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2.1.4 Potenziometro (MCP3008)
Nota
A seconda della versione del kit, identifica se hai ADC0834 o MCP3008 e procedi con la sezione corrispondente.
Introduzione
La funzione ADC viene utilizzata per convertire segnali analogici in valori digitali. In questo esperimento, utilizziamo il chip ADC MCP3008 per eseguire questa conversione. Un potenziometro viene usato per generare una tensione variabile, che cambia la grandezza fisica. Il MCP3008 converte poi questa tensione analogica in un valore digitale che può essere letto ed elaborato dal Raspberry Pi.
Componenti richiesti
In questo progetto sono necessari i seguenti componenti.
Principio
MCP3008
L’MCP3008 è un convertitore analogico-digitale (ADC) a 10 bit con approssimazioni successive, dotato di 8 canali di ingresso e protocollo di comunicazione SPI (Serial Peripheral Interface). È in grado di interfacciarsi con un microcontrollore per convertire segnali di ingresso analogici in dati digitali da elaborare.
Sequenza di funzionamento
Una conversione su MCP3008 inizia impostando il pin CS (chip select) a basso, il che attiva la comunicazione con il dispositivo. Il microcontrollore invia quindi un flusso di controllo di 3 byte tramite l’interfaccia SPI per specificare la configurazione e selezionare il canale di ingresso.
Il primo byte inviato contiene il bit di avvio e il bit di selezione singolo/differenziale. I bit successivi indicano quale dei 8 canali (CH0–CH7) leggere. I dati vengono acquisiti dal dispositivo a ogni fronte di salita del clock SPI (SCLK), e il risultato della conversione viene restituito simultaneamente.
È incluso internamente un breve ritardo per permettere al canale selezionato di stabilizzarsi prima dell’inizio della conversione. L’MCP3008 esegue poi una conversione analogico-digitale a 10 bit utilizzando un circuito sample-and-hold e un comparatore SAR (Successive Approximation Register).
Il risultato della conversione viene trasmesso al microcontrollore tramite la linea MISO (Master In Slave Out). Il bit più significativo (MSB) del risultato a 10 bit viene inviato per primo, seguito dai restanti bit. Il microcontrollore legge il risultato tramite il bus SPI in questo intervallo di tempo.
Dopo aver trasmesso l’intero valore digitale a 10 bit, l’MCP3008 completa il ciclo e attende il comando successivo.
Potenziometro
Il potenziometro è anche un componente resistivo con 3 terminali, il cui valore resistivo può essere regolato secondo una variazione regolare. Di solito è costituito da una resistenza e un cursore mobile. Quando il cursore si muove lungo la resistenza, si ottiene una determinata resistenza o tensione in uscita a seconda dello spostamento.
Le funzioni del potenziometro nel circuito sono le seguenti:
Funzione di partitore di tensione
Il potenziometro è una resistenza regolabile in continuo. Quando si regola l’albero o la levetta del potenziometro, il contatto mobile scorre sulla resistenza. A questo punto, si può ottenere una tensione in uscita in base alla tensione applicata al potenziometro e all’angolo o alla distanza percorsa dal braccio mobile.
Schema elettrico
Nome T-Board |
physical |
WiringPi |
BCM |
|---|---|---|---|
SPICE0 |
pin24 |
10 |
8 |
SPIMOSI |
pin19 |
12 |
10 |
SPIMISO |
pin21 |
13 |
9 |
SPISCLK |
pin23 |
14 |
11 |
GPIO22 |
pin15 |
3 |
22 |
Procedura sperimentale
Passo 1: Costruire il circuito.
Nota
Posizionare il chip facendo riferimento alla posizione mostrata nell’immagine. Notare che le scanalature del chip devono essere sul lato sinistro quando viene posizionato.
Passo 2: Aprire il file di codice.
cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/2.1.4-2/
Passo 3: Compilare il codice.
gcc 2.1.4_Potentiometer.c -lwiringPi
Passo 4: Eseguire.
sudo ./a.out
Dopo l’esecuzione del codice, ruotare la manopola del potenziometro: l’intensità del LED cambierà di conseguenza.
Nota
Se non funziona dopo l’esecuzione o appare l’errore: "wiringPi.h: No such file or directory", fare riferimento a Installazione e verifica di WiringPi.
Codice
#include <wiringPi.h>
#include <wiringPiSPI.h>
#include <stdio.h>
#include <softPwm.h>
#define SPI_CHANNEL 0 // CE0
#define SPI_SPEED 1000000 // 1MHz
#define LedPin 3
int readADC(int channel) {
if (channel < 0 || channel > 7) return -1;
unsigned char buffer[3];
buffer[0] = 1; // Start bit
buffer[1] = (8 + channel) << 4; // Modalità single-ended, canale
buffer[2] = 0;
wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);
int value = ((buffer[1] & 3) << 8) | buffer[2];
return value;
}
int main(void) {
if (wiringPiSetup() == -1) {
printf("Inizializzazione WiringPi fallita!\n");
return 1;
}
if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
printf("Configurazione SPI fallita!\n");
return 1;
}
softPwmCreate(LedPin, 0, 100);
while (1) {
int analogVal = readADC(0); // CH0
printf("Valore ADC: %d\n", analogVal);
int pwmVal = analogVal * 100 / 1023; // Normalizza a 0–100
softPwmWrite(LedPin, pwmVal);
delay(100);
}
return 0;
}
Spiegazione del codice
#define SPI_CHANNEL 0 // CE0
#define SPI_SPEED 1000000 // 1MHz
#define LedPin 3
Definisce il canale SPI come CE0 (chip enable 0), imposta la velocità SPI a 1MHz e assegna il GPIO3 al pin LED.
int readADC(int channel) {
if (channel < 0 || channel > 7) return -1;
unsigned char buffer[3];
buffer[0] = 1; // Bit di avvio
buffer[1] = (8 + channel) << 4; // Modalità single-ended, canale
buffer[2] = 0;
wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);
int value = ((buffer[1] & 3) << 8) | buffer[2];
return value;
}
Questa funzione legge i dati analogici dal MCP3008.
Controlla prima che il numero di canale sia compreso tra 0 e 7.
Inizializza un array di 3 byte, dove: *
buffer[0] = 1: bit di avvio per la comunicazione con MCP3008. *buffer[1] = (8 + channel) << 4: costruisce il byte di configurazione per la modalità single-ended e seleziona il canale desiderato. *buffer[2] = 0: byte di riempimento per ricevere il risultato.wiringPiSPIDataRWinvia e riceve dati tramite il canale SPI.Il valore restituito viene estratto dagli ultimi due byte con operazioni bit a bit per ottenere il risultato ADC a 10 bit.
int main(void) {
if (wiringPiSetup() == -1) {
printf("Inizializzazione WiringPi fallita!\n");
return 1;
}
if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
printf("Configurazione SPI fallita!\n");
return 1;
}
softPwmCreate(LedPin, 0, 100);
while (1) {
int analogVal = readADC(0); // CH0
printf("Valore ADC: %d\n", analogVal);
int pwmVal = analogVal * 100 / 1023; // Normalizza a 0–100
softPwmWrite(LedPin, pwmVal);
delay(100);
}
return 0;
}
Nel main:
wiringPiSetup()inizializza la libreria WiringPi.wiringPiSPISetup()inizializza la comunicazione SPI sul canale 0 a 1MHz.softPwmCreate()configura il PWM software sul GPIO3 con duty cycle iniziale a 0 e range 0–100.
Il programma entra in un ciclo infinito in cui:
Legge il valore ADC dal canale 0 (collegato al potenziometro).
Stampa il valore ADC sul terminale.
Converte il valore ADC a 10 bit in un duty cycle PWM tra 0 e 100.
Scrive il valore PWM al LED, in modo che la luminosità rifletta la posizione del potenziometro.
delay(100) attende 100 millisecondi prima del prossimo ciclo di lettura/scrittura.