差别

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--- mp_temp_gauge [2021/10/04 23:21]
gongyusu [2.读取电位器]
+++ mp_temp_gauge [2022/02/26 21:29] (当前版本)
gongyusu [5. 用PWM使LED衰减]
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 ## 测量温度
-使用 Raspberry Pi Pico 的内置ADC转换模拟输入，并读取其内部温度传感器
+使用[[rpi_pico|Raspberry Pi Pico]]的内置[[ADC]]转换模拟输入，并读取其内部[[temp_sensor|温度传感器]]
-在前面的章节中，我们一直在使用Raspberry Pi Pico上的数字输入。数字输入打开或关闭，二进制状态。当按下按钮开关时，它会将引脚从低、关、高、开改变；当被动红外传感器检测到运动时，它也一样。
+在前面的章节中，我们一直在使用Raspberry Pi Pico上的数字输入。数字输入只有打开(on)或关闭(off)两种状态，当按下按钮开关时，它会将引脚从低（关）到高（开）改变；当被动红外传感器检测到运动时，它也一样。
-不过，我们的Pico可以接受另一种类型的输入信号：模拟输入。而数字是只有打开或关闭，模拟信号可以是从完全关闭到完全打开的任何值——一系列可能的值。模拟输入用于从音量控制到气体、湿度和温度传感器的所有内容，它们通过称为模数转换器 (ADC) 的硬件工作。
-在本章中，我们将学习如何在Pico上使用ADC - 以及如何利用其内部温度传感器来构建数据记录热量测量小工具。我们还将学习一种创建类似模拟输出的技术。
+不过，我们的[[rpi_pico|Pico]]可以接受另一种类型的输入信号：模拟输入, 数字信号是只有打开或关闭两种状态，而模拟信号可以是从完全关闭到完全打开的任何值 - 一系列可能的值。模拟输入用于从音量控制到气体、湿度和温度传感器的所有内容，它们通过称为[[adc|模数转换器 (ADC)]]的硬件工作。
+在本章中，我们将学习如何在[[rpi_pico|Pico]]上使用[[ADC]]，以及如何利用其内部[[temp_sensor|温度传感器]]来构建数据记录热量测量小工具, 我们还将学习一种创建类似模拟输出的技术。
 ### 1. 模数转换器
-Raspberry Pi Pico的RP2040微控制器是一种数字设备，就像所有主流微控制器一样：它由数千个晶体管、类似开关的微型设备组成，这些设备可以打开或关闭。因此，我们的Pico无法真正理解模拟信号 - 可以是完全关闭和完全打开之间的任何频谱 - 不依赖额外的硬件：模数转换器（ADC ）。
+Raspberry Pi Pico的[[RP2040]]微控制器是一种数字设备，就像所有主流微控制器一样, 它由数千个晶体管、类似开关的微型设备组成，这些设备可以打开或关闭。因此，我们的Pico无法真正理解模拟信号 - 可以是完全关闭和完全打开之间的任何数值 - 不依赖额外的硬件：模数转换器（ADC ）。
-顾名思义，模数转换器将模拟信号转换为数字信号。无论您仔细观察，您都不会在Pico上看到ADC：它内置于RP2040本身中。许多微控制器都有自己的ADC，就像RP2040一样，而那些没有的可以使用连接到一个或多个数字输入的外部ADC。
+顾名思义，[[adc|模数转换器]]将模拟信号转换为数字信号。不过Pico的ADC在板上找不到，因为它是内置于[[RP2040]]芯片内部的，其实许多[[mcu|微控制器]]都有自己的[[ADC]]，就像[[RP2040]]一样，而那些没有的可以使用连接到一个或多个数字输入的外部ADC上。
+[[ADC]]有几个关键的技术指标：
+  * 以数字位为单位的分辨率；
+  * 以sps为单位的转换率
+  * 通道数 - 它可以同时接受和转换多少路模拟信号；
+[[rpi_pico|Pico]]中的[[ADC]]具有12位的分辨率，这意味着它能够将输入端的模拟信号转换为从0到4095的数字信号，尽管在MicroPython中的处理范围为16位 - 从0到65,535，因此它的行为与其它 MicroPython微控制器上的ADC相同。RP2040具有4个连接到GPIO引脚的通道：GP26、GP27、GP28和GP29，对应于模拟通道0、1、2和3，它们也被称为GP26_ADC0、GP27_ADC1、GP28_ADC2、GP29_ADC3。其实还有第5个ADC通道，它连接到RP2040内置温度传感器，在树莓派Pico核心板/硬禾Pico核心板上GP26、GP27和GP28被引出到外扩的管脚上，GP29则被用于监测板上电压，不能用户扩展使用。
+{{ :pico_adc.png |}}<WRAP centeralign>树莓派RP2040控制器内部的ADC </WRAP>
-ADC有两个关键特性：
-  * 以数字位为单位的分辨率
-  * 通道数，或者它可以同时接受和转换多少模拟信号。
-Pico中的ADC具有12位的分辨率，这意味着它可以将模拟信号转换为数字信号作为范围从0到4095的数字——尽管这是在MicroPython中处理的，转换为范围从0 到16位的数字65,535，因此它的行为与其他 MicroPython微控制器上的ADC相同。它具有三个连接到GPIO引脚的通道：GP26、GP27 和 GP28，对于模拟通道 0、1 和 2，它们也称为GP26_ADC0、GP27_ADC1 和GP28_ADC2。还有第四个ADC通道，它连接到RP2040内置温度传感器；您将在本章后面找到更多相关信息。
 <WRAP center round tip 60%>
 **为什么是 65,535？**
-乍一看，数字“65,535”看起来很奇怪——为什么会这样，为什么不是简单的0-100？ 答案与您的Pico 在二进制数系统上工作的事实有关，其中一个数字的唯一可能值是0或1。一个16位二进制数被制作
+乍一看，数字“65,535”看起来很奇怪，为什么会这样，为什么不是简单的0-100？ 答案与我们的Pico采用在2进制数系统有关，一个1位数字的唯一可能值是0或1，一个16位二进制数
-最多16位，最大可能值是16个：1111111111111111。如果将其转换回十进制数，人类使用的0-9计数系统，您会得到65,535。
+最多16位，最大可能值是16个：1111111111111111，如果将其转换回十进制数，也就是我们人类常用的十进制计数系统，就会得到65,535。
 </WRAP>
 ### 2.读取电位器
-连接到Pico模数转换器的每个引脚也可以用作简单的数字输入或输出；要将其用作模拟输入，您需要一个模拟信号——您可以使用电位计轻松制作一个。
+连接到Pico模数转换器的每个引脚既可以用作简单的数字输入、输出，也可以将其用作模拟输入，这时候我们需要一个模拟信号，比较简单的方式就是用[[potentiometer|电位器/电位计]]制作一个。
-有多种类型的电位器可供使用：有些，例如您在第7章中使用的HC-SR501被动红外传感器上的电位器，设计为可以用螺丝刀调节；其他的通常用于音量控制和其他输入，有旋钮或滑块。 最常见的类型有一个小的，通常是塑料的，从顶部或前面伸出的旋钮：这被称为旋转电位器。
+可以使用的电位计有多种，例如我们在第7章中使用的HC-SR501被动红外传感器上的电位器，它被设计为可以用螺丝刀调节；其它的通常用于音量控制和其它输入可以用旋钮或滑块来调节。
+最常见的类型有一个小的、通常是塑料的，从顶部或前面伸出的旋钮来调节，这种电位计被称为旋转电位计。
+{{ :potentiometer.jpg |}}<WRAP centeralign> 可调电位计 </WRAP>
 打开Thonny并开始一个新程序：
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 </code>
-与数字通用输入/输出 (GPIO) 引脚一样，模拟输入引脚由machine库处理——就像数字引脚一样，在使用之前需要设置它们。 继续你的程序：
+与数字通用输入/输出 ([[GPIO]]) 引脚一样，模拟输入引脚由machine库处理, 就像数字引脚一样，在使用之前需要设置它们。 继续我们的程序：
 <code python>
 potentiometer = machine.ADC(26)
 </code>
-这将引脚 GP26_ADC0 配置为模数转换器上的第一个通道ADC0。
+这将引脚GP26_ADC0配置为模数转换器上的第一个通道ADC0。
 要从引脚读取，请设置一个循环：
 <code python>
 while True:
@@ 行 47: / 行 58: @@
     utime.sleep(2)
 </code>
-在这个循环中，读取引脚的值并将其打印在一行上：这是将值读入变量然后打印变量的更紧凑的替代方法，但仅当您不想这样做时才有效,除了打印之外的任何阅读 - 这正是该程序目前所需要的。
-读取模拟输入几乎与读取数字输入相同，除了一件事：读取数字输入时使用read()，但使用read_u16()读取该模拟输入。最后一部分u16只是警告您，您将收到一个16位无符号整数，即0到 65,535之间的整数，而不是二进制0 或1结果。
+在这个循环中，读取引脚的值并将其打印在一行上。
-单击运行图标并将您的程序保存为Potentiometer.py。观看Shell：您会看到您的程序打印出大量数字，可能超过60,000。尝试将电位计一直朝一个方向旋转：根据您转动旋钮的方向和您在电路中使用的外腿，数字会上升或下降。反过来：该值将向相反的方向变化。但是，无论您朝哪个方向转动，它都不会接近0。那是因为只有两条腿连接，电位计充当称为可变电阻器或变阻器的组件。压敏电阻是一个可以改变值的电阻器——在10kΩ电位计的情况下，介于0Ω和10,000Ω之间。电阻越高，来自3V3引脚的电压到达您的模拟输入端的电压就越低——因此数字会下降。电阻越低，到达您的模拟输入的电压就越大——因此数字会增加。
+读取模拟输入几乎与读取数字输入相同，除了一件事：读取数字输入时使用read()，但使用read_u16()读取该模拟输入。最后一部分u16只是告诉我们将收到一个16位无符号的整数，即0到65,535之间的整数，而不是二进制0或1结果。
-电位计的工作原理是在内部有一个导电条，连接到两个外部引脚，以及一个雨刷或刷子连接到内部引脚（图 8-2）。当您转动旋钮时，雨刷器会靠近条带的一端并远离另一端。雨刮器离您连接到Pico 3V3 引脚的条带末端越远，电阻越高；离得越近，阻力越小。
+单击运行图标并将我们的程序保存为Potentiometer.py。
-压敏电阻是非常有用的组件，但有一个缺点：您会注意到，无论您将旋钮向任一方向旋转多远，您都无法获得0值——或接近它的任何值。这是因为10kΩ电阻器的强度不足以将3V3引脚的输出降至0V。您可以寻找具有更高最大电阻的更大电位器，或者您可以简单地将现有电位器连接起来作为分压器。
+观看Shell部分：我们会看到程序打印出大量数字，可能超过60,000。尝试将电位计一直朝一个方向旋转：根据我们转动旋钮的方向和我们在电路中使用的外部引脚，数字会上升或下降；反过来：该值将向相反的方向变化。但是，无论我们朝哪个方向转动，它都不会接近0。这是因为只有两条腿连接，电位计充当称为可变电阻器或变阻器的器件。
-### 3. 作为分压器的电位器
+压敏电阻是一个可以改变值的电阻器， 在10kΩ电位计的情况下，介于0Ω和10,000Ω之间。电阻越高，来自3V3引脚的电压到达我们的模拟输入端的电压就越低——因此数字会下降。电阻越低，到达我们的模拟输入的电压就越大，因此数字会增加。
+电位计的工作原理是在内部有一个导电条，连接到两个外部引脚，以及一个雨刷或刷子连接到内部引脚。当我们转动旋钮时，雨刷器会靠近条带的一端而远离另一端。雨刮器离我们连接到Pico 3V3引脚的条带末端越远，电阻越高；离得越近，电阻越小。
+{{ :potentiometerinternal.jpg |}}<WRAP centeralign> 电位计内部的结构</WRAP>
+压敏电阻是非常有用的器件，但有一个缺点：无论我们将旋钮向任一方向旋转多远，都无法获得0值， 或接近它的任何值。这是因为10kΩ电阻器的强度不足以将3V3引脚的输出降至0V。我们可以寻找具有更高最大电阻的更大电位器，或者可以简单地将现有电位器连接起来作为分压器。
+### 3. 作为分压器的电位器
 电位器上未使用的引脚不是用来展示的：在电路中添加到该引脚的连接完全改变了电位器的工作方式。单击停止图标以停止您的程序，并抓住两根公对公 (M2M) 跳线。如图 8-3 所示，使用一个将电位计未使用的引脚连接到面包板的接地轨。取另一个并将接地轨连接到Pico上的GND引脚。
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 单击运行图标并将您的程序保存为Temperature.py。 观察外壳区域：您会看到打印的数字代表传感器报告的温度（以摄氏度为单位）。
 <WRAP center round tip 60%>
-**热和 RP2040**
+**发热和RP2040**
-如果你有一个传统的温度计，你可能会看到你的Pico报告的数字要高一点：那是因为温度传感器位于 Pico的RP2040芯片内部，它正在忙于运行你的程序。 当微控制器通电时，它会自行产生热量——而这些热量足以扭曲结果。 对于这样一个简单的程序，偏斜可能不会太高； 如果您的程序进行了大量复杂的计算，则偏斜可能会更高。
+如果你有一个传统的[[temp_sensor|温度计]]，你可能会看到你的Pico测量到的数字要高一点，那是因为我们用到的温度传感器是嵌在Pico的处理器[[RP2040]]内部的，它正在忙于运行我们给它编写好的程序。 当微控制器通电运行程序时，它就会自行产生热量，而这些热量足以让测量到的结果有偏差，对于这样一个简单的程序，偏斜可能不会太高； 如果您的程序进行了大量复杂的计算，则偏斜可能会更高。
 </WRAP>
-尝试将指尖轻轻按在Pico中间最大的黑色芯片RP2040上，然后将其握在那里：手指的温暖应该会使芯片变暖，温度会升高。将手指从芯片上移开，温度会再次下降。
+尝试将指尖轻轻按在Pico中间最大的黑色芯片RP2040上，保持一段时间，手指的温暖应该会使芯片变暖，温度会升高。将手指从芯片上移开，温度会再次下降。
-恭喜 - 您已经将 Pico 变成了温度计！
+恭喜 - 我们已经将Pico变成了温度计！
 ### 5. 用PWM使LED衰减
-Pico中的模数转换器仅以一种方式工作：它将模拟信号转换为微控制器可以理解的数字信号。如果你想走另一条路，让你的数字微控制器创建一个模拟输出，你通常需要一个数模转换器 (DAC)——但是有一种方法可以“伪造”模拟信号，使用一种叫做脉宽调制或PWM。
+[[rpi_pico|Pico]]中的[[adc|模数转换器]]仅以一种方式工作：它将模拟信号转换为微控制器可以理解的数字信号。如果我们想通过数字微控制器得到一个模拟量输出，我们通常需要一个[[dac|数模转换器(DAC)]]， 但一般的微控制器中没有内置的DAC，不过有一种方法可以“伪造”模拟信号，使用一种叫做[[pwm|脉宽调制或PWM]]的技术。
-微控制器的数字输出只能打开或关闭，0 或 1。打开和关闭数字输出称为脉冲，通过改变引脚打开和关闭的速度，您可以改变或调制这些输出的宽度脉冲——因此称为“脉宽调制”。
-Pico 上的每个 GPIO 引脚都能够进行脉宽调制，但微控制器的脉宽调制块由八个切片组成，每个切片有两个输出。看图 8-4：你会看到每个引脚都有一个字母和一个数字。数字代表连接到该引脚的 PWM 片；字母表示使用切片的哪个输出。
+[[mcu|微控制器]]的数字输出只能是0或1，打开和关闭数字输出称为脉冲，通过改变引脚打开和关闭的速度，我们可以改变或调制这些输出的脉冲宽度， 因此称之为“脉宽调制”。
+Pico上的每个[[GPIO]]引脚都能够进行脉宽调制，但RP2040微控制器的脉宽调制块由八个切片（slice）组成，每个切片有两个输出。看图 8-4：你会看到每个引脚都有一个字母和一个数字。数字代表连接到该引脚的PWM片；字母表示使用切片的哪个输出。
+{{ :pico_pinout.png?700 |}} <WRAP centeralign>树莓派官方Pico模块的管脚定义 </WRAP>
+{{ :rp2040_pwm.png |}}
 <WRAP center round tip 60%>
 **PWM 冲突**
-如果您不小心使用了两次相同的 PWM 输出，您就会知道，因为每次更改一个引脚上的 PWM 值时，它也会影响冲突的引脚。 如果发生这种情况，请查看图 8-4 中的引脚排列图和您的电路，并找到您没有的 PWM 输出还没用。
+如果我们不小心使用了两次相同的PWM输出，每次更改一个引脚上的PWM值时，它也会影响冲突的引脚。 如果发生这种情况，请查看Pico管脚图中的引脚排列图和我们的电路，并找到我们还没有用的PWM输出。
 </WRAP>
-如果这听起来令人困惑，请不要担心：这意味着您需要确保跟踪正在使用的 PWM 切片和输出，确保仅连接到带有字母和数字组合的引脚” t 已经使用。 如果您在 GP0 针脚上使用 PWM_A[0] 并在针脚 GP1 上使用 PWM_B[0]，则一切正常，如果您在针脚 GP2 上添加 PWM_A[1]，则将继续工作； 但是，如果您尝试在引脚 GP0 和引脚 GP16 上使用 PWM 通道，则会遇到问题，因为它们都连接到 PWM_A[0]。
+是不是听起来很晕？不要担心：这意味着我们需要确保跟踪正在使用的PWM切片和输出，确保仅连接到带有字母和数字组合的引脚已经使用。如果我们在GP0针脚上使用PWM_A[0]并在针脚GP1上使用PWM_B[0]，则一切正常，如果我们在管脚GP2上添加PWM_A[1]，是没有问题的。但是，如果我们尝试在引脚GP0和引脚GP16上使用PWM通道，则会遇到问题，因为它们在芯片的内部都连接到PWM_A[0]。
-取一个 LED 和一个 330 Ω 的限流电阻，将它们放入面包板中，如图 8-5 所示。 将 LED 的较长脚（阳极）通过 330 Ω 电阻连接到 GP15 引脚，并将较短的脚连接到 Pico 的接地引脚。
-单击 Thonny 工具栏下方的选项卡，返回您的第一个程序； 如果您已经关闭它，请单击“打开”图标并从您的 Pico 加载 Potentiometer.py。 在您将电位计设置为模数输入的位置下方，键入：
+单击Thonny工具栏下方的选项卡，返回我们的第一个程序；
+如果已经关闭它，请单击“打开”图标并从我们的Pico中加载Potentiometer.py。
+将电位计设置为模数输入的位置下方，键入：
 <code python>
@@ 行 191: / 行 219: @@
 </code>
-这会在引脚 GP15 上创建一个 LED 对象，但有一个区别：它激活引脚上的脉宽调制输出，通道 B[7]——第八个切片的第二个输出，从零开始计数。
+这会在引脚GP15上创建一个LED对象，但有一个区别：它激活引脚上的脉宽调制输出，通道B[7]——第八个切片的第二个输出，从零开始计数。
-您还需要设置频率，这是您可以更改以控制或调制脉冲宽度的两个值之一。 在读数下方立即添加另一行：
+我们还需要设置PWM的频率，是我们可以更改的，用以控制或调制脉冲宽度的两个值之一。 在读数下方立即添加另一行：
 <code python>
@@ 行 198: / 行 227: @@
 </code>
-这将设置频率为 1000 赫兹 - 每秒一千个周期。 接下来，转到程序的底部并在添加以下内容之前删除 print(voltage) 和 utime.sleep(2) 行，记住将其缩进四个空格，使其成为循环中嵌套代码的一部分：
+这将设置频率为1000赫兹 - 每秒一千个周期。 接下来，转到程序的底部并在添加以下内容之前删除print(voltage)和utime.sleep(2)行，记住将其缩进4个空格，使其成为循环中嵌套代码的一部分：
 <code python>
@@ 行 204: / 行 233: @@
 </code>
-这条线从连接到电位计的模拟输入中获取原始读数，然后将其用作脉宽调制的第二个方面：占空比。占空比控制引脚的输出：0% 的占空比使引脚在每秒 1000 个脉冲时关闭，并有效地关闭引脚； 100% 的占空比使引脚在每秒 1000 个脉冲时都处于开启状态，并且在功能上等同于仅将引脚作为固定数字输出开启；占空比为 50% 时，引脚打开一半脉冲，关闭一半脉冲。
+这条线从连接到电位计的模拟输入中获取原始读数，然后将其用作脉宽调制的第二个参数：占空比。占空比控制引脚的输出：0%的占空比使引脚在每秒1000个脉冲时关闭，并有效地关闭引脚； 100%的占空比使引脚在每秒1000个脉冲时都处于开启状态，并且在功能上等同于仅将引脚作为固定数字输出开启；占空比为50%时，引脚打开一半脉冲，关闭一半脉冲。
-为了能够正确控制 LED 的亮度，您需要将模拟输入的值映射到 PWM 片可以理解的范围。执行此操作的最佳方法是告诉 MicroPython 您将占空比值作为无符号 16 位整数传递，与您从 Pico 的模拟输入引脚接收到的数字格式相同。这是通过使用 led.duty_u16 实现的。
-您完成的程序将如下所示：
+为了能够正确控制[[LED]]的亮度，我们需要将模拟输入的值映射到PWM片可以理解的范围。执行此操作的最佳方法是告诉[[MicroPython]]我们将占空比值作为无符号16位整数传递，与我们从[[rpi_pico|Pico]]的模拟输入引脚接收到的数字格式相同。这是通过使用led.duty_u16实现的。
+最后的程序将如下所示：
 <code python>
 import machine
 import utime
-potentiometer = machine.ADC(26)
+potentiometer = machine.ADC(28)
-led = machine.PWM(machine.Pin(15))
+led = machine.PWM(machine.Pin(25))
 led.freq(1000)
 while True:
@@ 行 218: / 行 249: @@
 </code>
-单击“运行”图标并尝试将电位计一直转动到一个方向，然后再转动到另一个方向。 观察 LED：这一次，除非您使用对数电位器，否则您会看到 LED 的亮度从电位器旋钮限制的一端完全关闭到另一端完全点亮。
+单击“运行”图标并尝试将电位计一直转动到一个方向，然后再转动到另一个方向。
-恭喜：您不仅掌握了模拟输入，而且现在可以使用脉宽调制创建等效于模拟输出的内容！
+观察LED：这一次，除非我们使用对数电位器，否则我们会看到LED的亮度从电位器旋钮限制的一端完全关闭到另一端完全点亮。
+到此，我们不仅掌握了模拟输入，而且现在可以使用脉宽调制创建等效于模拟输出的内容！
 <WRAP center round tip 60%>
 **挑战：定制**
-您能否结合您的两个程序，并通过车载温度传感器的温度读数来控制 LED 的亮度？ 您还记得您的 Pico 有多少个模拟输入吗？ PWM输出呢？ 尝试在 Pico 中添加另一个模拟传感器——比如光敏电阻器 (LDR)、气体传感器或气压计——并让你的程序读取它而不是电位计。
+您能否结合您的两个程序，并通过车载温度传感器的温度读数来控制LED的亮度？ 您还记得您的Pico有多少个模拟输入吗？ PWM输出呢？ 尝试在Pico中添加另一个模拟传感器——比如光敏电阻器(LDR)、气体传感器或气压计——并让你的程序读取它而不是电位计。
 </WRAP>