Arduino开发板实验二：模拟输入和输出（用电位器和开关控制直流电机）
由 动力老男孩 发表于 2010/01/21 08:37:15在上一个Arduino小实验里，我们尝试了用开发板来读写数字信号（0和1），貌似非常简单，难度系数跟吃苹果差不多。昨天淘宝的直流电机控制板终于送到了，接下来这个实验准备测试读写模拟信号。这个实验难度系数稍大一点，达到了吃香蕉的程度，搞不定的同学请去动物园请教猴子兄弟（开个玩笑，但是Arduino的确非常好开发）
我计划的实验目标是：
1，使用电位器控制直流电机的转速
2，使用开关控制直流电机的旋转方向
模拟输入
查了下资料，许多单片机的管脚电压都是+5V或0V，分别对应1和0。而机器人面对的自然界却没有这么泾渭分明，例如大气温度，到墙壁的距离，声音的强度等等，这些值就是模拟值。Arduino开发板上，标记了“Analog In”的16个管脚，就是用来测量模拟值输入的。这些输入电压的范围是0~+5V，开发板会把它映射到0~1023的整数。从这个数值范围，我们可以估算出Arduino能识别的电压精度大概是5mV，小于这个范围的变换无法识别。
电位器
这个东西是从邻居小朋友那里骗来的。在我读高中的时候，好像把这个东西叫滑动变阻器，个头很大。现在都是小小的旋转电位器了，原理图应该是一样的：
电位器
接线方式是两端分别接GND和+5V，中间随意接在一个Analog In的管脚上。我选择了一个大吉大利的6号。
电位器接线
读取模拟电压值的函数为：
int readValue = analogRead(readPin);
用端口监视器做个分解实验，使用Serial.println命令把readValue显示在电脑上，和想象中的结果完全一样。端口读写部分准备做为下一个实验主题，这里就不细说了：
端口监视
PWM输出
作为一个外行，我之前曾经想过怎么让单片机输出一个模拟值。觉得必须用10个管脚，对应的二进制从0~1023，然后找一个数模转换的东西变成模拟电压值。结果一看资料发现自己太圭了，原来有一种叫做占空比的东西，只用一个管脚就可以输出0~255的数值。从这里也了解到嵌入式常用的一个叫“时序”的东西，以后应该会经常遇到，这种方式可以用很少的管脚实现非常复杂的功能（估计业内人士又要鄙夷的飘过了）。看下面的图解，从Arduino官网顺来的：
PWM模拟输出
板子上标注了“PWM”的区域就是管脚均可以用于这种输出。使用的函数是：
analogWrite(pin, value);
注意value值的范围是0~255。
直流电机控制板
这个控制板的功能是把PWM的输出，转换成真正的模拟电压值，从而控制直流电机旋转。电机的种类很多，还有舵机，步进电机等等，控制方式都不一样，那些以后再试。先看一下这个板子的介绍，也是一个顺手牵来的图：
直流电机控制板
这个图里信息太多了，咱们捞干的讲几个：
1，左右两边是对称的，可以控制两个直流电机，咱们下面只看左边
2，绿色的“直流电机A接口”，用于接电机的两根电源线
3，直流电机A信号输入接口，一共有3个脚，分别是I1,I2和EA。其中I1和I2是数字接口，用于控制开关和方向，EA是模拟接口，用于控制转速
例如：I1=1,I2=0顺时针转，I1=0,I2=1就逆时针转，I1=I2的时候，停止转动。EA是0~255的PWM值，对应从小到大的转速
4，最下面的VMS接电源正极，GND接地，边上还有一个+5V，不用管它，本来是由它给逻辑电路供电的，但是默认情况下，是通过DUAL那个跳线帽由VMS搭车送电。
看看最终的接线图，专业人士一般用面包板之类的东西实验，我就直接把铜丝拧上了，请大家不要效仿：
接线图
接下来是写代码，一共也没几行，大家看注释吧：
注意：我发现Analog输入区编号是0~15，PWM输出区也有0~13，为了验证这两类管脚编号会不会冲突，我特地把readPin和speedPin都设置成了大吉大利的6号。事实证明两者不冲突。
int readPin = 6; //用来连接电位器
int buttonPin = 38; //用来连接开关，这次用了个吉利的端口号
int i1Pin = 31; //连接电机驱动板的I1接口
int i2Pin = 30; //连接电机驱动板的I2接口
int speedPin = 6; //连接电机驱动板的EA接口
void setup()
{
pinMode(buttonPin, INPUT); //开关用于输入
pinMode(i1Pin, OUTPUT); //I1和I2都是数字信号
pinMode(i2Pin, OUTPUT); //通过设置I1和I2来控制电机旋转方向
pinMode(speedPin, OUTPUT); //按占空比方式输出的模拟信号
digitalWrite(buttonPin, HIGH); //设置上拉电阻
}
void loop()
{
//读取按钮状态
boolean buttonPressed = digitalRead(buttonPin);
//设置转动方向，I1和I2值相反时，分别对应两种不同的转向；I1和I2值相同时停止转动
digitalWrite(i1Pin, buttonPressed);
digitalWrite(i2Pin, !buttonPressed);
//读取电位器（传感器）的读数，值范围从0到1023
int readValue = analogRead(readPin);
//PMW的值范围是0~255
readValue/=4;
//设置转速
analogWrite(speedPin, readValue);
delay(500);
}
上传程序以后，旋转电位计，可以看到电机的转速不断变化着；掰一下开关，电机就会反转，实验到此顺利结束。
