd->write((byte)6);  }
    }
};
/*************************************************************************************************************
*******************************FIM CLASSE RACE LCD***********************************************************
**************************************************************************************************************/
 
  
/*************************************************************************************************************
*******************************DECLARACAO DOS OBJETOS*********************************************************
**************************************************************************************************************/
 
/*
 
  tamanho display real
 
 * * * * * * * * * * * * * * * *
 * * * * * * * * * * * * * * * *
 * * * * * * * * * * * * * * * *
 * * * * * * * * * * * * * * * *
 * * * * * * * * * * * * * * * *
 * * * * * * * * * * * * * * * *
*/
 
const int LINHAS  = 6;
const int COLUNAS = 16;
  
LiquidCrystal lcd(12, 11, 10, 9, 8, 7);
RaceGameLCD raceGameLcd(&lcd);
  
BitArray2D ba(LINHAS, COLUNAS); //8 linhas e 20 colunas, usada para armazenar o estado do display
RaceGame race(&ba);
 
RotaryEncoderLimits lim[] = { {-1000,1000} };  //limites máximos e mínimos que as variaveis podem atingir
RotaryEncoder       re(A0, A1, 4, 1, lim);  //pino clk, pino dt, pino sw, variaveis, limites
 
/*************************************************************************************************************
*******************************FIM DECLARACAO DOS OBJETOS*****************************************************
**************************************************************************************************************/
   
/*************************************************************************************************************
*******************************TRATAMENTO DAS INTERRUPÇÕES****************************************************
**************************************************************************************************************/
//interrupções dos pinos A0 e A1 via Pin Change Interrupt
ISR(PCINT1_vect) {
  volatile static byte lastVal_a0 = LOW;
  volatile static byte lastVal_a1 = LOW;
  byte val_a0 = digitalRead(A0);
  byte val_a1 = digitalRead(A1);
  if (lastVal_a0 != val_a0){ re.update_a(); lastVal_a0 = val_a0; }
  if (lastVal_a1 != val_a1){ re.update_b(); lastVal_a1 = val_a1; }
}
  
void setup_interrupts(){
  //-----PCI - Pin Change Interrupt ----
  pinMode(A0,INPUT);   // set Pin as Input (default)
  digitalWrite(A0,HIGH);  // enable pullup resistor
  pinMode(A1,INPUT);   // set Pin as Input (default)
  digitalWrite(A1,HIGH);  // enable pullup resistor
  cli();
  PCICR |= 0b00000010; // habilita a porta C - Pin Change Interrupts
  PCMSK1 |= 0b00000011; // habilita interrupção da porta c nos pinos: PCINT8 (A0) e PCINT9(A1)
  sei();
}
  
/*************************************************************************************************************
*******************************FIM TRATAMENTO DAS INTERRUPÇÕES****************************************************
**************************************************************************************************************/
    
void update_display() {
  for (int col=0; col<ba.columns(); col++) {
    byte lin_lcd = 0;
    byte cont = 0;
    byte val = 0;
     
    for (int lin=0; lin<ba.rows(); lin++) {
      if (cont == 0){ val = 0; }
      val = val << 1; 
      val = val | ba.read(lin, col);
      cont++;
      if (cont == 3) {
        raceGameLcd.write(col, lin_lcd, val) ;
        cont = 0;
        lin_lcd++;
      }
    }
  }
}
    
void setup() { 
  setup_interrupts();
  lcd.begin(16, 2);
  raceGameLcd.createChars();
  randomSeed(analogRead(A2));
  re.setValue(0, 0);  //inicializa o rotary em 0
}
    
void loop() {
  static int val_encoder = 0;
  static boolean change = false;
   
  if (re.getValue(0) < val_encoder && !change){ 
    race.bottom();
     
    change = true;
  }
   
  if (re.getValue(0) > val_encoder && !change ){
    race.top();
     
    change = true;
  }  
   
  val_encoder = re.getValue(0);
  if ( race.update() ) { 
    change = false;
    update_display(); 
  }  
   
  //controla o click do botao do enconder
  static byte b = HIGH; //pra ler apenas uma vez o botao ao pressionar
  if( re.buttonRead() == LOW && b != re.buttonRead() ) {
    re.next();           //passa para a próxima variável (index)
    delay(200);          //debounce meia boca
  }
  b = re.buttonRead();
} 

Arduino - Snake Game com display LCD e Rotary Encoder

Minha terceira versão do jogo Snake, agora com um display lcd controlado por um rotary encoder. As versões anteriores foram uma em matriz de led e outra em um display 5110. Como o programa foi desenvolvido Orientado a Objeto, foi fácil reaproveitar o código, já que a classe principal do jogo não se alterou.

Versão com matriz de led: http://fabianoallex.blogspot.com.br/2015/10/arduino-snake-game-jogo-da-cobrinha.html

versão com display 5110: http://fabianoallex.blogspot.com.br/2016/01/arduino-display-lcd-nokia-5110.html


Vídeo:

Código-fonte:

/*
Fabiano A. Arndt - 2016
www.youtube.com/user/fabianoallex
www.facebook.com/dicasarduino
fabianoallex@gmail.com
*/
   
#include <LiquidCrystal.h>

/*************************************************************************************************************
*******************************BIT ARRAY *********************************************************************
**************************************************************************************************************
mais informações aqui: http://fabianoallex.blogspot.com.br/2015/09/arduino-array-de-bits.html
**************************************************************************************************************/
class BitArray{
  private:
    int _num_bits;   //quantidade de bits a serem gerenciados
    int _num_bytes;  //quantidade de bytes utilizados para armazenar os bits a serem gerenciados
    byte * _bytes;   //array de bytes onde estarão armazenados os bits
  public:
    BitArray(int num_bits){
      _num_bits  = num_bits;
      _num_bytes = _num_bits/8 + (_num_bits%8 ? 1 : 0) + 1;
      _bytes = (byte *)(malloc( _num_bytes * sizeof(byte) ) );
    }
    void write(int index, byte value) {
      byte b = _bytes[ index/8 + (index%8 ? 1 : 0) ];
      unsigned int bit = index%8;
      if (value) { b |= (1 << bit); } else { b &= ~(1 << bit);  }
      _bytes[ index/8 + (index%8 ? 1 : 0) ] = b;
    }
    void write(byte value) { for(int j=0; j<_num_bytes;j++) { _bytes[j] = value ? B11111111 : B00000000;  }  }
    int read(int index) {
      byte b = _bytes[ index/8 + (index%8 ? 1 : 0) ];
      unsigned int bit = index%8;
      return (b & (1 << bit)) != 0;
    }
    ~BitArray(){ free ( _bytes ); }
};

class BitArray2D {
  private:
    unsigned int _rows;
    unsigned int _columns;
    unsigned int _cols_array; //pra cada 8 colunas, 1 byte é usado 
    byte**       _bits;
  public:
    BitArray2D(unsigned int rows, unsigned int columns){
      _rows       = rows;
      _columns    = columns;
      _cols_array = columns/8 + (_columns%8 ? 1 : 0) + 1; //divide por 8 o número de colunas
      _bits = (byte **)malloc(_rows * sizeof(byte *));
      for(int i=0;i<_rows;i++){ _bits[i] = (byte *)malloc(  _cols_array  *  sizeof(byte)); } //cria varios arrays
      clear();
    }
    unsigned int rows(){ return _rows; }
    unsigned int columns(){ return _columns; }
     
    void clear() { 
      for(int i=0;i<_rows;i++){      
        for(int j=0; j<_cols_array;j++) { _bits[i][j] = B00000000; }       
      }   
    }
   
    void write(unsigned int row, unsigned int column, int value){
      byte b = _bits[row][ column/8 + (column%8 ? 1 : 0) ];
      unsigned int bit = column%8;
       
      if (value) { b |= (1 << bit); } else { b &= ~(1 << bit);  }
       
      _bits[row][ column/8 + (column%8 ? 1 : 0) ] = b;
    }
     
    void write(byte value){
      for(int i=0;i<_rows;i++){      
        for(int j=0; j<_cols_array;j++) {      
          _bits[i][j] = value ? B11111111 : B00000000;     
        }       
      }  
    }
     
    int read(unsigned int row, unsigned int column){
      byte b = _bits[row][ column/8 + (column%8 ? 1 : 0) ];
      unsigned int bit = column%8;
       
      return (b & (1 << bit)) != 0;
    }
     
    void toggle(unsigned int row, unsigned int column){ write(row, column, !read(row, column)); }
    void toggle(){ for(int i=0;i<_rows;i++){      for(int j=0; j<_columns;j++) {      toggle(i,j);   }   }   }
};
 
/*************************************************************************************************************
*******************************FIM BIT ARRAY *****************************************************************
**************************************************************************************************************/

/*************************************************************************************************************
************************************CLASSE UNIQUE RANDOM******************************************************
**************************************************************************************************************
mais informações aqui: http://fabianoallex.blogspot.com.br/2015/09/arduino-numeros-aleatorio-repetidos-e.html
*************************************************************************************************************/
  
class UniqueRandom{
  private:
    int _index;
    int _min;
    int _max;
    int _size;
    int* _list;
    void _init(int min, int max) {
      _list = 0; 
      if (min < max) { _min = min; _max = max; } else { _min = max; _max = min; }
      _size = _max - _min; 
      _index = 0;
    }    
  public:
    UniqueRandom(int max)           { _init(0,   max); randomize(); } //construtor com 1 parametro
    UniqueRandom(int min, int max)  { _init(min, max); randomize(); } //construtor com 2 parametros
      
    void randomize() {
      _index = 0;
       
      if (_list == 0) { _list = (int*) malloc(size() * sizeof(int)); }  
      for (int i=0; i<size(); i++) {   _list[i] = _min+i;  }   //preenche a lista do menor ao maior valor
        
      //embaralha a lista
      for (int i=0; i<size(); i++) {  
        int r = random(0, size());     //sorteia uma posição qualquer
        int aux = _list[i];               
        _list[i] = _list[r];
        _list[r] = aux;
      }
    }
      
    int next() {                                  //retorna o proximo numero da lista
      int n = _list[_index++];
      if (_index >= size() ) { _index = 0;} //após recuper o ultimo numero, recomeça na posicao 0
      return n;
    }
      
    int size() { return _size; }
      
    ~UniqueRandom(){ free ( _list ); }  //destrutor
};
/*************************************************************************************************************
************************************FIM CLASSE UNIQUE RANDOM**************************************************
*************************************************************************************************************/

/*************************************************************************************************************
*******************************CLASSE SNAKE GAME**************************************************************
**************************************************************************************************************/
struct Position {
  int lin;
  int col;
};

const int SNAKE_MAX_LEN   = 30;  //tamanho maximo da cobra
const int SNAKE_TIME_INIT = 500; //tempo entre deslocamento da cobra (velocidade)
const int SNAKE_TIME_INC  = 15;  //incremento da velocidade
 
enum Direction { DIR_STOP, DIR_TOP, DIR_LEFT, DIR_BOTTOM, DIR_RIGHT};
enum SnakeStatus { SNAKE_GAME_ON, SNAKE_GAME_OVER };
 
class SnakeGame{
  private:
    BitArray2D * _display;
    Position _snake_positions[SNAKE_MAX_LEN];
    Position _apple;
    int _length;
    Direction _direction;
    unsigned long _last_millis;
    int _time;
    int _score;
    SnakeStatus _snakeStatus;
     
    UniqueRandom * _ur;  //utilizado no game over
     
    void _generateApple() {
      int lin, col;
      boolean random_ok = false;
       
      while (!random_ok) {
        random_ok = true;
        lin = random(0, _display->rows()-1);
        col = random(0, _display->columns()-1);
         
        for (int p=0; p<_length; p++){
          if (_snake_positions[p].col==col && _snake_positions[p].lin==lin){ //verifica se gerou em um local que não seja a cobra
            random_ok = false;
            break;
          }
        }
      }
      _apple.lin = lin;
      _apple.col = col;
    }
     
    void _gameOver(){ 
      _snakeStatus = SNAKE_GAME_OVER; 
      _direction   = DIR_STOP;
      _time = 20;
    }
     
    void _inc_length(){
      _length++; _score++;
      _time -= SNAKE_TIME_INC;
    }
     
    void _runGameOver(){
      int r = _ur->next();
      int lin = (r / _display->columns());
      int col = (r % _display->columns());
       
      _display->write(lin, col, HIGH );
       
      //if ( r>=(_ur->size()-1) || _direction != DIR_STOP ) {  
      if ( r>=(_ur->size()-1) ) {  
        _ur->randomize();
        start(); 
      }
    }
     
    void _run(){
      for (int i=_length-1; i>0; i--){
        _snake_positions[i].lin = _snake_positions[i-1].lin;
        _snake_positions[i].col = _snake_positions[i-1].col;
      }
       
      if (_direction == DIR_TOP )    { _snake_positions[0].lin--;  }
      if (_direction == DIR_BOTTOM ) { _snake_positions[0].lin++;  }
      if (_direction == DIR_LEFT )   { _snake_positions[0].col--;  }
      if (_direction == DIR_RIGHT )  { _snake_positions[0].col++;  }
       
      //verifica se ultrapassou o limite do display
      if (_snake_positions[0].lin < 0)                     { _gameOver(); }
      if (_snake_positions[0].lin >= _display->rows() )    { _gameOver(); }
      if (_snake_positions[0].col < 0)                     { _gameOver(); }
      if (_snake_positions[0].col >= _display->columns() ) { _gameOver(); }
       
      //verifica se colidiu na cobra
      for (int i=_length-1; i>0; i--){
        if (_snake_positions[i].lin == _snake_positions[0].lin && _snake_positions[i].col == _snake_positions[0].col) {
          _gameOver();
        }  
      }
       
      //verifica se comeu a maça
      if (_snake_positions[0].col == _apple.col && _snake_positions[0].lin == _apple.lin){
        _inc_length();
         
        if (_length > SNAKE_MAX_LEN) { _length = SNAKE_MAX_LEN; } else {
          _snake_positions[_length-1].lin = _snake_positions[_length-2].lin;
          _snake_positions[_length-1].col = _snake_positions[_length-2].col;
        }
        _generateApple();
      }
       
      //update display
      for (int lin=0; lin<_display->rows(); lin++) {
        for (int col=0; col<_display->columns(); col++) {
          for (int p=0; p<_length; p++){
            boolean val = _snake_positions[p].col==col && _snake_positions[p].lin==lin;
            _display->write( lin, col,  val );
            if (val) {break;}
          }
        }
      }
      _display->write(_apple.lin, _apple.col, HIGH);
      //--
    }
     
  public:
    SnakeGame(BitArray2D * display){ 
      _display = display;
      _ur = new UniqueRandom( _display->rows() * _display->columns() );
      start();
    }
     
    void start(){
      _length = 1;
      _score  = 0;
      _time = SNAKE_TIME_INIT;
      _last_millis = 0;
      _snake_positions[0].lin = _display->rows() / 2;
      _snake_positions[0].col = _display->columns() / 2;
      _direction = DIR_STOP;
       
      _snakeStatus = SNAKE_GAME_ON;
       
      _generateApple();
    }
     
    void left()   { if (_direction == DIR_RIGHT)  return; _direction = DIR_LEFT;   }
    void right()  { if (_direction == DIR_LEFT)   return; _direction = DIR_RIGHT;  }
    void top()    { if (_direction == DIR_BOTTOM) return; _direction = DIR_TOP;    }
    void bottom() { if (_direction == DIR_TOP)    return; _direction = DIR_BOTTOM; }
     
    int getScore(){ return _score; }
    
    Direction getDirection(){ return _direction; }
     
    int update(){
      int r = false;
       
      if (millis() - _last_millis > _time) {
        r = true;
        _last_millis = millis();
       
        if (_snakeStatus == SNAKE_GAME_ON)   { _run();         } 
        if (_snakeStatus == SNAKE_GAME_OVER) { _runGameOver(); }
      }
       
      return r; //r-->indica se houve mudança no display
    }
};
 
/*************************************************************************************************************
*******************************FIM CLASSE SNAKE GAME**********************************************************
**************************************************************************************************************/
 
/*************************************************************************************************************
************************************CLASSE ROTARY ENCODER*****************************************************
mais informações: http://fabianoallex.blogspot.com.br/2016/05/arduino-rotary-encoder.html
*************************************************************************************************************/
#define ROTARY_NO_BUTTON     255
    
struct RotaryEncoderLimits{
  int min;
  int max;
};
    
class RotaryEncoder {
  private:
    byte _pin_clk;
    byte _pin_dt;
    byte _pin_sw;
    volatile byte _num_results;
    volatile int _result;
    volatile int * _results;
    byte _index_result;
    RotaryEncoderLimits * _limits;
        
    boolean _a;
    boolean _b;
  public:
    RotaryEncoder(byte pin_clk, byte pin_dt, byte pin_sw = ROTARY_NO_BUTTON, byte num_results=1, RotaryEncoderLimits * limits=0){   //parametro do botao opcional
      _pin_clk = pin_clk;
      _pin_dt = pin_dt;
      _pin_sw = pin_sw;
      pinMode(_pin_clk, INPUT);
      pinMode(_pin_dt, INPUT);
      if (_pin_sw != ROTARY_NO_BUTTON){ 
        pinMode(_pin_sw, INPUT); 
        digitalWrite(_pin_sw, HIGH);
      }
      if (num_results == 0) { num_results = 1; }
      _num_results = num_results;
      _results = new int[_num_results];
      for (int i; i<_num_results; i++){ _results[i] = (limits) ? limits[i].min : 0; }
      _index_result = 0;
      _limits = limits;
      _a = false;
      _b = false;
    }
    byte getIndex() { return _index_result; }
    void next()     { _index_result++; if (_index_result >= _num_results) { _index_result = 0; } } 
    void update_a() {
      _result = 0;
      delay (1);
      if( digitalRead(_pin_clk) != _a ) { 
        _a = !_a;
        if ( _a && !_b ) { _result = -1; }
      }
      if (_results[_index_result]+_result >= _limits[_index_result].min && 
          _results[_index_result]+_result <= _limits[_index_result].max ) {
        _results[_index_result] += _result;
      }
    }
    void update_b() {
      _result = 0;
      delay (1);
      if( digitalRead(_pin_dt) != _b ) {  
        _b = !_b;
        if ( _b && !_a ) { _result = +1; }
      }
      if (_results[_index_result]+_result >= _limits[_index_result].min && 
          _results[_index_result]+_result <= _limits[_index_result].max ) {
        _results[_index_result] += _result;
      }
    }
    int read(){ return _result; }                                        //retorn -1, 0 ou 1.
    int getValue(int index=-1) {                                         //retorna o valor da variável corrente ou a passada como parametro
      if (index < 0 ){ return _results[_index_result]; }
      return _results[index];
    }
    void setValue(int value, int index=-1){ _results[ (index==-1) ? _index_result : index] = value; }         //caso a variável inicializa em determinado valor diferente de zero, utilizar esse método.
    int buttonRead(){ return (_pin_sw == ROTARY_NO_BUTTON) ? LOW : digitalRead(_pin_sw); }
};
/*************************************************************************************************************
************************************FIM CLASSE ROTARY ENCODER*************************************************
*************************************************************************************************************/
  
  
/*************************************************************************************************************
*******************************CLASSE SNAKE LCD***************************************************************
**************************************************************************************************************/
/*
  0        1        2        3        4        5        6
 ***                        ***      ***               ***                 
 ***                        ***      ***               ***          
                                                            
 ***      ***               ***               ***             
 ***      ***               ***               ***             
                                                              
 ***      ***      ***               ***                        
 ***      ***      ***               ***                            
*/
byte c0[8] = {B11111,  B11111,  B00000,  B11111,  B11111,  B00000,  B11111,  B11111 };
byte c1[8] = {B00000,  B00000,  B00000,  B11111,  B11111,  B00000,  B11111,  B11111 };
byte c2[8] = {B00000,  B00000,  B00000,  B00000,  B00000,  B00000,  B11111,  B11111 };
byte c3[8] = {B11111,  B11111,  B00000,  B11111,  B11111,  B00000,  B00000,  B00000 };
byte c4[8] = {B11111,  B11111,  B00000,  B00000,  B00000,  B00000,  B11111,  B11111 };
byte c5[8] = {B00000,  B00000,  B00000,  B11111,  B11111,  B00000,  B00000,  B00000 };
byte c6[8] = {B11111,  B11111,  B00000,  B00000,  B00000,  B00000,  B00000,  B00000 };

class SnakeLCD {
  private:
    LiquidCrystal * _lcd;  //ponteiro para um objeto lcd
  public:
    void createChars() { 
      _lcd->createChar(0, c0);  
      _lcd->createChar(1, c1);  
      _lcd->createChar(2, c2); 
      _lcd->createChar(3, c3);  
      _lcd->createChar(4, c4);
      _lcd->createChar(5, c5);
      _lcd->createChar(6, c6);
    }
    SnakeLCD(LiquidCrystal * lcd) {  _lcd = lcd;  }
    
    void write(byte col, byte row, byte val){
      _lcd->setCursor(col, row);
      if (val == B000) { _lcd->print(" ");  }
      if (val == B111) { _lcd->write((byte)0);  }
      if (val == B011) { _lcd->write((byte)1);  }
      if (val == B001) { _lcd->write((byte)2);  }
      if (val == B110) { _lcd->write((byte)3);  }
      if (val == B101) { _lcd->write((byte)4);  }
      if (val == B010) { _lcd->write((byte)5);  }
      if (val == B100) { _lcd->write((byte)6);  }
    }
};
/*************************************************************************************************************
*******************************FIM CLASSE SNAKE LCD***********************************************************
**************************************************************************************************************/

 
/*************************************************************************************************************
*******************************DECLARACAO DOS OBJETOS*********************************************************
**************************************************************************************************************/

/*

  tamanho display real

 * * * * * * * * * * * * * * * *
 * * * * * * * * * * * * * * * *
 * * * * * * * * * * * * * * * *
 * * * * * * * * * * * * * * * *
 * * * * * * * * * * * * * * * *
 * * * * * * * * * * * * * * * *
*/

const int LINHAS  = 6;
const int COLUNAS = 16;
 
LiquidCrystal lcd(12, 11, 10, 9, 8, 7);
SnakeLCD snakeLcd(&lcd);
 
BitArray2D ba(LINHAS, COLUNAS); //8 linhas e 20 colunas, usada para armazenar o estado do display
SnakeGame snake(&ba);

RotaryEncoderLimits lim[] = { {-1000,1000} };  //limites máximos e mínimos que as variaveis podem atingir
RotaryEncoder       re(A0, A1, 4, 1, lim);  //pino clk, pino dt, pino sw, variaveis, limites

/*************************************************************************************************************
*******************************FIM DECLARACAO DOS OBJETOS*****************************************************
**************************************************************************************************************/
  
/*************************************************************************************************************
*******************************TRATAMENTO DAS INTERRUPÇÕES****************************************************
**************************************************************************************************************/
//interrupções dos pinos A0 e A1 via Pin Change Interrupt
ISR(PCINT1_vect) {
  volatile static byte lastVal_a0 = LOW;
  volatile static byte lastVal_a1 = LOW;
  byte val_a0 = digitalRead(A0);
  byte val_a1 = digitalRead(A1);
  if (lastVal_a0 != val_a0){ re.update_a(); lastVal_a0 = val_a0; }
  if (lastVal_a1 != val_a1){ re.update_b(); lastVal_a1 = val_a1; }
}
 
void setup_interrupts(){
  //-----PCI - Pin Change Interrupt ----
  pinMode(A0,INPUT);   // set Pin as Input (default)
  digitalWrite(A0,HIGH);  // enable pullup resistor
  pinMode(A1,INPUT);   // set Pin as Input (default)
  digitalWrite(A1,HIGH);  // enable pullup resistor
  cli();
  PCICR |= 0b00000010; // habilita a porta C - Pin Change Interrupts
  PCMSK1 |= 0b00000011; // habilita interrupção da porta c nos pinos: PCINT8 (A0) e PCINT9(A1)
  sei();
}
 
/*************************************************************************************************************
*******************************FIM TRATAMENTO DAS INTERRUPÇÕES****************************************************
**************************************************************************************************************/
   
void update_display() {
  for (int col=0; col<ba.columns(); col++) {
    byte lin_lcd = 0;
    byte cont = 0;
    byte val = 0;
    
    for (int lin=0; lin<ba.rows(); lin++) {
      if (cont == 0){ val = 0; }
      val = val << 1; 
      val = val | ba.read(lin, col);
      cont++;
      if (cont == 3) {
        snakeLcd.write(col, lin_lcd, val) ;
        cont = 0;
        lin_lcd++;
      }
    }
  }
}
   
void setup() { 
  Serial.begin(9600);
  setup_interrupts();
  lcd.begin(16, 2);
  snakeLcd.createChars();
  randomSeed(analogRead(A2));
  re.setValue(0, 0);  //inicializa o rotary em 0
}
   
void loop() {
  static int val_encoder = 0;
  static boolean change = false;
  
  if (re.getValue(0) < val_encoder && !change){ 
    if (snake.getDirection() == DIR_STOP)  {snake.right(); } else
    if (snake.getDirection() == DIR_TOP) { snake.left();   } else
    if (snake.getDirection() == DIR_RIGHT) { snake.top();  } else
    if (snake.getDirection() == DIR_LEFT) { snake.bottom();  } else
    if (snake.getDirection() == DIR_BOTTOM) { snake.right();   } 
    
    change = true;
  }
  
  if (re.getValue(0) > val_encoder && !change ){
    if (snake.getDirection() == DIR_STOP)  {snake.right();   }  else
    if (snake.getDirection() == DIR_TOP) { snake.right();    } else
    if (snake.getDirection() == DIR_RIGHT) { snake.bottom(); } else
    if (snake.getDirection() == DIR_LEFT) { snake.top();     } else
    if (snake.getDirection() == DIR_BOTTOM) { snake.left();  } 
    
    change = true;
  }  
  
  val_encoder = re.getValue(0);
  if ( snake.update() ) { 
    change = false;
    update_display(); 
    Serial.println(val_encoder);
  }  
  
  //controla o click do botao do enconder
  static byte b = HIGH; //pra ler apenas uma vez o botao ao pressionar
  if( re.buttonRead() == LOW && b != re.buttonRead() ) {
    re.next();           //passa para a próxima variável (index)
    delay(200);          //debounce meia boca
  }
  b = re.buttonRead();
}

Arduino - Entrada de Texto com Rotary Encoder

Em algumas aplicações, temos eventualmente a necessidade de que o usuário digite algum texto. A maneira mais comum de se fazer isso é utilizando um teclado. Mas nem sempre essa é uma alternativa viável. Algum tempo atrás mostrei como digitar texto com teclado matricial numérico, como pode ser visto nesse link:  http://fabianoallex.blogspot.com.br/2015/05/arduino-teclado-4x3-texto-lcd.html e nesse outro, uma versão parecida, mas utilizando um controle remoto: http://fabianoallex.blogspot.com.br/2015/05/arduino-digitar-texto-com-controle.html. Porém, as vezes, nem uma dessas soluções é a mais viável de se utilizar, caso a entrada de dados seja algo muito eventual, ou ainda quando queremos algo que não ocupe tanto espaço.

Pensando nisso, aproveitei que estava com a mão na massa com o meu último artigo sobre Rotary Encoders, e desenvolvi uma classe pra escrever texto em um display LCD através de um Rotary Encoder.

Para maiores detalhes sobre o Rotary Encoder veja o artigo completo aqui: http://fabianoallex.blogspot.com.br/2016/05/arduino-rotary-encoder.html

Vídeo:

Código-Fonte:

/*
Fabiano A. Arndt - 2016
www.youtube.com/user/fabianoallex
www.facebook.com/dicasarduino
fabianoallex@gmail.com
*/
  
#include <LiquidCrystal.h>

/*************************************************************************************************************
************************************CLASSE ROTARY ENCODER*****************************************************
*************************************************************************************************************/
#define ROTARY_NO_BUTTON     255
   
struct RotaryEncoderLimits{
  int min;
  int max;
};
   
class RotaryEncoder {
  private:
    byte _pin_clk;
    byte _pin_dt;
    byte _pin_sw;
    volatile byte _num_results;
    volatile int _result;
    volatile int * _results;
    byte _index_result;
    RotaryEncoderLimits * _limits;
       
    boolean _a;
    boolean _b;
  public:
    RotaryEncoder(byte pin_clk, byte pin_dt, byte pin_sw = ROTARY_NO_BUTTON, byte num_results=1, RotaryEncoderLimits * limits=0){   //parametro do botao opcional
      _pin_clk = pin_clk;
      _pin_dt = pin_dt;
      _pin_sw = pin_sw;
      pinMode(_pin_clk, INPUT);
      pinMode(_pin_dt, INPUT);
      if (_pin_sw != ROTARY_NO_BUTTON){ 
        pinMode(_pin_sw, INPUT); 
        digitalWrite(_pin_sw, HIGH);
      }
      if (num_results == 0) { num_results = 1; }
      _num_results = num_results;
      _results = new int[_num_results];
      for (int i; i<_num_results; i++){ _results[i] = (limits) ? limits[i].min : 0; }
      _index_result = 0;
      _limits = limits;
      _a = false;
      _b = false;
    }
    byte getIndex() { return _index_result; }
    void next()     { _index_result++; if (_index_result >= _num_results) { _index_result = 0; } } 
    void update_a() {
      _result = 0;
      delay (1);
      if( digitalRead(_pin_clk) != _a ) { 
        _a = !_a;
        if ( _a && !_b ) { _result = -1; }
      }
      if (_results[_index_result]+_result >= _limits[_index_result].min && 
          _results[_index_result]+_result <= _limits[_index_result].max ) {
        _results[_index_result] += _result;
      }
    }
    void update_b() {
      _result = 0;
      delay (1);
      if( digitalRead(_pin_dt) != _b ) {  
        _b = !_b;
        if ( _b && !_a ) { _result = +1; }
      }
      if (_results[_index_result]+_result >= _limits[_index_result].min && 
          _results[_index_result]+_result <= _limits[_index_result].max ) {
        _results[_index_result] += _result;
      }
    }
    int read(){ return _result; }                                        //retorn -1, 0 ou 1.
    int getValue(int index=-1) {                                         //retorna o valor da variável corrente ou a passada como parametro
      if (index < 0 ){ return _results[_index_result]; }
      return _results[index];
    }
    void setValue(int value)           { _results[_index_result] = value; }         //caso a variável inicializa em determinado valor diferente de zero, utilizar esse método.
    void setValue(int index, int value){ _results[index] = value; }         //caso a variável inicializa em determinado valor diferente de zero, utilizar esse método.
    int buttonRead(){ return (_pin_sw == ROTARY_NO_BUTTON) ? LOW : digitalRead(_pin_sw); }
};
/*************************************************************************************************************
************************************FIM CLASSE ROTARY ENCODER*************************************************
*************************************************************************************************************/

/*************************************************************************************************************
************************************CLASSE ROTARY KEYBOARD****************************************************
*************************************************************************************************************/
const char teclas[] = {"abcdefghijklmnopqrstuvxwyz 0123456789"};  //caracteres a serem escolhidos
const unsigned long time_char = 1200;  //1200 milissegundos pra desconsiderar a ultima tecla
 
class RotaryKeyBoard {
  private:
    unsigned long   _millis_last_char;
    char            _last_char;
    String          _palavra;
    RotaryEncoder * _re;
    
    void _set_last_char(char c, int ind_palavra){
      if ( ind_palavra == 1 && _last_char != '\0' ) { _palavra += _last_char; }
      _last_char = c;
      _millis_last_char = millis();
    }    
    void _add(char c) { 
      if ( is_timing() ) {
        _set_last_char(  (teclas[_re->getValue(0)] == '\0') ? _last_char = teclas[0] : _last_char = teclas[_re->getValue(0)] , 0 );
        return ;
      }
      _set_last_char (c, 1); 
    }
  public:
    RotaryKeyBoard(RotaryEncoder * re){
      _re = re;
      _millis_last_char = millis();
      _last_char = '\0';
      _palavra = "";
      update();
      backspace();
      _re->setValue(0, 0);
    }
    
    char get_last_char() { return _last_char; }
    int is_timing()      { return ( (millis() - time_char) < _millis_last_char );  }
    String get_palavra() { return (_last_char) ? _palavra + _last_char : _palavra; }
    
    void backspace(){
      if (_palavra.length() >= 1){
        _last_char = _palavra[_palavra.length()-1];
        _palavra   = _palavra.substring(0, _palavra.length()-1);
      } else {
        _last_char = '\0';
      }
    }
    void update() {
      static char tecla_anterior = '\0';
      char tecla = teclas[_re->getValue(0)];
      if (tecla != tecla_anterior){
        if (tecla) { _add(tecla); }
      }
      tecla_anterior = tecla;
    }
};
/*************************************************************************************************************
************************************FIM CLASSE ROTARY KEYBOARD************************************************
*************************************************************************************************************/

/*************************************************************************************************************
************************************DECLARACOES DOS OBJETOS***************************************************
*************************************************************************************************************/
LiquidCrystal       lcd(12, 11, 10, 9, 8, 7);
RotaryEncoderLimits lim[] = { {0, sizeof(teclas)-1 }  };  //limites máximos e mínimos que as variaveis podem atingir
RotaryEncoder       re(A0, A1, 4, 1, lim);  //pino clk, pino dt, pino sw, variaveis
RotaryKeyBoard      teclado(&re);
/*************************************************************************************************************
************************************FIM DECLARACOES DOS OBJETOS***********************************************
*************************************************************************************************************/
 
/*************************************************************************************************************
************************************TRATAMENTO DAS INTERRUPÇÕES***********************************************
*************************************************************************************************************/
ISR(PCINT1_vect) {
  volatile static byte lastVal_a0 = LOW;
  volatile static byte lastVal_a1 = LOW;
  byte val_a0 = digitalRead(A0);
  byte val_a1 = digitalRead(A1);
  if (lastVal_a0 != val_a0){ re.update_a(); lastVal_a0 = val_a0; }
  if (lastVal_a1 != val_a1){ re.update_b(); lastVal_a1 = val_a1; }
}

void setup_interrupts(){
  pinMode(A0,INPUT);   // set Pin as Input (default)
  digitalWrite(A0,HIGH);  // enable pullup resistor
  pinMode(A1,INPUT);   // set Pin as Input (default)
  digitalWrite(A1,HIGH);  // enable pullup resistor
  cli();
  PCICR |= 0b00000010; // habilita a porta C - Pin Change Interrupts
  PCMSK1 |= 0b00000011; // habilita interrupção da porta c nos pinos: PCINT8 (A0) e PCINT9(A1)
  sei();
}
/*************************************************************************************************************
************************************FIM TRATAMENTO DAS INTERRUPÇÕES*******************************************
*************************************************************************************************************/

/*************************************************************************************************************
************************************SETUP / LOOP**************************************************************
*************************************************************************************************************/
void setup() {
  setup_interrupts();
  lcd.begin(16, 2);
  Serial.begin(9600);
}
 
void loop() {
  teclado.update();
  
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0); 
  lcd.print(teclado.get_palavra());
  lcd.cursor();
  lcd.setCursor(teclado.get_palavra().length() - (teclado.is_timing() ? 1 : 0 ), 0);
  
  //controla o click do botao do enconder
  static byte b = HIGH;                                           //pra ler apenas uma vez o botao ao pressionar
  if( re.buttonRead() == LOW && b != re.buttonRead() ) {
    teclado.backspace();  
    delay(200);
  }
  b = re.buttonRead();
  
  delay(100);
}
/*************************************************************************************************************
************************************FIM SETUP / LOOP**************************************************************
*************************************************************************************************************/

Arduino - Rotary Encoder

Muito comum em rádios de carros, o Rotary Encoder é um componente que se assemelha muito a um potenciômetro, porém com algumas diferenças importantes em seu funcionamento.

Obs. Há diversos modelos de Encoders com as mais variadas finalidades, como por exemplo as que são utilizados em mouse de computador (aquela rodinha utilizada para o scroll), mas o que iremos abordar aqui são os chamados Rotary Encoders do tipo "Quadrature Enconder".

Enquanto um potenciômetro possui limites físico de mínimo e máximo, o que limita o ângulo de giro do mesmo, um Rotary Encoder não os possui, podendo ser rotacionado infinitamente para qualquer um dos sentidos: horário e anti-horário. Isso significa que há diferenças na forma de trabalharmos com cada um pois em um potenciômetro a leitura é feita de modo analógico, ou seja, basicamente o potenciômetro é um divisor de tensão variável que tem seu valor alterado de acordo com a posição física do mesmo, enquanto que um Rotary Encoder, a informação que ele nos dá, não é relacionada à posição física em que o eixo se encontra, e sim baseado no sentido ao qual ele está girando ou se está parado, de modo que conforme ele gira, são emitidos sinais através de dois pinos que indicam o sentido de giro. Há ainda um botão em seu próprio eixo, o qual é muito útil em diversas aplicações.

Existem vantagens e desvantagens em seu uso em comparação com potenciômetros. Em geral um único Rotary Encoder pode ser utilizado pra configurar diferentes parâmetros em uma mesma aplicação, como em um rádio de carro, onde o mesmo pode ser utilizado pra aumentar ou diminuir o volume, busca por estações de rádio, ajustes no som como balanço, agudo, grave, etc, o que seria mais complicado de se fazer com um potenciômetro.

Outra vantagem de um Rotary Encoder é que ele pode ser utilizado em paralelo com outras interfaces. Por exemplo, imagine que você tenha que projetar um dimmer com ajuste através de um Rotary Encoder, mas você também gostaria de fazer esse mesmo ajuste através de uma página Web ou ainda de um celular via bluetooth. Ou seja, você teria diversas interfaces para controlar o mesmo parâmetro, o que seria um pouco mais complicado de se fazer com um potenciômetro, já que se um potenciômetro está na metade, por exemplo, seria impossível fazer esse ajuste a partir de qualquer outro lugar, pois fisicamente o potenciômetro continuaria na mesma posição.

Porém em várias aplicações, esses ajustes ou configurações, devem ser “lembrados” (ou seja, gravados em algum lugar), para que quando a aplicação for desligada não perca os dados informados, algo que não seria necessário com o uso de potenciômetros, pois o estado do potenciômetro se mantem mesmo desligado, ao contrário do Rotary Encoder.

Nas duas imagens abaixo, podemos ver que internamente um Rotary Encoder é composto por um eixo rotativo (Rotating shaft), o qual possui fixado a si um disco (Slit disk) com várias fendas espaçadas igualmente. Oposto a esse disco há um segundo disco (Fixed slit) com as mesmas fendas igualmente espaçadas. Ambos os discos ficam entremeio a um led e um par de fotos-transistores. Conforme o eixo gira, a luz emitida pelo diodo é interrompida/liberada pelos discos, de modo que cada um dos fotos-transistores emitam sinais em momentos diferentes.

Com isso é possível, baseado em qual dos fotos-transistores (Quad input A ou B) foi a 1 (ou HIGH) primeiro, saber se está sendo girado o eixo no sentido horário ou anti-horário. A partir da contagem dos passos que são dados em determinada direção é possível saber o quanto o Rotary girou.

Em nossos exemplos iremos utilizar um módulo igual ao mostrado na imagem abaixo, composto por um Rotary encoder e dois resistores de pull-up, um ligado ao pino CLK e outro ao Pino DT, há ainda no próprio módulo, espaço para ser ligado um resitor de pull-up ao pino do botão, porém o resistor não vem conectado ao módulo, como pode ser visto na imagem abaixo a esquerda:

Exemplo sem interrupções

No nosso primeiro exemplo vamos ver como implementar uma classe pra manipular o Rotary Encoder, mas sem o uso de Interrupções. Em geral, vários dos exemplos que encontramos na internet se baseiam na comunicação com o Arduino, através do uso de interrupções, porém, nem sempre é viável utilizá-las, pois a quantidade de interrupções de um microcontrolador são limitadas e podem já estar em uso por outros dispositivos, ou mesmo que não estejam sendo usadas, podemos estar trabalhando em uma aplicação que não tenha rotinas que demandem tempo de processamento muito alto, o que poderia permitir o uso sem maiores problemas de uma solução sem interrupções. Uma desvantagem desse método, é que podem ocorrer perdas de leituras durante o uso do enconder caso o Arduino esteja executando outra tarefa no exato momento de mudança de estado do encoder. Em geral, perder alguns pulsos ao utilizar o Encoder não é tão crítico assim, já que o próprio usuário tem o feedback visual e faz a correção até alcançar o valor desejado, porém, se o encoder estiver sendo utilizado pra detectar os giros de um motor, por exemplo, perder pulsos não é aceitável e pode levar a erros de execução da aplicação, logo, essa solução não seria a mais adequada. Entretanto, o que vai definir qual tipo de solução a ser utilizada serão as necessidades do seu projeto. Nesse artigo veremos soluções com e sem interrupções.

Ligação

encoder | arduino

clk --> pino 2

dt --> pino 3

sw --> pino 8

/**********************************************************************************
************************************CLASSE ROTARY ENCODER**************************
**********************************************************************************/
class RotaryEncoder {
  private:
    byte _pin_clk;
    byte _pin_dt;
    byte _pin_sw;
    int _result;
  public:
    RotaryEncoder(byte pin_clk, byte pin_dt, byte pin_sw = 255){   //parametro do botao opcional
      _pin_clk = pin_clk;
      _pin_dt = pin_dt;
      _pin_sw = pin_sw;
      pinMode(_pin_clk, INPUT);
      pinMode(_pin_dt, INPUT);
      if (_pin_sw != 255){ 
        pinMode(_pin_sw, INPUT); 
        digitalWrite(_pin_sw, HIGH);
      }
    }
    void update() {
      static int oldA = HIGH;
      static int oldB = HIGH;
      static unsigned long lmillis = 0;
      _result = 0;
      if (millis() - 1 > lmillis){     //previne leituras falsas
        int newA = digitalRead(_pin_clk);
        int newB = digitalRead(_pin_dt);
        if ( (newA != oldA || newB != oldB) && (oldA == HIGH && newA == LOW) ) { _result = (-oldB * 2 + 1); }
        oldA = newA;
        oldB = newB;
        lmillis = millis();
      }
    }
    int read(){ return _result; }             //retorn -1, 0 ou 1.   
    int buttonRead(){ return (_pin_sw == 255) ? LOW : digitalRead(_pin_sw); }   //retorna a leitura do pino do botão do encoder, caso tenha sido utilizado o botão
};
/**********************************************************************************
************************************FIM CLASSE ROTARY ENCODER**********************
**********************************************************************************/


RotaryEncoder re(3, 2, 8);  //pinos clk, dt, sw

int val = 0;

void setup() { Serial.begin(9600);  }

void loop() {
  int pressionou = false;
  
  re.update();                                           //faz a leitura do rotary encoder
  
  if(re.buttonRead() == LOW) { 
    if (val != 0) { pressionou = true; }
    val = 0; 
  }
  
  if (re.read() != 0 || pressionou) {                    //se rotacionou ou pressionou o botão  -->       -1, 0 ou 1
    val += re.read();                                    //incrementa ou decrementa
    Serial.print(val); 
    Serial.print("   "); 
    Serial.println(re.read()); 
  }
}

O que fizemos no código anterior foi criar uma classe que gerencia um Rotary Encoder a qual apenas nos diz em qual sentido o encoder girou ou se está parado. Porém a variável que acumula os incrementos e decrementos, não é gerenciada pela classe e sim externamente.

No nosso próximo exemplo vamos incluir algumas funcionalidades extras, onde a própria classe irá gerenciar a variável incrementada, mas com a possibilidade de serem gerenciadas mais de uma variável, além disso permitiremos definir limites mínimos e máximos para cada variável. Isso é útil quando o mesmo encoder é utilizado para configurar vários parâmetros diferentes, como acontece no rádio de um carro, onde o mesmo é utilizado para aumentar o volume, balanço, grave, etc.

Controlando múltiplos parâmetros com o mesmo encoder:

/**********************************************************************************
************************************CLASSE ROTARY ENCODER**************************
**********************************************************************************/
#define ROTARY_NO_BUTTON     255

struct RotaryEncoderLimits{
  int min;
  int max;
};

class RotaryEncoder {
  private:
    byte _pin_clk;
    byte _pin_dt;
    byte _pin_sw;
    byte _num_results;
    int _result;
    int * _results;
    byte _index_result;
    RotaryEncoderLimits * _limits;
  public:
    RotaryEncoder(byte pin_clk, byte pin_dt, byte pin_sw = ROTARY_NO_BUTTON, byte num_results=1, RotaryEncoderLimits * limits=0){   //parametro do botao opcional
      _pin_clk = pin_clk;
      _pin_dt = pin_dt;
      _pin_sw = pin_sw;
      pinMode(_pin_clk, INPUT);
      pinMode(_pin_dt, INPUT);
      if (_pin_sw != ROTARY_NO_BUTTON){ 
        pinMode(_pin_sw, INPUT); 
        digitalWrite(_pin_sw, HIGH);
      }
      if (num_results == 0) { num_results = 1; }
      _num_results = num_results;
      _results = new int[_num_results];
      for (int i; i<_num_results; i++){ _results[i] = (limits) ? limits[i].min : 0; }
      _index_result = 0;
      _limits = limits;
    }
    byte getIndex() { return _index_result; }
    void next()     { _index_result++; if (_index_result >= _num_results) { _index_result = 0; } } 
    void update()   {
      static int oldA = HIGH;
      static int oldB = HIGH;
      static unsigned long lmillis = 0;
      _result = 0;
      if (millis() - 1 > lmillis){     //previne leituras falsas
        int newA = digitalRead(_pin_clk);
        int newB = digitalRead(_pin_dt);
        if ( (newA != oldA || newB != oldB) && (oldA == HIGH && newA == LOW) ) { _result = (-oldB * 2 + 1); }
        oldA = newA;
        oldB = newB;
        lmillis = millis();
      }
      if (_results[_index_result]+_result >= _limits[_index_result].min && 
          _results[_index_result]+_result <= _limits[_index_result].max ) {
        _results[_index_result] += _result;
      }
    }
    int read(){ return _result; }                                        //retorn -1, 0 ou 1.
    int getValue() {return _results[_index_result]; }                    //retorna o valor da variável
    void setValue(int value){ _results[_index_result] = value; }         //caso a variável inicializa em determinado valor diferente de zero, utilizar esse método.
    int buttonRead(){ return (_pin_sw == ROTARY_NO_BUTTON) ? LOW : digitalRead(_pin_sw); }
};
/**********************************************************************************
************************************FIM CLASSE ROTARY ENCODER**********************
**********************************************************************************/

RotaryEncoderLimits lim[] = { {0,10}, {-5,5}, {-32768, 32767} };

RotaryEncoder re(3, 2, 8, 3, lim);  //pinos clk, dt, sw, 3 valores diferentes serão controlados
byte lastButton = HIGH;

void setup() { Serial.begin(9600);  }

void loop() {
  int pressionou = false;
  
  re.update();       //primeiro fazemos a chamada para o update para que seja feita a leitura do rotary encoder
  
  if( re.buttonRead() == LOW && lastButton != re.buttonRead() ) {  //a cada clique, passamos a gerenciar a próxima variável
    re.next(); 
    pressionou = true; 
    lastButton = re.buttonRead();
    delay(300);  //debounce meia boca
  } else {
    lastButton = re.buttonRead();
  }
  
  if (re.read() != 0 || pressionou) {                    //se rotacionou ou pressionou o botão  -->       -1, 0 ou 1
    Serial.print("index: "); 
    Serial.print(re.getIndex()); 
    Serial.print(" = "); 
    Serial.println(re.getValue()); 
  }
}

Exemplo com uma interrupção

Agora iremos modificar o código anterior, que executava apenas no loop, para que possamos controlar as chamadas ao método update através do uso de uma única interrupção.

A vantagem do uso de interrupções, é que ela nos dá mais garantias de que não iremos perder pulsos, pois a resposta se dá imediatamente com a detecção da interrupção.

Nos códigos anteriores atualizávamos nosso encoder através de chamadas ao método update dentro do próprio loop. Como agora devemos executar a chamada do método update através de uma interrupção, foi criada uma função chamada interrupt_re, a qual será responsável pela chamada ao método update da classe. Após ser executado o update, os dados internos da classe serão atualizados e poderão ser utilizados da maneira que necessitarmos em nosso programa.

Essa classe detecta de maneira muito precisa os incrementos (sentido horário) e decrementos (sentido anti-horário) de estados na maioria dos casos, mas em uma determinada situação, ele perde a leitura de decremento, mas apenas quando a leitura anterior foi um incremento, ou seja, imagine que você esteja girando o encoder no sentido horário, fazendo vários incrementos, e em determinado momento resolve girar no sentido contrário, realizando alguns decrementos.  Esse primeiro pulso, no sentido contrário, será perdido, não sendo detectado, porém a partir dos próximos decrementos a leitura se dá normalmente. Em várias aplicações, esse problema não chega a ser prejudicial ao usuário, mas cabe a você como programador avaliar isso.

/**********************************************************************************
************************************CLASSE ROTARY ENCODER**************************
**********************************************************************************/
#define ROTARY_NO_BUTTON     255

struct RotaryEncoderLimits{
  int min;
  int max;
};

class RotaryEncoder {
  private:
    byte _pin_clk;
    byte _pin_dt;
    byte _pin_sw;
    byte _num_results;
    volatile int _result;
    volatile int * _results;
    byte _index_result;
    RotaryEncoderLimits * _limits;
  public:
    RotaryEncoder(byte pin_clk, byte pin_dt, byte pin_sw = ROTARY_NO_BUTTON, byte num_results=1, RotaryEncoderLimits * limits=0){   //parametro do botao opcional
      _pin_clk = pin_clk;
      _pin_dt = pin_dt;
      _pin_sw = pin_sw;
      pinMode(_pin_clk, INPUT);
      pinMode(_pin_dt, INPUT);
      if (_pin_sw != ROTARY_NO_BUTTON){ 
        pinMode(_pin_sw, INPUT); 
        digitalWrite(_pin_sw, HIGH);
      }
      if (num_results == 0) { num_results = 1; }
      _num_results = num_results;
      _results = new int[_num_results];
      for (int i; i<_num_results; i++){ _results[i] = (limits) ? limits[i].min : 0; }
      _index_result = 0;
      _limits = limits;
    }
    byte getIndex() { return _index_result; }
    void next()     { _index_result++; if (_index_result >= _num_results) { _index_result = 0; } } 
    void update()   {
      static int oldA = HIGH;
      static int oldB = HIGH;
      _result = 0;
      int newA = digitalRead(_pin_clk);
      int newB = digitalRead(_pin_dt);
      if ( (newA != oldA || newB != oldB) && (oldA == HIGH && newA == LOW ) ) { _result = (- oldB * 2 + 1); }
      oldA = newA;
      oldB = newB;
      if (_results[_index_result]+_result >= _limits[_index_result].min && 
          _results[_index_result]+_result <= _limits[_index_result].max ) {
        _results[_index_result] += _result;
      }
    }
    int read(){ return _result; }                                        //retorn -1, 0 ou 1.
    int getValue() {return _results[_index_result]; }                    //retorna o valor da variável corrente
    void setValue(int value){ _results[_index_result] = value; }         //caso a variável inicializa em determinado valor diferente de zero, utilizar esse método.
    int buttonRead(){ return (_pin_sw == ROTARY_NO_BUTTON) ? LOW : digitalRead(_pin_sw); }
};
/**********************************************************************************
************************************FIM CLASSE ROTARY ENCODER**********************
**********************************************************************************/

RotaryEncoderLimits lim[] = { {0,10}, {-5,5}, {-32768, 32767} };  //limites máximos e mínimos que as variaveis podem atingir
RotaryEncoder       re(2, 3, 8, 3, lim);  //pino clk, pino dt, pino sw, variaveis

//executado pela interrupcao
void interrupt_re() {                            
  re.update();
  if (re.read() != 0 ) {                    //se rotacionou -->    -1, 0 ou 1
    Serial.print("index: "); 
    Serial.print(re.getIndex()); 
    Serial.print(" = "); 
    Serial.print(re.getValue()); 
    Serial.print(" -  "); 
    Serial.println(re.read() > 0 ? "horario" : "anti-horario"); 
  }
}

void setup() { 
  Serial.begin(9600); 
  attachInterrupt(INT1, interrupt_re, CHANGE);
}

void loop()  {
  static byte b = HIGH; //pra ler apenas uma vez o botao ao pressionar
  
  if( re.buttonRead() == LOW && b != re.buttonRead() ) {
    re.next();  //passa para a próxima variável (index)

    Serial.print("index: "); 
    Serial.print(re.getIndex()); 
    Serial.print(" = "); 
    Serial.print(re.getValue()); 
    Serial.println(" - Click"); 

    b = re.buttonRead();
    delay(200);  //debounce meia boca
  } else {
    b = re.buttonRead();
  }
}

Exemplo com duas interrupções

Esse próximo exemplo é o mais seguro se tratando de evitar perdas de pulsos, já que ele se utiliza de duas interrupções, uma para o pino de clock e outra para o pino dt do encoder.

Como pode ser visto agora, a classe possui dois métodos update, um a e outro b, que irão ser chamados de acordo com a detecção da interrupção de cada um dos pinos.

/**********************************************************************************
************************************CLASSE ROTARY ENCODER**************************
**********************************************************************************/
#define ROTARY_NO_BUTTON     255

struct RotaryEncoderLimits{
  int min;
  int max;
};

class RotaryEncoder {
  private:
    byte _pin_clk;
    byte _pin_dt;
    byte _pin_sw;
    volatile byte _num_results;
    volatile int _result;
    volatile int * _results;
    byte _index_result;
    RotaryEncoderLimits * _limits;
    
    boolean _a;
    boolean _b;
  public:
    RotaryEncoder(byte pin_clk, byte pin_dt, byte pin_sw = ROTARY_NO_BUTTON, byte num_results=1, RotaryEncoderLimits * limits=0){   //parametro do botao opcional
      _pin_clk = pin_clk;
      _pin_dt = pin_dt;
      _pin_sw = pin_sw;
      pinMode(_pin_clk, INPUT);
      pinMode(_pin_dt, INPUT);
      if (_pin_sw != ROTARY_NO_BUTTON){ 
        pinMode(_pin_sw, INPUT); 
        digitalWrite(_pin_sw, HIGH);
      }
      if (num_results == 0) { num_results = 1; }
      _num_results = num_results;
      _results = new int[_num_results];
      for (int i; i<_num_results; i++){ _results[i] = (limits) ? limits[i].min : 0; }
      _index_result = 0;
      _limits = limits;
      _a = false;
      _b = false;
    }
    byte getIndex() { return _index_result; }
    void next()     { _index_result++; if (_index_result >= _num_results) { _index_result = 0; } } 
    void update_a() {
      _result = 0;
      delay (1);
      if( digitalRead(_pin_clk) != _a ) { 
        _a = !_a;
        if ( _a && !_b ) { _result = -1; }
      }
      if (_results[_index_result]+_result >= _limits[_index_result].min && 
          _results[_index_result]+_result <= _limits[_index_result].max ) {
        _results[_index_result] += _result;
      }
    }
    void update_b() {
      _result = 0;
      delay (1);
      if( digitalRead(_pin_dt) != _b ) {  
        _b = !_b;
        if ( _b && !_a ) { _result = +1; }
      }
      if (_results[_index_result]+_result >= _limits[_index_result].min && 
          _results[_index_result]+_result <= _limits[_index_result].max ) {
        _results[_index_result] += _result;
      }
    }
    int read(){ return _result; }                                        //retorn -1, 0 ou 1.
    int getValue() {return _results[_index_result]; }                    //retorna o valor da variável corrente
    void setValue(int value){ _results[_index_result] = value; }         //caso a variável inicializa em determinado valor diferente de zero, utilizar esse método.
    int buttonRead(){ return (_pin_sw == ROTARY_NO_BUTTON) ? LOW : digitalRead(_pin_sw); }
};
/**********************************************************************************
************************************FIM CLASSE ROTARY ENCODER**********************
**********************************************************************************/

RotaryEncoderLimits lim[] = { {0,10}, {-5,5}, {-32768, 32767} };  //limites máximos e mínimos que as variaveis podem atingir
RotaryEncoder       re(2, 3, 8, 3, lim);  //pino clk, pino dt, pino sw, variaveis

//executados pela interrupcões
void interrupt_re_a() { re.update_a(); print(); }
void interrupt_re_b() { re.update_b(); print(); }

void print(){
  if (re.read() != 0 ) {                    //se rotacionou -->    -1, 0 ou 1
    Serial.print("index: "); 
    Serial.print(re.getIndex()); 
    Serial.print(" = "); 
    Serial.print(re.getValue()); 
    Serial.print(" - "); 
    Serial.println(re.read() > 0 ? "horario" : "anti-horario"); 
  }
}

void setup() { 
  Serial.begin(9600); 
  attachInterrupt(INT0, interrupt_re_a, CHANGE);
  attachInterrupt(INT1, interrupt_re_b, CHANGE);
}

void loop()  {
  static byte b = HIGH; //pra ler apenas uma vez o botao ao pressionar
  
  if( re.buttonRead() == LOW && b != re.buttonRead() ) {
    re.next();  //passa para a próxima variável (index)

    Serial.print("index: "); 
    Serial.print(re.getIndex()); 
    Serial.print(" = "); 
    Serial.print(re.getValue()); 
    Serial.println(" - Click"); 

    b = re.buttonRead();
    delay(200);  //debounce meia boca
  } else {
    b = re.buttonRead();
  }
}

Conclusão

Espero que as rotinas apresentadas aqui sejam úteis em seus projetos, pois como podemos ver há diversas situações a serem consideradas, por isso procurei abordar algumas delas, pois ao procurarmos soluções na internet sobre o assunto, há bastante coisas, e muitas delas não funcionam de acordo com o que precisamos e os próprios exemplos encontrados não são muito claros em seu funcionamento.

No início do artigo eu citei a necessidade que algumas aplicações têm de serem gravados os valores atuais do encoder para não se perderem ao serem reiniciadas (por exemplo o volume do som do carro). Porém acabei não implementado essa funcionalidade nos exemplos apresentados, pois deixaria o código um pouco mais complexo. Mas não é muito difícil, a partir dos exemplos, implementar tais funções. A solução mais recomendada nesses casos é utilizar a eeprom.


Atualização - 21/05/2016

Fiz um exemplo de como utilizar o encoder em um display lcd. Vou deixar o código e vídeo abaixo. Caso eu venha a fazer outros exemplos, irei adicionando aqui nesse mesmo artigo.

Para mais detalhes sobre como gerar barras de progresso no display LCD veja esse artigo: http://fabianoallex.blogspot.com.br/2015/10/arduino-lcd-progress-bar-barra-de.html

Código do exemplo do vídeo:

/*
Fabiano A. Arndt - 2015
www.youtube.com/user/fabianoallex
www.facebook.com/dicasarduino
fabianoallex@gmail.com
*/
 
#include <LiquidCrystal.h>
#include <SPI.h>
 
/*************************************************************************************************************
*******************************CLASSE LCD PROGRESS BAR********************************************************
**************************************************************************************************************/
byte c1[8] = {B10000,  B10000,  B10000,  B10000,  B10000,  B10000,  B10000,  B10000};
byte c2[8] = {B11000,  B11000,  B11000,  B11000,  B11000,  B11000,  B11000,  B11000};
byte c3[8] = {B11100,  B11100,  B11100,  B11100,  B11100,  B11100,  B11100,  B11100};
byte c4[8] = {B11110,  B11110,  B11110,  B11110,  B11110,  B11110,  B11110,  B11110};
byte c5[8] = {B11111,  B11111,  B11111,  B11111,  B11111,  B11111,  B11111,  B11111};
 
class LCDProgressBar {
  private:
    LiquidCrystal * _lcd;
    int _row;
    int _col;
    int _len;
    int _perc; /*0..100*/
  public:
    void createChars() {
      _lcd->createChar(0, c1);
      _lcd->createChar(1, c2);
      _lcd->createChar(2, c3);
      _lcd->createChar(3, c4);
      _lcd->createChar(4, c5);
    }
   
    LCDProgressBar(LiquidCrystal * lcd, int row, int col, int len) {
      _lcd = lcd;      _row = row;      _col = col;      _len = len;
    }
     
    void setPerc(int perc){
      _perc = perc;
      if (perc > 100) { _perc = 100; }
      if (perc < 000) { _perc = 000; }
       
      _lcd->setCursor(_col, _row);
      for (int i=0; i<(_len);i++) { _lcd->print(" "); }
      _lcd->setCursor(_col, _row);
       
      int bars  = 5 * _len * _perc / 100;
      int div   = bars / 5;  //divisao
      int resto = bars % 5;  //resto
      for (int i=0; i<div; i++)  { _lcd->write((byte)4);         }  //pinta todo o quadro
      if (resto > 0 )            { _lcd->write((byte)(resto-1)); }  //pinta o quadro com a quantidade de barras proporcional
    }
};
/*************************************************************************************************************
*******************************FIM CLASSE LCD PROGRESS BAR****************************************************
**************************************************************************************************************/

/*************************************************************************************************************
************************************CLASSE ROTARY ENCODER*****************************************************
*************************************************************************************************************/
#define ROTARY_NO_BUTTON     255
 
struct RotaryEncoderLimits{
  int min;
  int max;
};
 
class RotaryEncoder {
  private:
    byte _pin_clk;
    byte _pin_dt;
    byte _pin_sw;
    volatile byte _num_results;
    volatile int _result;
    volatile int * _results;
    byte _index_result;
    RotaryEncoderLimits * _limits;
     
    boolean _a;
    boolean _b;
  public:
    RotaryEncoder(byte pin_clk, byte pin_dt, byte pin_sw = ROTARY_NO_BUTTON, byte num_results=1, RotaryEncoderLimits * limits=0){   //parametro do botao opcional
      _pin_clk = pin_clk;
      _pin_dt = pin_dt;
      _pin_sw = pin_sw;
      pinMode(_pin_clk, INPUT);
      pinMode(_pin_dt, INPUT);
      if (_pin_sw != ROTARY_NO_BUTTON){ 
        pinMode(_pin_sw, INPUT); 
        digitalWrite(_pin_sw, HIGH);
      }
      if (num_results == 0) { num_results = 1; }
      _num_results = num_results;
      _results = new int[_num_results];
      for (int i; i<_num_results; i++){ _results[i] = (limits) ? limits[i].min : 0; }
      _index_result = 0;
      _limits = limits;
      _a = false;
      _b = false;
    }
    byte getIndex() { return _index_result; }
    void next()     { _index_result++; if (_index_result >= _num_results) { _index_result = 0; } } 
    void update_a() {
      _result = 0;
      delay (1);
      if( digitalRead(_pin_clk) != _a ) { 
        _a = !_a;
        if ( _a && !_b ) { _result = -1; }
      }
      if (_results[_index_result]+_result >= _limits[_index_result].min && 
          _results[_index_result]+_result <= _limits[_index_result].max ) {
        _results[_index_result] += _result;
      }
    }
    void update_b() {
      _result = 0;
      delay (1);
      if( digitalRead(_pin_dt) != _b ) {  
        _b = !_b;
        if ( _b && !_a ) { _result = +1; }
      }
      if (_results[_index_result]+_result >= _limits[_index_result].min && 
          _results[_index_result]+_result <= _limits[_index_result].max ) {
        _results[_index_result] += _result;
      }
    }
    int read(){ return _result; }                                        //retorn -1, 0 ou 1.
    int getValue(int index=-1) {                                         //retorna o valor da variável corrente ou a passada como parametro
      if (index < 0 ){ return _results[_index_result]; }
      return _results[index];
    }
    void setValue(int value){ _results[_index_result] = value; }         //caso a variável inicializa em determinado valor diferente de zero, utilizar esse método.
    int buttonRead(){ return (_pin_sw == ROTARY_NO_BUTTON) ? LOW : digitalRead(_pin_sw); }
};
/*************************************************************************************************************
************************************FIM CLASSE ROTARY ENCODER*************************************************
*************************************************************************************************************/

LiquidCrystal lcd(12, 11, 10, 9, 8, 7);
LCDProgressBar lcdBar1(&lcd, 0, 10, 6); //inclui uma barra no lcd, primeira linha, coluna 10. tamanho 6
LCDProgressBar lcdBar2(&lcd, 1, 10, 6); //inclui outra barra no lcd, segunda linha, coluna 10. tamanho 6


RotaryEncoderLimits lim[] = { {0,20}, {0,50} };  //limites máximos e mínimos que as variaveis podem atingir
RotaryEncoder       re(2, 3, 4, 2, lim);  //pino clk, pino dt, pino sw, variaveis
 
void interrupt_re_a() { re.update_a(); }
void interrupt_re_b() { re.update_b(); }
 
void setup()   {
  attachInterrupt(INT0, interrupt_re_a, CHANGE);
  attachInterrupt(INT1, interrupt_re_b, CHANGE);
  
  Serial.begin(9600);
  lcdBar1.createChars();
  pinMode(5, OUTPUT);
  analogWrite(5, 100); //utilizado para aumentar o contraste
  lcd.begin(16, 2);
}
 
void loop() {
  lcd.setCursor(0, 0);
  int value = re.getValue(0);
  int perc = value/20.0 * 100;
  if (value <  10) {lcd.print("00");} else {
  if (value < 100) {lcd.print("0");}       }
  lcd.print(value);
  lcd.print("/");
  lcd.print(20);
  
  char c = ((re.getIndex() == 0)) ? '>' : ' ';
  lcd.setCursor(8, 0); 
  lcd.print(c);
   
  lcdBar1.setPerc(perc);  //atualização da primeira barra de progresso
  
  
  lcd.setCursor(0, 1);
  value = re.getValue(1);
  perc = value/50.0 * 100;
  if (value <  10) {lcd.print("00");} else {
  if (value < 100) {lcd.print("0");}       }
  lcd.print(value);
  lcd.print("/");
  lcd.print(50);
  
  c = ((re.getIndex() == 1)) ? '>' : ' ';
  lcd.setCursor(8, 1); 
  lcd.print(c);
   
  lcdBar2.setPerc(perc); //atualização da segunda barra de progresso
  
  
  
  //controla o click do botao do enconder
  static byte b = HIGH; //pra ler apenas uma vez o botao ao pressionar
  if( re.buttonRead() == LOW && b != re.buttonRead() ) {
    re.next();  //passa para a próxima variável (index)
    delay(200);  //debounce meia boca
  }
  b = re.buttonRead();
  
  delay(100);
}

Atualização 22/05/2016 - Exemplo por timer

Nas duas primeiras versões que mostrei no início do artigo, abordei exemplos que não se baseiam em interrupções, mas na atualização apenas dentro do loop, pois muitas vezes as interrupções disponíveis já podem estar em uso por outros dispositivos. Porém, como explicado inicialmente, o nosso loop precisa ser executado numa frequência alta para que qualquer movimento no encoder seja detectado. Qualquer processamento feito dentro do loop que demore um pouco mais do que o normal ou o uso de delays podem causar erros na leitura do encoder. Pensando nesses casos, onde não temos nem pinos de interrupções externas disponíveis e nem a garantia de execução numa frequencia alta no loop, criei uma outra solução, baseada em timers. Ou seja, foi criada uma interrupção por timer que constantemente verifica se houve leituras no encoder. Quanto maior a frequência de execução do timer, mais seguro será a execução da rotina, porém, mais processamento é exigido. Os valores mais apropriados para a frequência de execução do timer, foram entre 100 e 500 Hz, ou seja, executado entre 100 e 500 vezes por segundo. Valores mais próximos de 100 só tiveram leituras erradas quando o encoder foi girado um pouco mais rápido que o normal. Se isso ocorrer em sua aplicação o mais indicado é utilizar um valor mais próximo de 500Hz.

Código:

/**********************************************************************************
************************************CLASSE ROTARY ENCODER**************************
**********************************************************************************/
#define ROTARY_NO_BUTTON     255
 
struct RotaryEncoderLimits{
  int min;
  int max;
};
 
class RotaryEncoder {
  private:
    byte _pin_clk;
    byte _pin_dt;
    byte _pin_sw;
    byte _num_results;
    int _result;
    int * _results;
    byte _index_result;
    RotaryEncoderLimits * _limits;
  public:
    RotaryEncoder(byte pin_clk, byte pin_dt, byte pin_sw = ROTARY_NO_BUTTON, byte num_results=1, RotaryEncoderLimits * limits=0){   //parametro do botao opcional
      _pin_clk = pin_clk;
      _pin_dt = pin_dt;
      _pin_sw = pin_sw;
      pinMode(_pin_clk, INPUT);
      pinMode(_pin_dt, INPUT);
      if (_pin_sw != ROTARY_NO_BUTTON){ 
        pinMode(_pin_sw, INPUT); 
        digitalWrite(_pin_sw, HIGH);
      }
      if (num_results == 0) { num_results = 1; }
      _num_results = num_results;
      _results = new int[_num_results];
      _index_result = 0;
      _limits = limits;
      for (int i; i<_num_results; i++){ _results[i] = (limits) ? limits[i].min : 0; }
    }
    byte getIndex() { return _index_result; }
    void next()     { _index_result++; if (_index_result >= _num_results) { _index_result = 0; } } 
    void update()   {
      static int oldA = HIGH;
      static int oldB = HIGH;
      static unsigned long lmillis = 0;
      _result = 0;
      if (millis() - 1 > lmillis){     //previne leituras falsas
        int newA = digitalRead(_pin_clk);
        int newB = digitalRead(_pin_dt);
        if ( (newA != oldA || newB != oldB) && (oldA == HIGH && newA == LOW) ) { _result = (oldB * 2 - 1); }
        oldA = newA;
        oldB = newB;
        lmillis = millis();
      }
      if (_results[_index_result]+_result >= _limits[_index_result].min && 
          _results[_index_result]+_result <= _limits[_index_result].max ) {
        _results[_index_result] += _result;
      }
    }
    int read(){ return _result; }                                        //retorn -1, 0 ou 1.
    int getValue() {return _results[_index_result]; }                    //retorna o valor da variável
    void setValue(int value){ _results[_index_result] = value; }         //caso a variável inicializa em determinado valor diferente de zero, utilizar esse método.
    int buttonRead(){ return (_pin_sw == ROTARY_NO_BUTTON) ? LOW : digitalRead(_pin_sw); }
};
/**********************************************************************************
************************************FIM CLASSE ROTARY ENCODER**********************
**********************************************************************************/

#define val_freq 500  //frequencia em hz para a execucao do timer1. quanto mais rápido for girado o encoder, maior deve ser essa frequencia. o resultado mais adequando foi 500x por segundo
#define freq(x) 65536 - (16000000 / 1024 / x)           //calcula a frequencia a ser utilizada pelo timer1 na nossa rotina abaixo. x indica o valor da frequencia desejada


RotaryEncoderLimits lim[] = { {0,10}, {-5,5}, {-32768, 32767} };
 
RotaryEncoder re(3, 2, 4, 3, lim);  //pinos clk, dt, sw, 3 valores diferentes serão controlados
byte lastButton = HIGH;

//interrupção do TIMER1 
ISR(TIMER1_OVF_vect) {
  //atençao. essa rotina irá repetir várias vezes por segundo, portanto não adicione nada que seja muito lento aqui.
  TCNT1 = freq(val_freq);
  int pressionou = false;
  re.update();       //primeiro fazemos a chamada para o update para que seja feita a leitura do rotary encoder
  if( re.buttonRead() == LOW && lastButton != re.buttonRead() ) {  //a cada clique, passamos a gerenciar a próxima variável
    re.next(); 
    pressionou = true; 
    lastButton = re.buttonRead();
    delay(300);  //debounce meia boca
  } else {
    lastButton = re.buttonRead();
  }
  if (re.read() != 0 || pressionou) {                    //se rotacionou ou pressionou o botão  -->       -1, 0 ou 1
    Serial.print("index: "); 
    Serial.print(re.getIndex()); 
    Serial.print(" = "); 
    Serial.print(re.getValue()); 
    Serial.print(" - "); 
    Serial.println(re.read() > 0 ? "horario" : "anti-horario"); 
  }
}
 
void setup() { 
  Serial.begin(9600);  
  
  // Configuração do timer1 
  TCCR1A = 0;                        //confira timer para operação normal pinos OC1A e OC1B desconectados
  TCCR1B = 0;                        //limpa registrador
  TCCR1B |= (1<<CS10)|(1 << CS12);   // configura prescaler para 1024: CS12 = 1 e CS10 = 1
  TCNT1 = freq(val_freq);           // inicia o timer na frequencia ajustada na variavel val_freq. ajustar para frequencia mais indicada
  TIMSK1 |= (1 << TOIE1);            // habilita a interrupção do TIMER1
}
 
void loop() {
  //pra simular um loop lento, adicionei um delay de 2 segundos
  Serial.println(" - - - - - - - - teste - - - - - - - - ");
  delay(2000);
}

Atualização 24/05/2016 - Exemplo utilizando Pin Change Interrupts - PCI

O exemplo mais preciso mostrado nesse artigo foi aquele utilizando interrupções externas, porém como vimos elas são bem limitadas, pois no caso do Arduino Uno temos apenas duas, e utiliza-las significa que se precisarmos de interrupções para outros dispositivos, poderemos vir a ter problemas. Porém mesmo que não possamos utilizar nenhuma das interrupções disponíveis, ainda assim temos outro recurso que o Arduino nos oferece, que é utilizar interrupções PCI - Pin Change Interrupts.

Na verdade essas interrupções estão associadas não a um pino específico, mas sim a um grupo de pinos, que seriam todos os pinos de uma determinada porta do Arduino. No Arduino Uno, por exemplo, temos 3 portas que são: PortB, PortC e PortD. Quando qualquer um dos pinos de uma determinada porta muda de estado, a interrupção referente a porta ao qual o pino pertence é disparada. Não vou entrar em detalhes do funcionamento desse tipo de interrupção aqui, até porque não é o foco, então sugiro uma leitura a respeito para entender melhor essa parte da programação do próximo exemplo.

Nesse próximo exemplo, utilizamos os pinos A0 e A1 como entradas dos pinos Clk e Dt do Encoder, como pode ser visto no código abaixo. Além disso utilizamos um display LCD para mostrar o resultado das leituras do encoder. Em relação ao outro exemplo com o display LCD, foi alterada a progress bar.

Vídeo:

Código:

/*
Fabiano A. Arndt - 2016
www.youtube.com/user/fabianoallex
www.facebook.com/dicasarduino
fabianoallex@gmail.com
*/
 
#include <LiquidCrystal.h>

/*************************************************************************************************************
************************************CLASSE ROTARY ENCODER*****************************************************
*************************************************************************************************************/
#define ROTARY_NO_BUTTON     255
  
struct RotaryEncoderLimits{
  int min;
  int max;
};
  
class RotaryEncoder {
  private:
    byte _pin_clk;
    byte _pin_dt;
    byte _pin_sw;
    volatile byte _num_results;
    volatile int _result;
    volatile int * _results;
    byte _index_result;
    RotaryEncoderLimits * _limits;
      
    boolean _a;
    boolean _b;
  public:
    RotaryEncoder(byte pin_clk, byte pin_dt, byte pin_sw = ROTARY_NO_BUTTON, byte num_results=1, RotaryEncoderLimits * limits=0){   //parametro do botao opcional
      _pin_clk = pin_clk;
      _pin_dt = pin_dt;
      _pin_sw = pin_sw;
      pinMode(_pin_clk, INPUT);
      pinMode(_pin_dt, INPUT);
      if (_pin_sw != ROTARY_NO_BUTTON){ 
        pinMode(_pin_sw, INPUT); 
        digitalWrite(_pin_sw, HIGH);
      }
      if (num_results == 0) { num_results = 1; }
      _num_results = num_results;
      _results = new int[_num_results];
      for (int i; i<_num_results; i++){ _results[i] = (limits) ? limits[i].min : 0; }
      _index_result = 0;
      _limits = limits;
      _a = false;
      _b = false;
    }
    byte getIndex() { return _index_result; }
    void next()     { _index_result++; if (_index_result >= _num_results) { _index_result = 0; } } 
    void update_a() {
      _result = 0;
      delay (1);
      if( digitalRead(_pin_clk) != _a ) { 
        _a = !_a;
        if ( _a && !_b ) { _result = -1; }
      }
      if (_results[_index_result]+_result >= _limits[_index_result].min && 
          _results[_index_result]+_result <= _limits[_index_result].max ) {
        _results[_index_result] += _result;
      }
    }
    void update_b() {
      _result = 0;
      delay (1);
      if( digitalRead(_pin_dt) != _b ) {  
        _b = !_b;
        if ( _b && !_a ) { _result = +1; }
      }
      if (_results[_index_result]+_result >= _limits[_index_result].min && 
          _results[_index_result]+_result <= _limits[_index_result].max ) {
        _results[_index_result] += _result;
      }
    }
    int read(){ return _result; }                                        //retorn -1, 0 ou 1.
    int getValue(int index=-1) {                                         //retorna o valor da variável corrente ou a passada como parametro
      if (index < 0 ){ return _results[_index_result]; }
      return _results[index];
    }
    void setValue(int value){ _results[_index_result] = value; }         //caso a variável inicializa em determinado valor diferente de zero, utilizar esse método.
    int buttonRead(){ return (_pin_sw == ROTARY_NO_BUTTON) ? LOW : digitalRead(_pin_sw); }
};
/*************************************************************************************************************
************************************FIM CLASSE ROTARY ENCODER*************************************************
*************************************************************************************************************/
 
/*************************************************************************************************************
*******************************CLASSE LCD PROGRESS BAR********************************************************
**************************************************************************************************************/
/*
  0      1       2      3      4      5      6      7  
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*/

byte c0[8] = {B11111,  B00000,  B00000,  B00000,  B00000,  B00000,  B00000,  B11111};
byte c1[8] = {B11111,  B10000,  B10000,  B10000,  B10000,  B10000,  B10000,  B11111};
byte c2[8] = {B11111,  B11000,  B11000,  B11000,  B11000,  B11000,  B11000,  B11111};
byte c3[8] = {B11111,  B11100,  B11100,  B11100,  B11100,  B11100,  B11100,  B11111};
byte c4[8] = {B11111,  B11110,  B11110,  B11110,  B11110,  B11110,  B11110,  B11111};
byte c5[8] = {B11111,  B11111,  B11111,  B11111,  B11111,  B11111,  B11111,  B11111};
byte c6[8] = {B11111,  B10111,  B10111,  B10111,  B10111,  B10111,  B10111,  B11111};
byte c7[8] = {B11111,  B00111,  B00111,  B00111,  B00111,  B00111,  B00111,  B11111};
 
class LCDProgressBar {
  private:
    LiquidCrystal * _lcd;  //ponteiro para um objeto lcd
    int _row;
    int _col;
    int _len;
    int _perc; /*0..100*/
  public:
    void createChars() {
      _lcd->createChar(0, c0);  _lcd->createChar(1, c1);  _lcd->createChar(2, c2);
      _lcd->createChar(3, c3);  _lcd->createChar(4, c4);  _lcd->createChar(5, c5);
      _lcd->createChar(6, c6);  _lcd->createChar(7, c7);
    }
   
    LCDProgressBar(LiquidCrystal * lcd, int row, int col, int len) {
      _lcd = lcd;      _row = row;      _col = col;      _len = len;
    }
     
    void setPerc(int perc) {
      _perc = perc;
      if (perc > 100) { _perc = 100; }
      if (perc < 000) { _perc = 000; } 
      
      _lcd->setCursor(_col, _row);
      
      if (_len == 1){ 
        _lcd->write((byte)0);
        int bars  = 5 * _perc / 100;
        int div   = bars / 5;  //divisao
        int resto = bars % 5;  //resto
        _lcd->setCursor(_col, _row);
        if (div > 0)    { _lcd->write((byte)5);       }  //pinta todo o quadro
        if (resto > 0 ) { _lcd->write((byte)(resto)); }  //pinta o quadro com a quantidade de barras proporcional
      } else {
        int bars  = (5*(_len-2) + 4) * _perc / 100;   //  -2 --> desconsidera os blocos de inicio e fim ; 4 --> considera as duas barras de cada um dos blocos de inicio e fim
        
        //preenche com caracteres vazio
        for (int i=0; i<(_len);i++) { _lcd->write((byte)0); }
        
        //reposiciona no bloco inicial
        _lcd->setCursor(_col, _row);
        
        //preenche o primeiro bloco da barra
        if (bars == 0) { _lcd->write((byte)3); }
        if (bars == 1) { _lcd->write((byte)4); }
        if (bars >= 2) { _lcd->write((byte)5); }
        
        int div   = bars / 5;  //divisao
        int resto = bars % 5;  //resto
        for (int i=0; i<div; i++) { _lcd->write((byte)5);         }  //pinta todo o quadro
        if (resto > 0)            { _lcd->write((byte)(resto-1)); }  //pinta o quadro com a quantidade de barras proporcional
        
        //reposiciona no bloco final
        _lcd->setCursor(_col+_len-1, _row);
        
        //preenche ultimo bloco da barra
        if ((5*(_len-2) + 4) - bars == 0) { _lcd->write((byte)5); } 
        if ((5*(_len-2) + 4) - bars == 1) { _lcd->write((byte)6); } 
        if ((5*(_len-2) + 4) - bars >= 2) { _lcd->write((byte)7); } 
      }
    } 
};
/*************************************************************************************************************
*******************************FIM CLASSE LCD PROGRESS BAR****************************************************
**************************************************************************************************************/
 
LiquidCrystal lcd(12, 11, 10, 9, 8, 7);
LCDProgressBar lcdBar1(&lcd, 0, 9,  6); //inclui uma barra no lcd, primeira linha, coluna 9. tamanho 6
LCDProgressBar lcdBar2(&lcd, 1, 11, 4); //inclui outra barra no lcd, segunda linha, coluna 11. tamanho 4

RotaryEncoderLimits lim[] = { {0,30}, {0,13} };  //limites máximos e mínimos que as variaveis podem atingir
RotaryEncoder       re(A0, A1, 4, 2, lim);  //pino clk, pino dt, pino sw, variaveis

//interrupções dos pinos A0 e A1 via Pin Change Interrupt
ISR(PCINT1_vect) {
  volatile static byte lastVal_a0 = LOW;
  volatile static byte lastVal_a1 = LOW;
  byte val_a0 = digitalRead(A0);
  byte val_a1 = digitalRead(A1);
  if (lastVal_a0 != val_a0){ re.update_a(); lastVal_a0 = val_a0; }
  if (lastVal_a1 != val_a1){ re.update_b(); lastVal_a1 = val_a1; }
}
 
void indicador_rotary(){
  char c = ((re.getIndex() == 0)) ? '>' : ' ';
  lcd.setCursor(7, 0); 
  lcd.print(c);
  c = ((re.getIndex() == 1)) ? '>' : ' ';
  lcd.setCursor(7, 1); 
  lcd.print(c);
}
 
void setup() {
  //-----PCI - Pin Change Interrupt ----
  pinMode(A0,INPUT);   // set Pin as Input (default)
  digitalWrite(A0,HIGH);  // enable pullup resistor
  pinMode(A1,INPUT);   // set Pin as Input (default)
  digitalWrite(A1,HIGH);  // enable pullup resistor
  cli();
  PCICR |= 0b00000010; // habilita a porta C - Pin Change Interrupts
  PCMSK1 |= 0b00000011; // habilita interrupção da porta c nos pinos: PCINT8 (A0) e PCINT9(A1)
  sei();
  //----fim PCI----
  
  Serial.begin(9600);
  lcdBar1.createChars();
  lcd.begin(16, 2);
  indicador_rotary();
}
 
void loop() {
  static int value1 = -1;
  static int value2 = -1;
  
  if (value1 != re.getValue(0)) {
    Serial.println(".");
    lcd.setCursor(0, 0);
    value1 = re.getValue(0);
    int perc = value1/30.0 * 100;
    if (value1 <  10) {lcd.print("00");} else {
    if (value1 < 100) {lcd.print("0");}       }
    lcd.print(value1);
    lcd.print("/");
    lcd.print(30);

    lcdBar1.setPerc(perc);  //atualização da primeira barra de progresso
  }
   
  if (value2 != re.getValue(1)) {
    Serial.println("*");
    lcd.setCursor(0, 1);
    value2 = re.getValue(1);
    int perc = value2/13.0 * 100;
    if (value2 <  10) {lcd.print("00");} else {
    if (value2 < 100) {lcd.print("0");}       }
    lcd.print(value2);
    lcd.print("/");
    lcd.print(13);
    
    lcdBar2.setPerc(perc); //atualização da segunda barra de progresso
  }
   
  //controla o click do botao do enconder
  static byte b = HIGH; //pra ler apenas uma vez o botao ao pressionar
  if( re.buttonRead() == LOW && b != re.buttonRead() ) {
    re.next();           //passa para a próxima variável (index)
    indicador_rotary();
    delay(200);          //debounce meia boca
  }
  b = re.buttonRead();
   
  delay(100);
}