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2.1.4 Potenziometro

Nota

A seconda della versione del kit, identifica se hai ADC0834 o MCP3008 e procedi con la sezione corrispondente.

Introduzione

In questa lezione impareremo a utilizzare la funzione ADC per convertire segnali analogici in segnali digitali utilizzando l’ADC0834. In questo esperimento, utilizzeremo un potenziometro per generare una tensione variabile che sarà convertita dalla funzione ADC.

Componenti

Principio di funzionamento

ADC0834

L’ADC0834 è un convertitore analogico-digitale (ADC) a 8 bit successive approximation con approssimazione successiva dotato di un multiplexer multicanale configurabile e di un input/output seriale, configurato per interfacciarsi con registri a scorrimento standard o microprocessori.

Sequenza di operazione

La conversione si avvia impostando CS a livello basso, abilitando così tutti i circuiti logici. CS deve rimanere basso per tutta la durata del processo di conversione. Viene quindi ricevuto un impulso di clock dal processore. A ogni transizione del clock da basso a alto, i dati su DI vengono immessi nel registro del multiplexer. Il primo livello alto rilevato è il bit di avvio, seguito da una parola di assegnazione da 3 a 4 bit. Quando il bit di avvio raggiunge la posizione iniziale nel registro del multiplexer, viene selezionato il canale di input e la conversione inizia. L’uscita SAR (SARS) passa a livello alto per indicare che è in corso una conversione e il DI è disabilitato per tutta la durata della conversione.

Viene quindi inserito automaticamente un intervallo di un periodo di clock per consentire al canale multiplexato di stabilizzarsi. L’uscita DO passa dallo stato di alta impedenza e fornisce un livello basso per un periodo di stabilizzazione. Il comparatore SAR confronta le uscite successive della scala resistiva con il segnale analogico in ingresso, determinando se l’input analogico è maggiore o minore rispetto al valore della scala resistiva. I dati di conversione vengono simultaneamente emessi dal pin DO con il bit più significativo (MSB) per primo.

Dopo otto periodi di clock, la conversione è completata e l’uscita SARS si porta a livello basso. Infine, vengono trasmessi i dati dal bit meno significativo (LSB) dopo la sequenza di dati con il bit più significativo (MSB) per primo.

Tabella di controllo indirizzo MUX ADC0834

Potenziometro

Il potenziometro è un componente a tre terminali il cui valore di resistenza può essere regolato. È composto da un resistore e una spazzola mobile che, muovendosi lungo il resistore, fornisce una tensione variabile in uscita.

Le funzioni del potenziometro nel circuito sono le seguenti:

Divisore di tensione

Il potenziometro è una resistenza regolabile continuamente. Quando si regola l’albero o la manopola del potenziometro, il contatto mobile si sposta sul resistore, permettendo di ottenere una tensione in uscita variabile in base alla tensione applicata e all’angolo o distanza di spostamento del contatto.

Schema Elettrico

Procedura Sperimentale

Step 1: Montare il circuito.

Nota

Posizionare il chip facendo riferimento alla posizione corretta illustrata nell’immagine. Assicurarsi che le scanalature sul chip siano orientate a sinistra.

Per gli utenti di linguaggio C

Step 2: Aprire il file di codice.

cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/2.1.4/

Step 3: Compilare il codice.

gcc 2.1.4_Potentiometer.c -lwiringPi

Step 4: Eseguire.

sudo ./a.out

Dopo aver eseguito il codice, ruotando la manopola del potenziometro, l’intensità del LED cambierà di conseguenza.

Nota

Se non funziona dopo l’esecuzione o appare il messaggio di errore: "wiringPi.h: No such file or directory», fare riferimento a Il codice C non funziona?.

Codice

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

typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;

#define     ADC_CS    0
#define     ADC_CLK   1
#define     ADC_DIO   2
#define     LedPin    3

uchar get_ADC_Result(uint channel)
{
    uchar i;
    uchar dat1=0, dat2=0;
    int sel = channel > 1 & 1;
    int odd = channel & 1;

    digitalWrite(ADC_CLK, 1);
    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(ADC_CLK, 0);
    delayMicroseconds(2);

    pinMode(ADC_DIO, OUTPUT);
    digitalWrite(ADC_CS, 0);
    // Bit di avvio
    digitalWrite(ADC_CLK,0);
    digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
    // Modalità Single End
    digitalWrite(ADC_CLK,0);
    digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
    // ODD
    digitalWrite(ADC_CLK,0);
    digitalWrite(ADC_DIO,odd);  delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
    // Select
    digitalWrite(ADC_CLK,0);
    digitalWrite(ADC_DIO,sel);    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(ADC_CLK,1);

    digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(ADC_CLK,0);
    digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);

    for(i=0;i<8;i++)
    {
        digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
        digitalWrite(ADC_CLK,0);    delayMicroseconds(2);

        pinMode(ADC_DIO, INPUT);
        dat1=dat1<<1 | digitalRead(ADC_DIO);
    }

    for(i=0;i<8;i++)
    {
        dat2 = dat2 | ((uchar)(digitalRead(ADC_DIO))<<i);
        digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
        digitalWrite(ADC_CLK,0);    delayMicroseconds(2);
    }

    digitalWrite(ADC_CS,1);
    pinMode(ADC_DIO, OUTPUT);
    return(dat1==dat2) ? dat1 : 0;
}

int main(void)
{
    uchar analogVal;
    if(wiringPiSetup() == -1){ // Se l'inizializzazione di wiringPi fallisce, stampa un messaggio a schermo
        printf("setup wiringPi failed !");
        return 1;
    }
    softPwmCreate(LedPin,  0, 100);
    pinMode(ADC_CS,  OUTPUT);
    pinMode(ADC_CLK, OUTPUT);

    while(1){
        analogVal = get_ADC_Result(0);
        printf("Current analogVal : %d\n", analogVal);
        delay(100);
        softPwmWrite(LedPin, analogVal);
        delay(100);
    }
    return 0;
}

Spiegazione del codice

#define     ADC_CS    0
#define     ADC_CLK   1
#define     ADC_DIO   2
#define     LedPin    3

Definisce CS, CLK, DIO dell’ADC0834, collegati rispettivamente a GPIO0, GPIO1 e GPIO2. Collega il LED a GPIO3.

uchar get_ADC_Result(uint channel)
{
    uchar i;
    uchar dat1=0, dat2=0;
    int sel = channel > 1 & 1;
    int odd = channel & 1;

    digitalWrite(ADC_CLK, 1);
    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(ADC_CLK, 0);
    delayMicroseconds(2);

    pinMode(ADC_DIO, OUTPUT);
    digitalWrite(ADC_CS, 0);
    // Bit di avvio
    digitalWrite(ADC_CLK,0);
    digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
    // Modalità Single End
    digitalWrite(ADC_CLK,0);
    digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
    // ODD
    digitalWrite(ADC_CLK,0);
    digitalWrite(ADC_DIO,odd);  delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
    // Select
    digitalWrite(ADC_CLK,0);
    digitalWrite(ADC_DIO,sel);    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(ADC_CLK,1);

    digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(ADC_CLK,0);
    digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
        digitalWrite(ADC_CLK,0);    delayMicroseconds(2);

        pinMode(ADC_DIO, INPUT);
        dat1=dat1<<1 | digitalRead(ADC_DIO);
    }

    for(i=0;i<8;i++)
    {
        dat2 = dat2 | ((uchar)(digitalRead(ADC_DIO))<<i);
        digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
        digitalWrite(ADC_CLK,0);    delayMicroseconds(2);
    }

    digitalWrite(ADC_CS,1);
    pinMode(ADC_DIO, OUTPUT);
    return(dat1==dat2) ? dat1 : 0;
}

La funzione di ADC0834 esegue la conversione analogico-digitale. Il flusso di lavoro specifico è il seguente:

digitalWrite(ADC_CS, 0);

Imposta CS a livello basso per avviare la conversione AD.

// Bit di avvio
digitalWrite(ADC_CLK,0);
digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);

Al primo passaggio da basso ad alto del clock, imposta DIO a 1 come bit di avvio. Nei tre passaggi successivi, si assegnano 3 bit di configurazione.

// Modalità Single End
digitalWrite(ADC_CLK,0);
igitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
gitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);

Al secondo passaggio da basso ad alto del clock, imposta DIO a 1 e seleziona la modalità SGL.

// ODD
digitalWrite(ADC_CLK,0);
digitalWrite(ADC_DIO,odd);  delayMicroseconds(2);
digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);

Al terzo passaggio, il valore di DIO è determinato dalla variabile odd.

// Selezione
digitalWrite(ADC_CLK,0);
digitalWrite(ADC_DIO,sel);    delayMicroseconds(2);
digitalWrite(ADC_CLK,1);

Al quarto impulso da basso ad alto del clock, il valore di DIO è determinato dalla variabile sel.

Con channel=0, sel=0 e odd=0, le formule operative per sel e odd sono:

int sel = channel > 1 & 1;
int odd = channel & 1;

Con channel=1, sel=0 e odd=1, consulta la tabella di logica di controllo degli indirizzi qui sotto. Qui viene selezionato CH1, e il bit di avvio è registrato nell’indirizzo del multiplexer per avviare la conversione.

digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
digitalWrite(ADC_CLK,0);
digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);

Qui, imposta due volte DIO a 1, ignoralo.

for(i=0;i<8;i++)
    {
        digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
        digitalWrite(ADC_CLK,0);    delayMicroseconds(2);

        pinMode(ADC_DIO, INPUT);
        dat1=dat1<<1 | digitalRead(ADC_DIO);
    }

Nel primo ciclo for(), al quinto impulso del clock che passa da alto a basso, imposta DIO in modalità input. La conversione inizia e il valore convertito è memorizzato in dat1. Dopo otto impulsi di clock, la conversione è completata.

for(i=0;i<8;i++)
    {
        dat2 = dat2 | ((uchar)(digitalRead(ADC_DIO))<<i);
        digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
        digitalWrite(ADC_CLK,0);    delayMicroseconds(2);
    }

Nel secondo ciclo for(), il valore convertito viene emesso tramite DO dopo altri otto impulsi di clock e memorizzato in dat2.

digitalWrite(ADC_CS,1);
pinMode(ADC_DIO, OUTPUT);
return(dat1==dat2) ? dat1 : 0;

Il comando return(dat1==dat2) ? dat1 : 0 confronta il valore convertito con quello emesso. Se sono uguali, restituisce dat1; altrimenti restituisce 0. Questo conclude il flusso di lavoro di ADC0834.

softPwmCreate(LedPin,  0, 100);

Questa funzione crea un pin PWM software, LedPin, con un’ampiezza d’impulso iniziale di 0 e un periodo di 100 x 100μs.

while(1){
        analogVal = get_ADC_Result(0);
        printf("Current analogVal : %d\n", analogVal);
        softPwmWrite(LedPin, analogVal);
        delay(100);
    }

Nel programma principale, legge il valore di channel 0 collegato a un potenziometro. Memorizza il valore in analogVal e lo invia a LedPin. Ora è possibile vedere l’intensità del LED cambiare in base al valore del potenziometro.

Per Utenti Python

Passo 2: Apri il file di codice

cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python/

Passo 3: Esegui.

sudo python3 2.1.4_Potentiometer.py

Dopo aver eseguito il codice, ruota la manopola del potenziometro e l’intensità del LED cambierà di conseguenza.

Codice

Nota

Puoi Modificare/Reimpostare/Copiare/Eseguire/Arrestare il codice qui sotto. Prima di farlo, assicurati di essere nel percorso della cartella di origine, come davinci-kit-for-raspberry-pi/python.

import RPi.GPIO as GPIO
import ADC0834
import time

LedPin = 22

def setup():
    global led_val
    # Imposta la numerazione dei pin su BCM
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    # Imposta il LedPin come uscita e livello iniziale a High (3,3V)
    GPIO.setup(LedPin, GPIO.OUT, initial=GPIO.HIGH)
    ADC0834.setup()
    # Imposta il LED come canale PWM a frequenza 2 kHz
    led_val = GPIO.PWM(LedPin, 2000)
    # Inizia con il valore 0
    led_val.start(0)

def destroy():
    # Ferma tutti i canali PWM
    led_val.stop()
    # Rilascia le risorse
    GPIO.cleanup()

def loop():
    while True:
        analogVal = ADC0834.getResult()
        print ('analog value = %d' % analogVal)
        led_val.ChangeDutyCycle(analogVal*100/255)
        time.sleep(0.2)
if __name__ == '__main__':
    setup()
    try:
        loop()
    except KeyboardInterrupt: # Quando viene premuto 'Ctrl+C', viene eseguito il programma destroy().
        destroy()

Spiegazione del Codice

import ADC0834

Importa la libreria ADC0834. Puoi controllare il contenuto della libreria utilizzando il comando nano ADC0834.py.

def setup():
    global led_val
    # Imposta la numerazione dei pin su BCM
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    # Imposta LedPin come uscita e livello iniziale a High (3,3V)
    GPIO.setup(LedPin, GPIO.OUT, initial=GPIO.HIGH)
    ADC0834.setup()
    # Imposta il LED come canale PWM a frequenza 2 kHz
    led_val = GPIO.PWM(LedPin, 2000)
    # Inizia con il valore 0
    led_val.start(0)

Nella funzione setup(), imposta il metodo di numerazione su BCM, configura LedPin come canale PWM e assegna una frequenza di 2 kHz.

ADC0834.setup(): Inizializza ADC0834 e collega CS, CLK e DIO definiti di ADC0834 rispettivamente a GPIO17, GPIO18 e GPIO27.

def loop():
    while True:
        res = ADC0834.getResult()
        print ('res = %d' % res)
        R_val = MAP(res, 0, 255, 0, 100)
        led_val.ChangeDutyCycle(R_val)
        time.sleep(0.2)

La funzione getResult() legge i valori analogici dei quattro canali di ADC0834. Di default legge il valore di CH0; per leggere altri canali, specifica il numero del canale tra parentesi, es. getResult(1).

La funzione loop() legge il valore di CH0 e lo assegna alla variabile res. Poi chiama la funzione MAP per mappare il valore del potenziometro tra 0 e 100, usato per controllare il duty cycle di LedPin. Ora vedrai che la luminosità del LED varia in base al valore del potenziometro.

2.1.4 Potenziometro

Introduzione

Componenti

Principio di funzionamento

Schema Elettrico

Procedura Sperimentale

Per gli utenti di linguaggio C

Per Utenti Python

Immagine del Fenomeno