Чтение аналоговых датчиков на Raspberry Pi Pico с Velxio

Введение

Добро пожаловать в очередное практическое руководство в блоге Velxio! Сегодня мы погружаемся в АЦП (аналого-цифровой преобразователь) Raspberry Pi Pico. Pico — это мощная маленькая плата, и одна из её самых крутых особенностей — возможность считывать аналоговые напряжения, что идеально подходит для датчиков, потенциометров и многого другого. В этом примере мы будем считывать три внешних аналоговых сигнала с потенциометров, а также получать значение внутреннего датчика температуры. Всё это работает прямо в вашем браузере с помощью SPICE-точной симуляции Velxio.

Схема подключения pico-adc-read на холсте симулятора Velxio

Разбор схемы

Давайте посмотрим на схему. У нас есть Raspberry Pi Pico (вариант Nano RP2040 в Velxio), подключенный к двум потенциометрам и светодиоду.

Компоненты

Raspberry Pi Pico (Nano RP2040): Мозг операции.
Потенциометр A0 (pot-a0): Подключен к GPIO26 (A0). Его средний вывод (SIG) идет на A0, VCC — на 3.3V, а GND — на землю.
Потенциометр A1 (pot-a1): Подключен к GPIO27 (A1). Та же разводка: SIG на A1, VCC на 3.3V, GND на землю.
Красный светодиод (led-temp): Подключен к GPIO2 (D2) через токоограничивающий резистор (встроенный в компонент светодиода). Анод (A) идет на D2, катод (C) — на землю.

Детали подключения

A0 (GP26) подключен к выводу SIG потенциометра pot-a0 синим проводом (#4488ff).
A1 (GP27) подключен к выводу SIG потенциометра pot-a1 зеленым проводом (#44cc44).
D2 (GP2) подключен к аноду красного светодиода красным проводом (#ff4444).
Оба потенциометра используют общую шину 3.3V (красные провода) и землю (черные провода) от Pico.
Катод светодиода подключен к земле.

Примечание: Выводы АЦП Pico рассчитаны на 3.3V, поэтому мы используем источник питания 3.3V. Потенциометры работают как делители напряжения, обеспечивая переменное напряжение от 0 до 3.3V на своем среднем выводе.

Разбор кода

Теперь давайте рассмотрим код. Он написан на C++ в стиле Arduino для Raspberry Pi Pico.

// Raspberry Pi Pico — Тест чтения АЦП
// Читает аналоговые значения с A0-A2 (GPIO26-28) и внутреннего датчика температуры

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(500);
  Serial.println("=== Pico ADC Read ===");
  Serial.println("A0=GP26  A1=GP27  A2=GP28  Temp=внутренний");
  Serial.println("12-битное разрешение (0-4095), опорное 3.3V");
  Serial.println();

  analogReadResolution(12);
}

void loop() {
  int a0 = analogRead(A0);
  int a1 = analogRead(A1);
  int a2 = analogRead(A2);

  // Внутренний датчик температуры на канале 4
  // T = 27 - (V - 0.706) / 0.001721
  int tempRaw = analogRead(A3); // Канал 4 отображается на A3 ядром Pico
  float voltage = tempRaw * 3.3f / 4095.0f;
  float tempC = 27.0f - (voltage - 0.706f) / 0.001721f;

  Serial.print("A0: "); Serial.print(a0);
  Serial.print("  A1: "); Serial.print(a1);
  Serial.print("  A2: "); Serial.print(a2);
  Serial.print("  Temp: "); Serial.print(tempC, 1); Serial.println(" C");

  delay(1000);
}

Ключевые моменты

analogReadResolution(12): Устанавливает разрешение АЦП в 12 бит (0-4095). АЦП Pico по умолчанию 12-битный, но хорошей практикой является явная установка этого значения.
analogRead(A0): Читает напряжение на GPIO26 (A0). Ядро Pico отображает A0 на GPIO26, A1 на GPIO27, A2 на GPIO28, а A3 — на внутренний датчик температуры (канал 4).
Расчет температуры: Внутренний датчик выдает напряжение, которое меняется в зависимости от температуры. Формула T = 27 - (V - 0.706) / 0.001721 преобразует напряжение в градусы Цельсия. Константа 0.706V — это напряжение при 27°C, а 0.001721 В/°C — это крутизна характеристики.
Вывод в Serial: Результаты выводятся каждую секунду.

Ключевые концепции

Разрешение АЦП: АЦП Pico является 12-битным, что означает возможность представления 4096 дискретных уровней напряжения (от 0 до 4095). Опорное напряжение составляет 3.3V, поэтому каждый шаг равен примерно 0.8 мВ.
Аналоговое и цифровое: Потенциометры обеспечивают непрерывное напряжение; АЦП преобразует его в цифровое число.
Внутренний датчик температуры: Удобная функция для контроля температуры чипа без внешних компонентов.
Делитель напряжения: Потенциометр работает как делитель напряжения, выдавая часть напряжения питания.

Типичные ошибки и советы по отладке

Неправильное соответствие выводов: Помните, что A0 — это GPIO26, A1 — GPIO27, A2 — GPIO28, а внутренний датчик температуры доступен через A3 (канал 4).
Плавающие выводы: Если средний вывод потенциометра не подключен, показания АЦП могут быть случайными. Всегда обеспечивайте надежное соединение.
Монитор порта: Убедитесь, что скорость передачи данных совпадает (115200). В Velxio откройте Монитор порта на панели инструментов редактора.
Светодиод не мигает: Светодиод в этом примере не управляется кодом; он просто подключен. Чтобы заставить его мигать, нужно добавить вызовы digitalWrite(D2, HIGH) и delay().

Предлагаемые расширения

Добавьте третий потенциометр: Подключите третий потенциометр к GPIO28 (A2) и читайте его в коде.
Управляйте светодиодом: Используйте показания температуры для включения светодиода, когда она превышает порог.
Постройте график данных: Используйте Графический плоттер в Velxio для визуализации аналоговых показаний с течением времени.
Используйте внешние датчики: Замените потенциометры на фоторезистор (LDR) или датчик температуры, например LM35.

Попробуйте сами!

Готовы экспериментировать? Откройте живой пример в Velxio и начните изменять схему или код. Нажмите на ссылку ниже, чтобы запустить симуляцию прямо в вашем браузере.

Запустить пример Pico ADC Read на Velxio

Удачных экспериментов!