.. note::

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.. _2.1.7_py_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 die 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
------------------------------

In diesem Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten: 

.. image:: ../python_pi5/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:: ../python_pi5/img/schematic_2.1.7_potentiometer_mcp3008.png

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

**Schritt 1:** Bauen Sie die Schaltung auf.

.. image:: ../python_pi5/img/july24_2.1.7_potentiometer_mcp3008.png

.. note::
    Bitte setzen Sie den Chip entsprechend der im Bild dargestellten Position ein.  
    Achten Sie darauf, dass die Einkerbung des Chips nach links zeigt, wenn er eingesetzt wird.

**Schritt 2:** Richten Sie die SPI-Schnittstelle ein und installieren Sie die ``spidev``-Bibliothek (siehe :ref:`spi_configuration` für detaillierte Anweisungen).  
Wenn Sie diese Schritte bereits abgeschlossen haben, können Sie diesen Schritt überspringen.

**Schritt 3:** Öffnen Sie die Codedatei

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python-pi5

**Schritt 4:** Ausführen

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 2.1.7-2_Potentiometer_zero.py

Nachdem der Code ausgeführt wurde, drehen Sie den Knopf am Potentiometer, und die Helligkeit der LED ändert sich entsprechend.

.. warning::

    Wenn die Fehlermeldung ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` angezeigt wird, lesen Sie bitte :ref:`faq_soc`.

**Code**

.. note::

    Sie können den untenstehenden Code **Ändern/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen**.  
    Vorher müssen Sie jedoch zum Quellcodepfad wie ``raphael-kit/python-pi5`` wechseln.  
    Nach dem Ändern des Codes können Sie ihn direkt ausführen, um das Ergebnis zu sehen.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    #!/usr/bin/env python3

    import spidev
    import time
    from gpiozero import PWMLED

    # PWM-LED an GPIO22 initialisieren
    led = PWMLED(22)

    # SPI initialisieren
    spi = spidev.SpiDev()
    spi.open(0, 0)  # Bus 0, CS0 (CE0)
    spi.max_speed_hz = 1000000

    def read_adc(channel):
        """
        Lese analogen Wert vom MCP3008
        :param channel: ADC-Kanal (0-7)
        :return: 10-Bit-Integer (0-1023)
        """
        if channel < 0 or channel > 7:
            return -1
        # MCP3008-Protokoll
        adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
        value = ((adc[1] & 3) << 8) | adc[2]
        return value

    def MAP(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
        """
        Wertebereich abbilden
        """
        return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min

    try:
        while True:
            # Lese von MCP3008 Kanal 0
            res = read_adc(0)
            print('res = %d' % res)

            # Bereich 0–1023 auf 0–100 % abbilden
            R_val = MAP(res, 0, 1023, 0, 100)

            # LED-Helligkeit einstellen
            led.value = R_val / 100.0

            time.sleep(0.2)

    except KeyboardInterrupt:
        led.value = 0  # LED ausschalten

**Code-Erklärung**

#. ``gpiozero`` wird für die PWM-LED-Steuerung verwendet, ``spidev`` für die SPI-Kommunikation mit MCP3008 und ``time`` für Pausen.

   .. code-block:: python

       import spidev
       import time
       from gpiozero import PWMLED

#. Initialisiert ein PWMLED-Objekt an GPIO-Pin 22 und richtet die SPI-Kommunikation (Bus 0, CE0) mit MCP3008 ein.

   .. code-block:: python

       led = PWMLED(22)
       spi = spidev.SpiDev()
       spi.open(0, 0)
       spi.max_speed_hz = 1000000

#. Definiert eine Funktion ``read_adc``, um über SPI Werte von MCP3008-Kanälen (0–7) auszulesen.

   .. code-block:: python

       def read_adc(channel):
           adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
           value = ((adc[1] & 3) << 8) | adc[2]
           return value

#. Definiert eine Funktion ``MAP``, um Wertebereiche umzuwandeln, nützlich zum Anpassen der ADC-Werte an die LED-Helligkeit.

   .. code-block:: python

       def MAP(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
           return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min

#. Liest kontinuierlich den ADC-Wert, skaliert ihn auf 0–100 %, steuert die LED-Helligkeit und pausiert 0,2 Sekunden zwischen den Messungen.

   .. code-block:: python

       try:
           while True:
               res = read_adc(0)
               R_val = MAP(res, 0, 1023, 0, 100)
               led.value = R_val / 100.0
               time.sleep(0.2)
       except KeyboardInterrupt:
           led.value = 0