Arduino模拟输入基础教程：从电位器到LED亮度控制
Arduino模拟输入基础教程：从电位器到LED亮度控制
Arduino的模拟输入功能是其核心特性之一，通过模拟输入，Arduino可以读取各种传感器的信号，实现对物理世界的感知。本文将详细介绍Arduino如何处理模拟输入信号，特别是通过电位器来控制LED亮度的原理和方法。
1-28 模拟输入1 - 学用电位器
电位器
电位器是一种可变电阻器，通过旋转旋钮来改变电阻值。其基本原理与中学物理中学习的变阻器相似。电位器通常有三个引脚，可以将其等效为两个串联的电阻。当旋转旋钮时，两个电阻的阻值会同时发生变化，但它们的总和保持不变。
例如，一个1000欧姆的电位器，在左旋到极限时，R(1-2)为0欧姆，R(2-3)为1000欧姆；在右旋到极限时，R(1-2)为1000欧姆，R(2-3)为0欧姆。这种特性使得电位器非常适合用于分压电路。
电位器实际应用
电位器最常用的应用是在分压电路中，其中2号引脚的电压可以在0V到5V之间变化，这正是Arduino模拟输入引脚所期望的信号范围。
Arduino如何接电位器
在Arduino项目中，通常将电位器的1号引脚接地（GND），3号引脚接+5V电源，2号引脚连接到Arduino的模拟输入引脚（如A0）。这种接法使得当旋钮向右旋转时，2号引脚的电压增大；向左旋转时，电压减小。
1-29 模拟输入2-analogRead
演示效果
将电位器连接到Arduino后，可以通过Arduino的串口监视器观察到A0引脚的读数变化。当旋钮向右旋转时，读数从0增加到1023；向左旋转时，读数从1023减小到0。
示例程序
Arduino使用analogRead()函数来读取模拟输入引脚的值。这个函数返回一个0到1023之间的整数，对应于0V到5V的电压范围。
干扰问题
在实际使用中，由于环境干扰，读数可能会出现微小波动。例如，当旋钮调到最大或最小位置时，读数可能在1023和1022之间或0和1之间跳变。这种现象是正常的，因为Arduino的模拟输入分辨率很高，即使是微小的电压变化也会反映在读数上。
AnalogRead()函数详解
Arduino的模拟输入引脚实际上是一个10位的模数转换器（ADC），可以将0V到5V的模拟信号转换为0到1023之间的数字信号。每个数字变化代表大约4.88mV的电压变化。analogRead()函数就是用来读取这个转换后的数字值。
1-30 模拟输入3-电位器控制LED亮度
实验演示
通过将电位器的输出连接到Arduino的模拟输入引脚，可以控制连接到PWM引脚的LED亮度。当旋钮向右旋转时，LED亮度增加；向左旋转时，亮度减小。
示例程序
要实现LED亮度控制，需要使用analogWrite()函数。这个函数可以产生PWM信号，控制LED的亮度。但是，analogWrite()函数的输入范围是0到255，而analogRead()函数的输出范围是0到1023，因此需要使用map()函数进行比例转换。
Map()函数
map()函数用于将一个数值从一个范围映射到另一个范围。在这个例子中，需要将0到1023的范围映射到0到255的范围。
回顾
- 电位器产生0V到5V的模拟信号
- Arduino使用
analogRead()函数将模拟信号读取为0到1023之间的数字信号 - 使用
map()函数将0到1023的范围映射到0到255的范围 - 使用
analogWrite()函数产生PWM信号控制LED亮度
需要注意的是，Arduino UNO的模拟输出信号是PWM信号，而其他开发板可能使用不同的信号类型。因此，在使用其他开发板时，需要查阅相关文档了解具体的模拟输出特性。