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.. _3.1.5_c_pi5_mcp3008:

3.1.5 Batterieanzeige (MCP3008)
===============================

.. note::

   .. image:: ../img/mcp3008_and_adc0834.jpg
      :width: 25%
      :align: left
    

   Je nach deiner Kit-Version überprüfe bitte, ob du **ADC0834** oder **MCP3008** hast, und fahre mit dem entsprechenden Abschnitt fort.

Einführung
----------

In diesem Projekt werden wir ein Batterieanzeigegerät bauen, das den Ladezustand visuell auf einer LED-Balkenanzeige darstellen kann.

.. warning::

    Verwende keine Batterien, die mehr als 3,3 V liefern, um Überlastung zu vermeiden, die den Chip oder den Raspberry Pi beschädigen könnte.

Benötigte Komponenten
---------------------

In diesem Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

.. image:: ../img/list2_Battery_Indicator.png
    :align: center

Schaltplan
----------

============ ======== ======== ===
T-Board-Name Physical WiringPi BCM
SPICE0       Pin 24   10       8
SPIMOSI      Pin 19   12       10
SPIMISO      Pin 21   13       9
SPISCLK      Pin 23   14       11
GPIO25       Pin 22   6        25
GPIO12       Pin 32   26       12
GPIO16       Pin 36   27       16
GPIO20       Pin 38   28       20
GPIO21       Pin 40   29       21
GPIO5        Pin 29   21       5
GPIO6        Pin 31   22       6
GPIO13       Pin 33   23       13
GPIO19       Pin 35   24       19
GPIO26       Pin 37   25       26
============ ======== ======== ===

.. image:: ../img/schematic_battery_indicator_mcp3008.png
   :align: center

Experimentelle Schritte
-----------------------

**Schritt 1:** Baue die Schaltung auf.

.. image:: ../img/july24_3.1.5_battery_indicator_mcp3008.png

**Schritt 2:** Gehe in den Code-Ordner.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/3.1.5-2/

**Schritt 3:** Kompiliere den Code.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    gcc 3.1.5_BatteryIndicator.c -lwiringPi

**Schritt 4:** Führe die erstellte Datei aus.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    sudo ./a.out

Nachdem das Programm läuft, verbinde den 3. Pin des MCP3008 und GND separat mit Drähten und führe diese dann zu den beiden Polen einer Batterie.  
Du kannst sehen, wie die entsprechenden LEDs der LED-Balkenanzeige leuchten, um den Ladezustand anzuzeigen (Messbereich: 0–5 V).

.. note::

    Falls es nach dem Ausführen nicht funktioniert oder die Fehlermeldung „wiringPi.h: No such file or directory“ erscheint, siehe :ref:`install_wiringpi`.

Code
----

.. code-block:: c

    #include <wiringPi.h>
    #include <wiringPiSPI.h>
    #include <stdio.h>

    #define SPI_CHANNEL 0
    #define SPI_SPEED   1000000  // 1MHz
    #define VREF        3.3      

    int pins[10] = {6, 26, 27, 28, 29, 21, 22, 23, 24, 25};

    int read_ADC(int channel)
    {
        if (channel < 0 || channel > 7) return -1;

        unsigned char buffer[3];
        buffer[0] = 1;  // Startbit
        buffer[1] = (8 + channel) << 4;  // Single-Ended-Modus
        buffer[2] = 0;

        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

        int value = ((buffer[1] & 3) << 8) | buffer[2];
        return value;
    }

    void LedBarGraph(int value) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            if (i < value)
                digitalWrite(pins[i], HIGH);  
            else
                digitalWrite(pins[i],LOW);
        }
    }

    int main(void)
    {
        if (wiringPiSetup() == -1) {
            printf("setup wiringPi failed!\n");
            return 1;
        }

        if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
            printf("SPI setup failed!\n");
            return 1;
        }

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            pinMode(pins[i], OUTPUT);
            digitalWrite(pins[i], HIGH);
        }

        while (1) {
            int analogVal = read_ADC(0);  // MCP3008 CH0
            if (analogVal < 0) continue;

            float voltage = analogVal * VREF / 1023.0;
            int level = analogVal * 10 / 1024;  
            if (level > 10) level = 10;  

            LedBarGraph(level);

            printf("ADC Value: %d\tVoltage: %.2f V\tLevel: %d\n", analogVal, voltage, level);

            delay(200);
        }

        return 0;
    }

Code-Erklärung
--------------

.. code-block:: c

    int read_ADC(int channel)
    {
        if (channel < 0 || channel > 7) return -1;

        unsigned char buffer[3];
        buffer[0] = 1;  // Startbit
        buffer[1] = (8 + channel) << 4;  // Single-Ended-Modus, CH0~CH7
        buffer[2] = 0;

        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

        int value = ((buffer[1] & 3) << 8) | buffer[2];  // 10-Bit-Ergebnis kombinieren
        return value;
    }

Diese Funktion liest analoge Werte vom MCP3008-ADC-Chip über SPI.  
Der Parameter `channel` wählt einen der 8 analogen Eingänge (CH0–CH7).  
Der MCP3008 gibt einen 10-Bit-Digitalwert zwischen 0 und 1023 zurück, der die analoge Spannung repräsentiert.

.. code-block:: c

    void LedBarGraph(int value) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            if (i < value)
                digitalWrite(pins[i], HIGH);  // LED einschalten (aktive HIGH-Schaltung)
            else
                digitalWrite(pins[i], LOW);   // LED ausschalten
        }
    }

Diese Funktion steuert eine 10-LED-Balkenanzeige.  
Jede LED repräsentiert 1/10 des Spannungsbereichs.  
Die LEDs werden der Reihe nach bis zum angegebenen Wert eingeschaltet.

Hinweis: Diese Version geht davon aus, dass die LED-Anoden mit den GPIOs verbunden sind und die Kathoden mit GND (aktive HIGH-Schaltung).

.. code-block:: c

    int main(void)
    {
        if (wiringPiSetup() == -1) {
            printf("setup wiringPi failed!\n");
            return 1;
        }

        if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
            printf("SPI setup failed!\n");
            return 1;
        }

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            pinMode(pins[i], OUTPUT);
            digitalWrite(pins[i], HIGH);  // Alle LEDs initial einschalten
        }

        while (1) {
            int analogVal = read_ADC(0);  // Spannung an CH0 lesen
            if (analogVal < 0) continue;

            float voltage = analogVal * VREF / 1023.0;
            int level = analogVal * 10 / 1024;  // Auf 0–10 Stufen skalieren
            if (level > 10) level = 10;

            LedBarGraph(level);  // Level auf LEDs anzeigen

            printf("ADC Value: %d\tVoltage: %.2f V\tLevel: %d\n", analogVal, voltage, level);

            delay(200);  // Aktualisierungsrate: 5 Hz
        }

        return 0;
    }

Hauptprogramm-Logik:

- Initialisiert wiringPi und SPI-Kommunikation.  
- Setzt die GPIO-Pins als Ausgänge zur Steuerung der 10-LED-Balkenanzeige.  
- Liest kontinuierlich die analoge Spannung über den MCP3008 (CH0).  
- Wandelt den Messwert in eine Spannung um (unter Verwendung von ``VREF = 3,3 V``).  
- Skaliert die Spannung auf 0–10 Level und schaltet die entsprechenden LEDs ein.  
- Gibt den rohen ADC-Wert, die Spannung (in Volt) und das LED-Level über die serielle Konsole aus.

Dies fungiert als visuelle Batterieanzeige oder als analoges Voltmeter.