本节书摘来华章计算机《Arduino开发实战指南:机器人卷》一书中的第2章 ,第2.2节,黄文恺 伍冯洁 陈 虹 编著更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。
2.2 模拟I/O口的操作函数
2.2.1 analogReference(type)
analogReference函数的作用是配置模拟输入引脚的基准电压(即输入范围的最大值),它是一个无返回值函数,只有一个参数type,type的选项有DEFAULT/INTERNAL/ INTERNAL1V1/INTERNAL2V56/EXTERNAL,其具体含义如下。
- DEFAULT:默认5V或3.3V为基准电压(以Arduino板的电压为准)。
- INTERNAL:低电压模式,使用片内基准电压源(Arduino Mega无此选项)。
- INTERNAL1V1:低电压模式,以1.1V为基准电压(此选项仅针对Arduino Mega)。
- INTERNAL2V56:低电压模式,以2.56V为基准电压(此选项仅针对Arduino Mega)。
- EXTERNAL:扩展模式,以AREF引脚(0~5V)的电压作为基准电压,
其中AREF引脚的位置如图2.1所示。
设置模拟输入引脚的基准电压为默认值的语句如下:
analogReference (DEFAULT);
注意
使用AREF引脚上的电压作为基准电压时,需接一个5kΩ的上拉电阻,以实现外部和内部基准电压之间的切换。但总阻值会发生变化,因为AREF引脚内部有一个32kΩ电阻,接上拉电阻后会产生分压作用,因此,最终AREF引脚上的电压为,Varef为AREF引脚的输入电压。
2.2.2 analogRead(pin)
analogRead函数的作用是从指定的模拟引脚读取值,读取周期为100μs,即最大读取速度可达每秒10?000次。参数pin表示读取的模拟输入引脚号,返回值为int型(范围在
0~1023)。
Arduino Uno主板有6个通道(Mega有16个)10位AD(模数)转换器,即精度为10位,返回值是0~1023。也就是说输入电压为5V的读取精度为5V/1024个单位,约等于每个单位0.049V(4.9mV)。输入范围和进度可通过analogReference()进行修改。
如输入电压为a,那么获取模拟输入引脚3的电压值的示例程序如下:
int potPin = 3;
int value = 0;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
value = analogRead(potPin) *a*1000/1023; // 输入电压是a
Serial.println(value); // 输出电压值的单位为mV
}
注意
对Arduino Uno而言,函数参数的pin范围是0~5,对应板上的模拟口A0~A5。其他型号的Arduino控制板以此类推。
2.2.3 analogWrite(pin,value)
analogWrite函数的作用是通过PWM的方式将模拟值输出到引脚,即调用analogWrite函数后,相应引脚将产生一个指定占空比的稳定方波(频率大约为490Hz),直到下一次调用该函数,可应用在LED亮度调节、电机速度控制等方面。
analogWrite函数是无返回值函数,有两个参数pin和value。参数pin表示将输出PWM的引脚,这里只能选择函数支持的引脚。对于大多数Arduino板(板载ATmega168或ATmega328),这个函数支持引脚3、5、6、9、10和11,对于ArduinoMega,它适用于2~13号引脚。参数value表示PWM输出的占空比,因为PWM输出位数为8,所以其范围在0(常闭)~255(常开)之间,对应占空比为0~100%。带PWM功能的引脚均标有波浪号“~”。
从引脚11输出PWM的示例程序如下:
int sensor=A0;
int LED=11;
int value;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
value =analogRead(sensor);
Serial.println(value,DEC); // 可以观察读取的模拟量
analogWrite(LED, value /4); // 读回的值范围是0~1023,结果除以4才能得到0~255的区间值
}
注意
引脚5和6的PWM输出将产生高于预期的占空比。这是因为millis()和delay()函数共享同一个内部定时器,使内部计时器在处理PWM输出时分心。这种情况一般出现在低占空比设置时,如0~10的情况下。还有些情况是占空比为0时,引脚5和6并没有关闭输出。