從類比到數位轉換器讀取值

發行項
05/10/2023

類比數位轉換器 (ADC) 是可讀取類比輸入電壓值的裝置，並將其轉換成數位值。 ADC 可用來讀取來自熱阻器、電位計和其他裝置的值，這些裝置會根據特定條件變更電阻。

在本主題中，您將使用 .NET 來讀取 ADC 的值，因為您使用壓計來調整輸入電壓。

必要條件

ARM 型 (ARMv7 或更新版本) 單板電腦 (SBC)
MCP3008 類比轉數位轉換器
三接腳電位計
試驗電路板
跳線
Raspberry Pi GPIO 分線板 (可選擇/建議使用)
.NET SDK 7 或更新版本

注意

本教學課程是以 Raspberry Pi 為目標裝置所撰寫。不過，本教學課程可用於支援 .NET 的任何 Linux 型 SBC，例如 Orange Pi、ODROID 等等。

準備 SBC

請確定您的 SBC 已設定為支援下列服務：

對於許多裝置，不需要額外的設定。針對 Raspberry Pi，請使用 raspi-config 命令。如需 raspi-config 的詳細資訊，請參閱 Raspberry Pi 文件。

準備硬體

使用硬體元件來建置線路，如下圖所示：

MCP3008 使用串列週邊介面 (SPI) 進行通訊。以下是從 MCP3008 到 Raspberry Pi 和電位計的連接方式：

V_DD 到 3.3V (以紅色顯示)
V_REF 到 3.3V (紅色)
DGND 到地面 (黑色)
CLK 到 SCLK (橘色)
D_OUT 到 MISO (橘色)
D_IN 到 MOSI (橘色)
CS/SHDN 到 CE0 (綠色)
DGND 到地面 (黑色)
CH0 到電位計上的可變 (中間) 接腳 (黃色)

將 3.3V 和地面接到電位計的外部接腳。順序不重要。

請視需要參閱下列插腳輸出圖：

MCP3008	Raspberry Pi GPIO
	圖片由 Raspberry Pi 基金會提供。

提示

建議將 GPIO 分線板與試驗電路板搭配使用，以簡化 GPIO 接頭的連接過程。

建立應用程式

在慣用的開發環境中完成下列步驟：

使用 .NET CLI 或 Visual Studio建立新的 .NET 主控台應用程式。將其命名為 AdcTutorial。
```
dotnet new console -o AdcTutorial
cd AdcTutorial
```
將 Iot.Device.Bindings 套件新增至專案。從專案目錄或Visual Studio使用.NET CLI。
```
dotnet add package Iot.Device.Bindings --version 2.2.0-*
```
以下列程式碼取代 Program.cs 的內容：
```
using System;
using System.Device.Spi;
using System.Threading;
using Iot.Device.Adc;

var hardwareSpiSettings = new SpiConnectionSettings(0, 0);

using SpiDevice spi = SpiDevice.Create(hardwareSpiSettings);
using var mcp = new Mcp3008(spi);
while (true)
{
    Console.Clear();
    double value = mcp.Read(0);
    Console.WriteLine($"{value}");
    Console.WriteLine($"{Math.Round(value/10.23, 1)}%");
    Thread.Sleep(500);
}
```
在上述程式碼中：
- hardwareSpiSettings 會設定為 SpiConnectionSettings 的新執行個體。建構函式會將 busId 參數設定為 0，並將 chipSelectLine 參數也設定為 0。
- using 宣告會藉由呼叫 SpiDevice.Create 並傳入 hardwareSpiSettings 來建立 SpiDevice 的執行個體。此 SpiDevice 代表 SPI 匯流排。 using 宣告可確保物件已遭處置，且正確釋放了硬體資源。
- 另一個 using 宣告會建立 Mcp3008 的執行個體，並將 SpiDevice 傳遞至建構函式。
- while 迴圈會無限期執行。每個反覆項目：
  1. 清除主控台。
  2. 呼叫 mcp.Read(0) 來讀取 ADC 上的 CH0 值。
  3. 將原始值寫入主控台。
  4. 將值以百分比的格式寫入主控台。
    - 若要計算百分比，此值除以 10.23。 MCP3008 是 10 位元 ADC，這表示它會傳回 1024 個範圍介於 0 至 1023 的可能值。將值除以 10.23 代表以百分比表示值。
    - 百分比會四捨五入至最接近的 0.1。
  5. 睡眠 500 毫秒。
建置應用程式。如果使用 .NET CLI，請執行 dotnet build 。若要在 Visual Studio 中建置，請按 Ctrl+Shift+B。
將應用程式部署至 SBC 做為獨立應用程式。如需指示，請參閱將 .NET 應用程式部署至 Raspberry Pi。請務必使用 chmod +x 提供可執行檔「執行」權限。
切換至部署目錄並執行可執行檔，以在 Raspberry Pi 上執行應用程式。
```
./AdcTutorial
```
請在旋轉電位計旋鈕時觀察輸出。這是由於電位計改變了提供給 ADC 上 CH0 的電壓。 ADC 會將 CH0 上的輸入電壓與提供給 V_REF 的參考電壓進行比較，以產生值。
按 Ctrl+C 以終止程式。

恭喜！您使用了 SPI 從類比數位轉換器中讀取值。

取得原始程式碼

本教學課程中的來源位於 GitHub。

下一步

了解如何使用一般用途的輸入/輸出讓 LED 閃爍