Потенциометр

Необходимые знания: [HW] Andurite moodul, [HW] Kasutajaliidese moodul,
[ELC] Pingejagur, [AVR] Analoog-digitaalmuundur, [LIB] Analoog-digitaalmuundur,
[LIB] 7-segmendiline LED indikaator

Электрическое обозначение потенциометра

Потенциометр это переменный резистр с тремя контактами, где между двумя крайними контактами находится фиксированное сопротивление, а между крайними и средним контактами - переменное сопротивление. Потенциометр, в принципе, является и делителем напряжения, где сопротивления образуются между крайними и средним контактами. Синоним потенциометра (на английском языке potentiometer) - реостат (на английском rheostat).

Поворотный потенциометр

Типичный потенциометр состоит из сопротивления с токопроводящей поверхностью и из скользящего по ней подвижного контакта – движка. Чем ближе движок к углу сопротивления, тем меньше сопротивление между движком и этим углом, и наоборот. В роли сопротивления может выступать материал с большим удельным сопротивлением или обмотка скрученная из проволоки сопротивления. Существуют потенциометры как с линеарным, так и логарифмическим сопротивлением и позиционным отношением. Большая часть потенциометров поворотные (пример на картинке справа), но имеются так же и сопротивления скользящего типа. Особенный тип потенциометра это дигитальные потенциометры, в которых регулировка сопротивления происходит внутри микросхемы в соответствии с управляющими сигналами.

На плате модуля «Датчики» Домашней Лаборатории находится поворотный потенциометр 4,7 kΩ. Потенциометр подключен между землей и +5 V потенциалами, а движок соединен с каналом 3 аналого-дигитального преобразователя микроконтроллера. В таком случае можно регулировать выходное напряжение потенциометра в пределах от 0 до 5 V. Если опорное напряжение аналого-дигитального преобразователя AVR взять с вывода AVCC, то выходное напряжение потенциометра получит дигитальное значение на протяжении всей границы его регулирования. Для использования ADC AVR в библиотеке Домашней Лаборатории написаны следующие функции:

//
// Типы данных настроек
//
typedef enum
{
	ADC_REF_AREF = 0x00,
	ADC_REF_AVCC = 0x01,
	ADC_REF_2V56 = 0x03
}
adc_reference;
 
typedef enum
{
	ADC_PRESCALE_2   = 0x01,
	ADC_PRESCALE_4   = 0x02,
	ADC_PRESCALE_8   = 0x03,
	ADC_PRESCALE_16  = 0x04,
	ADC_PRESCALE_32  = 0x05,
	ADC_PRESCALE_64  = 0x06,
	ADC_PRESCALE_128 = 0x07
}
adc_prescale;
 
//
// Запуск ADC
//
void adc_init(adc_reference reference, adc_prescale prescale)
{
	// Разрешение работать ADC, выбор частотного делителя
	ADCSRA = bit_mask(ADEN) | (prescale & 0x07);
 
	// Выбор опорного напряжения
	ADMUX = (reference & 0x03) << REFS0;
}
 
//
// Преобразование значения обозначеного канала
//
unsigned short adc_get_value(unsigned char channel)
{	
	// Обозначение канала
	ADMUX = (ADMUX & 0xF0) | (channel & 0x0F);
 
	// Начало преобразования
	bit_set(ADCSRA, ADSC);
 
	// Ожидание окончания преобразования
	while (bit_is_set(ADCSRA, ADSC))
	{
		asm volatile ("nop");
  	}
 
	// Возвращение результата
	return ADCW;
}

Функцию adc_init нужно вызвать в начале программы, с помощью чего настраивается работоспособность AVR-а ADC. Cледует выбрать опорное напряжение с вывода AREF или AVCC, или наоборот входное фиксированное напряжение 2,56 V. В добавок нужно обозначить рабочий такт преобразователя, а точнее предварительный делитель частоты, с помощью которого делится рабочий такт микроконтроллера. Преобразование происходит быстрее при использовании более высокого такта, но в таком случае может пострадать точность измерения. Для измерения имеется функция adc_get_value с помощью которой можно выбрать канал и которая возвращает 10-битовый результат измерения в виде 16-битного целого числа. Функция измерения является блокирующей, т.е. она остается ждать конца преобразования и возвращает результат только тогда, когда измерение совершено.

В примере программы используется только что объясненная библиотека аналогово-дигитального преобразователя и 7-сегментного цифрового индикатора LED. Значение 10-битного аналогово-дигитального преобразователя умножается на десять и делится на 1024, чтобы получить значение в пределах от 0 до 9. Значение 10 не может возникнуть, т.к. в языке Си в частном рассчитывается целочисленное, а не округленное значение. Для получения более точного результата измерения используется функция усреднения результата преобразователя. В качестве результата рабочая программа показывает на индикаторе цифры от 0 до 9, соответственно положению индикатора.

//
// Пример программы модуля «Датчики» Домашней Лаборатории.
// На 7-сегментном цифровом индикаторе отображается положение потенциометра.
//
#include <homelab/adc.h>
#include <homelab/module/segment_display.h>
 
//
// Выбор канала
//
//  1 = Фоторезистор
//  2 = Терморезистор
//  3 = Потенциометр
//
#define ADC_CHANNEL 3
 
//
// Основная программа
//
int main(void)
{
	int value;
 
	// Настройка 7-сегментного цифрового индикатора
	segment_display_init();
 
	// Настройка ADC преобразователя
	adc_init(ADC_REF_AVCC, ADC_PRESCALE_8);
 
	// Бесконечный цикл
	while (true)
	{
		// Считывание значения, округленного в 4 раза
		value = adc_get_average_value(ADC_CHANNEL, 4);
 
		// Отображение показаний в сотых
		segment_display_write(value * 10 / 1024);
	}
}