這篇文章來(lái)源于DevicePlus.com英語(yǔ)網(wǎng)站的翻譯稿。

本文最初發(fā)布在deviceplus.jp網(wǎng)站上，而后被翻譯成英語(yǔ)。

前言

使用數(shù)字輸入，可以將5V讀取為“HIGH”，將0V讀取為“LOW”?？梢酝ㄟ^(guò)狀態(tài)來(lái)判斷開關(guān)是否已導(dǎo)通。但是，實(shí)際上電壓不只是5V和0V，而是各種各樣。例如，一節(jié)AA電池的電壓為1.5V，日本家用插座的電壓為100V。

Arduino支持模擬輸入，以能夠讀取這些不同的電壓。利用模擬輸入功能，能夠讀取逐漸變化的電子元器件的狀態(tài)。例如，使用“電位器”可以調(diào)節(jié)亮度或音量，也可以從溫度傳感器獲取當(dāng)前溫度。

本文是本系列文章的最后一篇，將介紹使用“電位器”進(jìn)行模擬輸入的方法。

將模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值

實(shí)際的電壓不是像1V或5V這樣的精確值，而是像5.01342…V這樣的無(wú)理數(shù)，其小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字是無(wú)限不循環(huán)的。這樣的值是無(wú)法通過(guò)計(jì)算機(jī)直接處理的。因此，在電子電路中，會(huì)使用一種稱為“AD轉(zhuǎn)換器”的機(jī)制將模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，以便它們可以由計(jì)算機(jī)處理。Arduino作為標(biāo)配搭載了AD轉(zhuǎn)換器，可以讀取模擬電壓值并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。

AD轉(zhuǎn)換器會(huì)將對(duì)象電壓等分。對(duì)于Arduino Uno而言，可以讀取0-5V范圍內(nèi)的電壓，并會(huì)將這些0-5V的電壓值分成1023等份。AD轉(zhuǎn)換器會(huì)將讀取到的模擬電壓值轉(zhuǎn)換為最接近等分值的值。例如，如果電壓為3V，則“614”是最接近的值。這個(gè)值將發(fā)送給Arduino使用。

讀取到的多達(dá)1023個(gè)的整數(shù)值將會(huì)用于程序處理。但是，輸入值不是電壓值。如果想知道電壓值，可以進(jìn)行如下計(jì)算：

例如，如果來(lái)自AD轉(zhuǎn)換器的值為“614”，則除以1023再乘以5即可得到約3V。

Arduino的模擬輸入

要使用Arduino Uno的數(shù)字輸入功能時(shí)，有從A0到A5的6個(gè)引腳可用。通過(guò)將電子元器件連接到這些引腳上，即可讀取施加了多少電壓。但是，引腳A4和A5也用于稱為“I2C”的數(shù)字通信。請(qǐng)注意，在連接傳感器或顯示器等使用I2C數(shù)字通信的電子元器件時(shí)，這些引腳不能用于模擬輸入。

可以調(diào)節(jié)電壓的電位器

“電位器”是一個(gè)可以用來(lái)調(diào)節(jié)音量或照明亮度的電子部件。在電位器內(nèi)部配有電阻元件，并有在電阻元件上移動(dòng)的引腳。通過(guò)移動(dòng)引腳可以改變電阻。

電位器通常會(huì)配有三個(gè)引腳。左右兩側(cè)的引腳安裝在電阻器的兩端。中間的引腳可以在電阻元件上移動(dòng)。如果將中間引腳向右移動(dòng)，則左側(cè)和中間引腳之間的電阻會(huì)增加。反之，如果將中間引腳向左移動(dòng)，則左側(cè)和中間引腳之間的電阻會(huì)減小。

在上圖中，電阻元件是線性的，但在旋轉(zhuǎn)式的電位器中，內(nèi)部電阻元件是圓形的。盡管形狀不同，但它們的工作原理基本相同。

Arduino的模擬輸入使用電壓的變化進(jìn)行輸入。但是，由于電位器的電阻會(huì)發(fā)生變化，因此無(wú)法通過(guò)將其直接連接到Arduino來(lái)讀取電位器的變化情況。因此，需要將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化。將電源和GND分別連接到電阻的左右引腳。這樣，中間引腳的電壓將根據(jù)引腳的位置發(fā)生變化。例如，假設(shè)將GND連接到左側(cè)引腳，將電源(5V)連接到右側(cè)引腳，當(dāng)中間引腳向右移動(dòng)，電壓會(huì)升高，向左移動(dòng)時(shí)，電壓會(huì)降低。此外，由于左端為0V，右端為5V，因此可以使電壓值在0V到5V的范圍內(nèi)變化。

只要將這個(gè)中間引腳與Arduino的模擬輸入引腳相連接，就可以通過(guò)操作電位器來(lái)更改輸入。

通過(guò)電位器實(shí)現(xiàn)模擬輸入

現(xiàn)在，我們嘗試使用電位器進(jìn)行模擬輸入。需要準(zhǔn)備好以下電子部件：
電位器

電位器會(huì)記錄可調(diào)范圍內(nèi)的電阻值。作為Arduino輸入使用時(shí)，最好使用10kΩ的電位器。另外，如果電位器的旋轉(zhuǎn)軸配有旋鈕會(huì)更容易操作。

鱷魚夾線

用于連接電位器，使用時(shí)用鱷魚夾夾住電位器的引腳。點(diǎn)擊鏈接可以看到我們使用的是2條紅線和2條黑線配套銷售的產(chǎn)品。

所需部件準(zhǔn)備好以后，按如下方式連接。由于電位器無(wú)法插入面包板，因此需要使用鱷魚夾線將其直接連接到Arduino。此時(shí)需要注意的是，要確保鱷魚夾的金屬部分不要接觸相鄰的夾子部分。

編寫以下程序：

要確認(rèn)模擬輸入引腳的連接狀態(tài)時(shí)，請(qǐng)?jiān)诘?1行的“analogRead()”中指定對(duì)象引腳。這樣，即可使用0到1023的值輸入引腳電壓值。如果想知道電壓，請(qǐng)按第13行所示進(jìn)行計(jì)算并將計(jì)算值轉(zhuǎn)換為電壓值。

將程序發(fā)送給Arduino并顯示串行監(jiān)視器。
您可以看到，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字的值顯示在“Value:”之后，經(jīng)計(jì)算并轉(zhuǎn)換為電壓的值顯示在“Volt:”之后，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)電位器時(shí)，值也隨之變化。

總結(jié)

在本系列連載文章中，我們介紹了Arduino基礎(chǔ)的用法。歡迎您根據(jù)這些內(nèi)容來(lái)嘗試制作各種電子作品或者讓一些電子部件動(dòng)起來(lái)。非常感謝您連續(xù)關(guān)注這個(gè)長(zhǎng)達(dá)半年的連載系列，謝謝！

審核編輯：湯梓紅