Poti

Dieses Lab zeigt Ihnen wie sie die wechselnde Spannung von einem Potentiometer als User Input nutzen können.

Vorkenntnisse:

• LED ansteuern

Ziel:

• Poti verbinden
• ADC nutzen um Spannung zu messen.
• Wertebereich umrechnen.

Das Potentiometer

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Ein Potentiometer wirkt wie ein verstellbarer Spannungsteiler, der die Spannung zwischen GND und VCC in Abhängigkeit von der Position des Schleifkontakts teilt. Durch Drehen des Potentiometers kann die Ausgangsspannung stufenlos verändert und an verschiedene Anforderungen angepasst werden

Aufbau

Analog Digital Wandler

Zuerst müssen wir die Klasse ADC aus dem Modul machine importieren.

from machine import ADC

Der Konstruktor benötigt nur die Pin nummer.

from machine import ADC
adc = ADC(32)

Der ADC bietet uns zwei verschieden Methoden um den aktuellen Wert am Pin zu lesen.

from machine import ADC
adc = ADC(32)
value = adc.read_u16() # Wert zwischen 0 und 2^16
microvolts = adc.read_uv()  # Wert in microvolts

from machine import ADC
from time import sleep

poti = ADC(32)

while True:
    value = poti.read_u16()
    print(f"Aktueller Wert: {value}")
    sleep(1)

from machine import ADC, Pin

poti = ADC(32)
led = Pin(27, Pin.OUT)

while True:
    value = poti.read_u16()
    # Hälfte von 2¹⁶ = 32768
    if value > 32768:
        led.on()
    else:
        led.off()

Messbereich auf Steuerungsbereich mappen

Ein häufiges Problem im Zusammenhang mit dem Einlesen analoger Werte ist das Umrechnen dieser Werte in einen anderen Wertebereich. Als Beispiel soll mit einem Potentiometer eine LED gedimmt werden. Wir haben nun gesehen, dass wir Werte zwischen 0 und 2^16 einlesen können. Zum Dimmen der LED benötigen wir nun einen Wertebereich zwischen 0 und 255.

Der gewünschte Wertebereich hat also 256 Schritte. Wir müssen nun also den ursprünglichen Bereich in 256 Schritte unterteilen.

Foglende Formel kann für die Umrechnung genutzt werden: $$\text{new\_value}=\frac{\text{value}-mi{n}_{in}}{ma{x}_{in}-mi{n}_{in}}\cdot (ma{x}_{out}-mi{n}_{out})+mi{n}_{out}$$ Dabei ist $in$ der Ursprungsbereich und $out$ der Zielwertebereich.

def map(value, min_in, max_in, min_out, max_out):
    if min_in == max_in:
        raise ValueError("Der Eingabebereich darf nicht null sein.")
    return (value - min_in)/(max_in - min_in) * (max_out - min_out) + min_out

Übungsaufgaben

1. Schreiben Sie ein Program, dass den Poti nutzt um 3 Zustände (AUS, AN, BLINKEN) einer LED auszuwählen.

2. Schreiben Sie ein Program, dass die Blinkfrequenz einer LED über einen Poti einstellbar macht.

3. Bauen Sie einen Spannungsteiler aus 220 Ω und 1kΩ auf. Berechnen Sie den Wert welcher vom ADC eingelesen wird und überprüfen Sie dies mit einem kleinen Program nach. Analysieren Sie mögliche Abweichungen des Messwertes von dem theoretischen Ergebnis.

4. Der Ladestand eines Akkus soll über 5 LEDs optisch dargestellt werden. Nutzen Sie einen Poti um die Spannung des Akkus zu simulieren. Programmieren Sie Ihre Schaltung so, dass proportional zur Stellung des Potentiometers die Anzahl der leuchtenden LEDs variiert. Nutzen Sie die eine for-Schleife.

5. Begründen Sie warum Sie einen 9V Akku nicht einfach an den ADC Pin anschließen dürfen. Skizzieren Sie anschließend eine mögliche Lösung um den Akkustand trotzdem zu messen.

6. Werte, die über einen analogen Eingang eingelesen wurden, sollen auf dem seriellen Monitor mit einer Art Balkenanzeige dargestellt werden. Je größer der eingelesen Wert, desto mehr > werden dargestellt. Die Balkenanzeige soll 25 Balken haben und das Maximum wird durch | angezeigt. Mit einem angeschlossenen Potentiometer soll die Balkenanzeige gesteuert werden.²

Resources

• Offizielle Documentation zu machine.ADC
• Micropython ESP32 Quickref