.. note::

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.. _2.1.7_c_pi5_mcp3008:

2.1.7 Potentiometer (MCP3008)
================================

.. note::

   .. image:: ../img/mcp3008_and_adc0834.jpg
      :width: 25%
      :align: left
    
   Abhängig von Ihrer Kit-Version identifizieren Sie bitte, ob Sie **ADC0834** oder **MCP3008** haben, und fahren Sie mit dem entsprechenden Abschnitt fort.

Einführung
------------

Die ADC-Funktion wird verwendet, um analoge Signale in digitale Werte umzuwandeln.  
In diesem Experiment verwenden wir den MCP3008-ADC-Chip, um diese Umwandlung durchzuführen.  
Ein Potentiometer wird verwendet, um eine variable Spannung zu erzeugen, die eine physikalische Größe verändert.  
Der MCP3008 wandelt diese analoge Spannung dann in einen digitalen Wert um, der vom Raspberry Pi gelesen und verarbeitet werden kann.

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

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten. 

.. image:: ../img/list2_2.1.4_potentiometer.png

Es ist definitiv bequem, ein komplettes Kit zu kaufen, hier ist der Link: 

.. list-table::
    :widths: 20 20 20
    :header-rows: 1

    *   - Name	
        - ELEMENTE IN DIESEM KIT
        - LINK
    *   - Raphael Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

Sie können sie auch einzeln über die untenstehenden Links kaufen.

.. list-table::
    :widths: 30 20
    :header-rows: 1

    *   - KOMPONENTENBESCHREIBUNG
        - KAUFLINK

    *   - :ref:`cpn_gpio_board`
        - |link_gpio_board_buy|
    *   - :ref:`cpn_breadboard`
        - |link_breadboard_buy|
    *   - :ref:`cpn_wires`
        - |link_wires_buy|
    *   - :ref:`cpn_resistor`
        - |link_resistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_led`
        - |link_led_buy|
    *   - :ref:`cpn_potentiometer`
        - |link_potentiometer_buy|
    *   - :ref:`cpn_mcp3008`
        - \-

Schaltplan
-----------------

.. list-table::
    :widths: 30 30 30 30
    :header-rows: 1

    *   - T-Board-Name
        - physikalisch
        - WiringPi
        - BCM

    *   - SPICE0
        - pin24
        - 10
        - 8
    *   - SPIMOSI
        - pin19
        - 12
        - 10
    *   - SPIMISO
        - pin21
        - 13
        - 9
    *   - SPISCLK
        - pin23
        - 14
        - 11
    *   - GPIO22
        - pin15
        - 3
        - 22

.. image:: ../img/schematic_2.1.7_potentiometer_mcp3008.png


Experimentelle Verfahren
------------------------------

**Schritt 1:** Schließen Sie den Stromkreis an.

.. image:: ../img/july24_2.1.7_potentiometer_mcp3008.png

.. note::
    Bitte setzen Sie den Chip entsprechend der in der Abbildung dargestellten Position ein.  
    Beachten Sie, dass die Kerbe des Chips auf der linken Seite sein sollte, wenn er eingesetzt wird.

**Schritt 2:** Öffnen Sie die Codedatei.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/c/2.1.7-2/

**Schritt 3:** Kompilieren Sie den Code.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    gcc 2.1.7_Potentiometer.c -lwiringPi

**Schritt 4:** Ausführen.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo ./a.out

Nach dem Start des Programms drehen Sie den Knopf am Potentiometer.  
Die Helligkeit der LED ändert sich entsprechend.

.. note::

    Wenn es nach dem Ausführen nicht funktioniert oder die Fehlermeldung „wiringPi.h: No such file or directory“ erscheint, lesen Sie bitte :ref:`install_wiringpi_pi5`.

**Code**

.. code-block:: c

        #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;                             // Startbit
            buffer[1] = (8 + channel) << 4;            // Single-ended-Modus, Kanal
            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("WiringPi init failed!\n");
                return 1;
            }

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

            softPwmCreate(LedPin, 0, 100);

            while (1) {
                int analogVal = readADC(0);  // CH0
                printf("ADC Value: %d\n", analogVal);

                int pwmVal = analogVal * 100 / 1023;  // Normalisierung auf 0–100
                softPwmWrite(LedPin, pwmVal);

                delay(100);
            }

            return 0;
        }

**Code-Erklärung**

.. code-block:: c

    #define SPI_CHANNEL 0  // CE0
    #define SPI_SPEED   1000000  // 1MHz
    #define LedPin      3

Definiert den SPI-Kanal als CE0 (Chip Enable 0), setzt die SPI-Geschwindigkeit auf 1 MHz und weist GPIO3 der LED zu.

.. code-block:: c

    int readADC(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, Kanal
        buffer[2] = 0;

        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

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

Diese Funktion liest analoge Daten vom MCP3008 aus.

* Zuerst wird überprüft, ob die Kanalnummer im gültigen Bereich (0–7) liegt.
* Ein 3-Byte-Array wird initialisiert:
  * ``buffer[0] = 1``: Startbit für die MCP3008-Kommunikation.
  * ``buffer[1] = (8 + channel) << 4``: Konfigurationsbyte für Single-ended-Modus und Auswahl des Kanals.
  * ``buffer[2] = 0``: Platzhalterbyte zum Empfang des Ergebnisses.
* ``wiringPiSPIDataRW`` sendet und empfängt Daten über den SPI-Kanal.
* Der Rückgabewert wird aus den letzten beiden Bytes extrahiert, um das 10-Bit-ADC-Ergebnis zu erhalten.

.. code-block:: c

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

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

        softPwmCreate(LedPin, 0, 100);

        while (1) {
            int analogVal = readADC(0);  // CH0
            printf("ADC Value: %d\n", analogVal);

            int pwmVal = analogVal * 100 / 1023;  // Normalisierung auf 0–100
            softPwmWrite(LedPin, pwmVal);

            delay(100);
        }

        return 0;
    }

Im Hauptprogramm:

* ``wiringPiSetup()`` initialisiert die WiringPi-Bibliothek.
* ``wiringPiSPISetup()`` initialisiert die SPI-Kommunikation auf Kanal 0 bei 1 MHz.
* ``softPwmCreate()`` richtet Software-PWM auf GPIO3 mit einem Bereich von 0–100 ein.

Das Programm läuft in einer Endlosschleife:

* Es liest den ADC-Wert vom Kanal 0 (verbunden mit dem Potentiometer).
* Gibt den ADC-Wert im Terminal aus.
* Wandelt den 10-Bit-ADC-Wert in einen PWM-Duty-Cycle zwischen 0 und 100 um.
* Schreibt den PWM-Wert an die LED, sodass die Helligkeit die Position des Potentiometers widerspiegelt.

``delay(100)`` pausiert den Ablauf für 100 Millisekunden, bevor der nächste Zyklus beginnt.