Изучаем Arduino: инструметы и методы технического волшебства - [15]
Рис. 3.2. Трехразрядное аналого-цифровое преобразование
У трех.разрядного АЦП 3 бита разрешения, поскольку 2>3 = 8, следовательно, у него есть 8 уровней, от 0 до 7. Любому аналоговому значению, которое поступает на вход такого АЦП, на выходе соответствует код от 0 до 7. На рис. 3.2 показано, что уровни входного напряжения преобразуются в выходные дискретные цифровые коды, с которыми может оперировать микроконтроллер. Чем выше разрядность, тем больше уровней, которые доступны для представления каждого значения. Как упоминалось, у Arduino Uno АЦП имеет 1024 уровней, а не 8, как на рис. 3.2.
ПРИМЕЧАНИЕ
Если вы хотите узнать больше об использовании нестандартного (или внешнего) опорного напряжения, посетите страницу на официальном сайте Arduino
http://www.arduino.cc/en/Reference/AnalogReference.
- 67 -
3.4. Считывание аналоговых датчиков с помощью Arduino. Команда analogRead()
Теперь, когда вы понимаете, как преобразовать аналоговые сигналы в цифровые коды, можно начать писать программы и разрабатывать схемы. У различных плат Arduino разное число аналоговых контактов. Для чтения аналоговых значений предусмотрена функция analogRead().
Мы начнем с простых экспериментов с потенциометром и аналоговым датчиком.
Затем вы узнаете, как работают делители напряжения и как можно сделать свои собственные аналоговые датчики из компонентов, сопротивление которых зависит от каких-нибудь внешних факторов.
3.5. Чтение данных с потенциометра
Самый простой аналоговый датчик, с которого можно получить аналоговый сигнал, - это потенциометр. Их используют в стереосистемах, звуковых колонках, термостатах и в других изделиях. Потенциометры действуют как регулируемые делители напряжения и снабжены ручкой-регулятором. Они бывают разных размеров и форм, но всегда имеют три вывода.
Подключите один крайний вывод потенциометра к земле, а другой к шине 5 В. Потенциометры симметричны, так что не имеет значения, с какой стороны вы подключите шину питания, а с какой землю. Средний вывод соедините с аналоговым контактом 0 на плате Arduino. Как правильно подключить потенциометр к Arduino, показано на рис. 3.3. При повороте ручки потенциометра аналоговый входной сигнал будет плавно меняться от 0 до 5 В. В этом можно убедиться с помощью мультиметра. Переведите мультиметр в режим измерения напряжения, подсоедините его, как показано на рис. 3.4, и следите за показаниями, поворачивая ручку потенциометра. Красный (положительный) щуп мультиметра должен быть подключен к среднему контакту потенциометра, а черный ( отрицательный) щуп к земле.
ПРИМЕЧАНИЕ
Потенциометр и мультиметр внешне могут выглядеть не так, как показано на рис. 3.4.
Прежде чем использовать потенциометр для управления другим оборудованием, посмотрим, как считать значение сопротивления потенциометра с помощью АЦП и передать через последовательный порт Arduino для просмотра значений на компьютере. Для чтения значения аналогового входа предусмотрена функция analogRead(), для вывода значений в последовательный порт Arduino IDE - функция serial.pritln(). Наберите и загрузите в плату Arduino программу из листинга 3.1.68
Рис. 3.3. Подключение потенциометра
Рис. 3.4. Измерение напряжения с помощью мультиметра
- 69 -
Листинг 3.1. Программа чтения данных потенциометра - pot.ino
// Программа чтения данных с потенциометра
const int POT=0; // Аналоговый вход 0 для подключения потенциометра
int val = 0; // Переменная для хранения значения потенциометра
void setup()
{
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
val = analogRead(POT);
Serial.println(val);
delay(500);
}
Подробно функционирование последовательного интерфейса обмена данными мы рассмотрим в последующих главах. А сейчас достаточно знать, что сначала необходимо иициировать последовательное соединение, вызвав функцию Serial.begin(), единственный аргумент которой задает скорость передачи данных в бодах. Скорость передачи данных определяет количество битов, передаваемых в секунду. Высокая скорость передачи позволяет передавать больше данных за меньшее время, но может привести к ошибкам в некоторых системах связи. В наших примерах выбрана скорость 9600 бод.
В каждой итерации цикла переменная val получает аналоговое значение, считанное командой analogRead() с входа, соединенного со средним контактом потенциометра (в нашем случае это вход A0). Далее это значение функция serial.println() выводит в последовательный порт, соединенный с компьютером. Затем следует задержка в полсекунды (чтобы числа выводились не быстрее, чем вы можете их прочитать).
После загрузки на плату Arduino вы заметите, что светодиод тх, расположенный на плате, мигает каждые 500 мс (по крайней мере, так должно быть). Этот индикатор показывает, что плата Arduino передает данные через последовательный USB-интерфейс на компьютер. Для просмотра данных подойдут любые терминальные программы, но в Arduino IDE есть встроенный монитор последовательного порта, для запуска которого нажмите кнопку, обведенную кружком на рис. 3.5.
После запуска монитора последовательного порта на экране компьютера появляется окно с отображением потока передаваемых чисел. Поверните ручку потенциометра, и вы увидите, что выводимые значения меняются. Если повернуть ручку в одном направлении, числа начинают приближаться к 0, если в другом - к 1023.