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2.1.4 Potenziometro
======================

Introduzione
----------------

In questa lezione impareremo a utilizzare la funzione ADC per convertire 
segnali analogici in segnali digitali utilizzando l'ADC0834. In questo 
esperimento, utilizzeremo un potenziometro per generare una tensione 
variabile che sarà convertita dalla funzione ADC.

Componenti
--------------

.. image:: img/list_2.1.4_potentiometer.png


Principio di funzionamento
----------------------------

**ADC0834**

L'ADC0834 è un convertitore analogico-digitale (ADC) a 8 bit `successive
approximation <https://cn.bing.com/dict/search?q=successive approximations&FORM=BDVSP6&mkt=zh-cn>`__
con approssimazione 
successiva dotato di un multiplexer multicanale configurabile e di un input/output 
seriale, configurato per interfacciarsi con registri a scorrimento standard o 
microprocessori.

.. image:: img/image309.png

**Sequenza di operazione**


La conversione si avvia impostando CS a livello basso, abilitando così 
tutti i circuiti logici. CS deve rimanere basso per tutta la durata del 
processo di conversione. Viene quindi ricevuto un impulso di clock dal 
processore. A ogni transizione del clock da basso a alto, i dati su DI 
vengono immessi nel registro del multiplexer. Il primo livello alto rilevato 
è il bit di avvio, seguito da una parola di assegnazione da 3 a 4 bit. 
Quando il bit di avvio raggiunge la posizione iniziale nel registro del 
multiplexer, viene selezionato il canale di input e la conversione inizia. 
L'uscita SAR (SARS) passa a livello alto per indicare che è in corso una 
conversione e il DI è disabilitato per tutta la durata della conversione.


Viene quindi inserito automaticamente un intervallo di un periodo di clock 
per consentire al canale multiplexato di stabilizzarsi. L'uscita DO passa 
dallo stato di alta impedenza e fornisce un livello basso per un periodo di 
stabilizzazione. Il comparatore SAR confronta le uscite successive della 
scala resistiva con il segnale analogico in ingresso, determinando se l'input 
analogico è maggiore o minore rispetto al valore della scala resistiva. 
I dati di conversione vengono simultaneamente emessi dal pin DO con il bit 
più significativo (MSB) per primo.


Dopo otto periodi di clock, la conversione è completata e l'uscita SARS 
si porta a livello basso. Infine, vengono trasmessi i dati dal bit meno 
significativo (LSB) dopo la sequenza di dati con il bit più significativo 
(MSB) per primo.

.. image:: img/image175.png
    :width: 800
    :align: center

**Tabella di controllo indirizzo MUX ADC0834**

.. image:: img/image176.png
    :width: 800
    :align: center

**Potenziometro**


Il potenziometro è un componente a tre terminali il cui valore di resistenza 
può essere regolato. È composto da un resistore e una spazzola mobile che, 
muovendosi lungo il resistore, fornisce una tensione variabile in uscita.

.. image:: img/image310.png
    :width: 300
    :align: center

Le funzioni del potenziometro nel circuito sono le seguenti:

1. Divisore di tensione

Il potenziometro è una resistenza regolabile continuamente. Quando si regola 
l'albero o la manopola del potenziometro, il contatto mobile si sposta sul 
resistore, permettendo di ottenere una tensione in uscita variabile in base 
alla tensione applicata e all'angolo o distanza di spostamento del contatto.

Schema Elettrico
--------------------

.. image:: img/image311.png


.. image:: img/image312.png


Procedura Sperimentale
--------------------------

**Step 1:** Montare il circuito.

.. image:: img/image180.png
    :width: 800

.. note::
    Posizionare il chip facendo riferimento alla posizione corretta 
    illustrata nell'immagine. Assicurarsi che le scanalature sul chip 
    siano orientate a sinistra.

Per gli utenti di linguaggio C
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

**Step 2:** Aprire il file di codice.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/2.1.4/

**Step 3:** Compilare il codice.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    gcc 2.1.4_Potentiometer.c -lwiringPi

**Step 4:** Eseguire.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo ./a.out

Dopo aver eseguito il codice, ruotando la manopola del potenziometro, 
l'intensità del LED cambierà di conseguenza.

.. note::

    Se non funziona dopo l'esecuzione o appare il messaggio di errore: \"wiringPi.h: No such file or directory", fare riferimento a :ref:`Il codice C non funziona?`.
**Codice**

.. code-block:: c

    #include <wiringPi.h>
    #include <stdio.h>
    #include <softPwm.h>

    typedef unsigned char uchar;
    typedef unsigned int uint;

    #define     ADC_CS    0
    #define     ADC_CLK   1
    #define     ADC_DIO   2
    #define     LedPin    3

    uchar get_ADC_Result(uint channel)
    {
        uchar i;
        uchar dat1=0, dat2=0;
        int sel = channel > 1 & 1;
        int odd = channel & 1;

        digitalWrite(ADC_CLK, 1);
        delayMicroseconds(2);
        digitalWrite(ADC_CLK, 0);
        delayMicroseconds(2);

        pinMode(ADC_DIO, OUTPUT);
        digitalWrite(ADC_CS, 0);
        // Bit di avvio
        digitalWrite(ADC_CLK,0);
        digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
        digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
        // Modalità Single End
        digitalWrite(ADC_CLK,0);
        digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
        digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
        // ODD
        digitalWrite(ADC_CLK,0);
        digitalWrite(ADC_DIO,odd);  delayMicroseconds(2);
        digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
        // Select
        digitalWrite(ADC_CLK,0);
        digitalWrite(ADC_DIO,sel);    delayMicroseconds(2);
        digitalWrite(ADC_CLK,1);

        digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
        digitalWrite(ADC_CLK,0);
        digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);

        for(i=0;i<8;i++)
        {
            digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
            digitalWrite(ADC_CLK,0);    delayMicroseconds(2);

            pinMode(ADC_DIO, INPUT);
            dat1=dat1<<1 | digitalRead(ADC_DIO);
        }

        for(i=0;i<8;i++)
        {
            dat2 = dat2 | ((uchar)(digitalRead(ADC_DIO))<<i);
            digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
            digitalWrite(ADC_CLK,0);    delayMicroseconds(2);
        }

        digitalWrite(ADC_CS,1);
        pinMode(ADC_DIO, OUTPUT);
        return(dat1==dat2) ? dat1 : 0;
    }

    int main(void)
    {
        uchar analogVal;
        if(wiringPiSetup() == -1){ // Se l'inizializzazione di wiringPi fallisce, stampa un messaggio a schermo
            printf("setup wiringPi failed !");
            return 1;
        }
        softPwmCreate(LedPin,  0, 100);
        pinMode(ADC_CS,  OUTPUT);
        pinMode(ADC_CLK, OUTPUT);

        while(1){
            analogVal = get_ADC_Result(0);
            printf("Current analogVal : %d\n", analogVal);
            delay(100);
            softPwmWrite(LedPin, analogVal);
            delay(100);
        }
        return 0;
    }

**Spiegazione del codice**

.. code-block:: c

    #define     ADC_CS    0
    #define     ADC_CLK   1
    #define     ADC_DIO   2
    #define     LedPin    3

Definisce CS, CLK, DIO dell'ADC0834, collegati rispettivamente a GPIO0, 
GPIO1 e GPIO2. Collega il LED a GPIO3.

.. code-block:: c

    uchar get_ADC_Result(uint channel)
    {
        uchar i;
        uchar dat1=0, dat2=0;
        int sel = channel > 1 & 1;
        int odd = channel & 1;

        digitalWrite(ADC_CLK, 1);
        delayMicroseconds(2);
        digitalWrite(ADC_CLK, 0);
        delayMicroseconds(2);

        pinMode(ADC_DIO, OUTPUT);
        digitalWrite(ADC_CS, 0);
        // Bit di avvio
        digitalWrite(ADC_CLK,0);
        digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
        digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
        // Modalità Single End
        digitalWrite(ADC_CLK,0);
        digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
        digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
        // ODD
        digitalWrite(ADC_CLK,0);
        digitalWrite(ADC_DIO,odd);  delayMicroseconds(2);
        digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
        // Select
        digitalWrite(ADC_CLK,0);
        digitalWrite(ADC_DIO,sel);    delayMicroseconds(2);
        digitalWrite(ADC_CLK,1);

        digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
        digitalWrite(ADC_CLK,0);
        digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
        for(i=0;i<8;i++)
        {
            digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
            digitalWrite(ADC_CLK,0);    delayMicroseconds(2);

            pinMode(ADC_DIO, INPUT);
            dat1=dat1<<1 | digitalRead(ADC_DIO);
        }

        for(i=0;i<8;i++)
        {
            dat2 = dat2 | ((uchar)(digitalRead(ADC_DIO))<<i);
            digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
            digitalWrite(ADC_CLK,0);    delayMicroseconds(2);
        }

        digitalWrite(ADC_CS,1);
        pinMode(ADC_DIO, OUTPUT);
        return(dat1==dat2) ? dat1 : 0;
    }

La funzione di ADC0834 esegue la conversione analogico-digitale. Il flusso 
di lavoro specifico è il seguente:


.. code-block:: c

    digitalWrite(ADC_CS, 0);

Imposta CS a livello basso per avviare la conversione AD.

.. code-block:: c

    // Bit di avvio
    digitalWrite(ADC_CLK,0);
    digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);

Al primo passaggio da basso ad alto del clock, imposta DIO a 1 come bit di 
avvio. Nei tre passaggi successivi, si assegnano 3 bit di configurazione.

.. code-block:: c

    // Modalità Single End
    digitalWrite(ADC_CLK,0);
    igitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
    gitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);

Al secondo passaggio da basso ad alto del clock, imposta DIO a 1 e seleziona 
la modalità SGL.

.. code-block:: c

    // ODD
    digitalWrite(ADC_CLK,0);
    digitalWrite(ADC_DIO,odd);  delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);

Al terzo passaggio, il valore di DIO è determinato dalla variabile **odd**.

.. code-block:: c

    // Selezione
    digitalWrite(ADC_CLK,0);
    digitalWrite(ADC_DIO,sel);    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(ADC_CLK,1);

Al quarto impulso da basso ad alto del clock, il valore di DIO è determinato 
dalla variabile **sel**.

Con channel=0, sel=0 e odd=0, le formule operative per **sel** e **odd** sono:

.. code-block:: c

    int sel = channel > 1 & 1;
    int odd = channel & 1;

Con channel=1, sel=0 e odd=1, consulta la tabella di logica di controllo degli 
indirizzi qui sotto. Qui viene selezionato CH1, e il bit di avvio è registrato 
nell’indirizzo del multiplexer per avviare la conversione.

.. image:: img/image313.png


.. code-block:: c

    digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(ADC_CLK,0);
    digitalWrite(ADC_DIO,1);    delayMicroseconds(2);

Qui, imposta due volte DIO a 1, ignoralo.

.. code-block:: c

    for(i=0;i<8;i++)
        {
            digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
            digitalWrite(ADC_CLK,0);    delayMicroseconds(2);

            pinMode(ADC_DIO, INPUT);
            dat1=dat1<<1 | digitalRead(ADC_DIO);
        }

Nel primo ciclo for(), al quinto impulso del clock che passa da alto a basso, 
imposta DIO in modalità input. La conversione inizia e il valore convertito è 
memorizzato in dat1. Dopo otto impulsi di clock, la conversione è completata.

.. code-block:: c

    for(i=0;i<8;i++)
        {
            dat2 = dat2 | ((uchar)(digitalRead(ADC_DIO))<<i);
            digitalWrite(ADC_CLK,1);    delayMicroseconds(2);
            digitalWrite(ADC_CLK,0);    delayMicroseconds(2);
        }

Nel secondo ciclo for(), il valore convertito viene emesso tramite DO dopo 
altri otto impulsi di clock e memorizzato in dat2.

.. code-block:: c

    digitalWrite(ADC_CS,1);
    pinMode(ADC_DIO, OUTPUT);
    return(dat1==dat2) ? dat1 : 0;

Il comando return(dat1==dat2) ? dat1 : 0 confronta il valore convertito con 
quello emesso. Se sono uguali, restituisce dat1; altrimenti restituisce 0. 
Questo conclude il flusso di lavoro di ADC0834.

.. code-block:: c

    softPwmCreate(LedPin,  0, 100);

Questa funzione crea un pin PWM software, LedPin, con un'ampiezza d’impulso 
iniziale di 0 e un periodo di 100 x 100μs.

.. code-block:: c

    while(1){
            analogVal = get_ADC_Result(0);
            printf("Current analogVal : %d\n", analogVal);
            softPwmWrite(LedPin, analogVal);
            delay(100);
        }

Nel programma principale, legge il valore di channel 0 collegato a un 
potenziometro. Memorizza il valore in analogVal e lo invia a LedPin. 
Ora è possibile vedere l'intensità del LED cambiare in base al valore 
del potenziometro.

Per Utenti Python
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

**Passo 2:** Apri il file di codice

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python/

**Passo 3:** Esegui.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 2.1.4_Potentiometer.py

Dopo aver eseguito il codice, ruota la manopola del potenziometro e 
l’intensità del LED cambierà di conseguenza.

**Codice**

.. note::

    Puoi **Modificare/Reimpostare/Copiare/Eseguire/Arrestare** il codice qui sotto. Prima di farlo, assicurati di essere nel percorso della cartella di origine, come ``davinci-kit-for-raspberry-pi/python``. 

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    import RPi.GPIO as GPIO
    import ADC0834
    import time

    LedPin = 22

    def setup():
        global led_val
        # Imposta la numerazione dei pin su BCM
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)
        # Imposta il LedPin come uscita e livello iniziale a High (3,3V)
        GPIO.setup(LedPin, GPIO.OUT, initial=GPIO.HIGH)
        ADC0834.setup()
        # Imposta il LED come canale PWM a frequenza 2 kHz
        led_val = GPIO.PWM(LedPin, 2000)
        # Inizia con il valore 0
        led_val.start(0)

    def destroy():
        # Ferma tutti i canali PWM
        led_val.stop()
        # Rilascia le risorse
        GPIO.cleanup()

    def loop():
        while True:
            analogVal = ADC0834.getResult()
            print ('analog value = %d' % analogVal)
            led_val.ChangeDutyCycle(analogVal*100/255)
            time.sleep(0.2)
    if __name__ == '__main__':
        setup()
        try:
            loop()
        except KeyboardInterrupt: # Quando viene premuto 'Ctrl+C', viene eseguito il programma destroy().
            destroy()

**Spiegazione del Codice**

.. code-block:: python

    import ADC0834

Importa la libreria ADC0834. Puoi controllare il contenuto della libreria 
utilizzando il comando nano ADC0834.py.

.. code-block:: python

    def setup():
        global led_val
        # Imposta la numerazione dei pin su BCM
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)
        # Imposta LedPin come uscita e livello iniziale a High (3,3V)
        GPIO.setup(LedPin, GPIO.OUT, initial=GPIO.HIGH)
        ADC0834.setup()
        # Imposta il LED come canale PWM a frequenza 2 kHz
        led_val = GPIO.PWM(LedPin, 2000)
        # Inizia con il valore 0
        led_val.start(0)

Nella funzione setup(), imposta il metodo di numerazione su BCM, configura 
LedPin come canale PWM e assegna una frequenza di 2 kHz.

**ADC0834.setup():** Inizializza ADC0834 e collega CS, CLK e DIO definiti di 
ADC0834 rispettivamente a GPIO17, GPIO18 e GPIO27.

.. code-block:: python

    def loop():
        while True:
            res = ADC0834.getResult()
            print ('res = %d' % res)
            R_val = MAP(res, 0, 255, 0, 100)
            led_val.ChangeDutyCycle(R_val)
            time.sleep(0.2)

La funzione getResult() legge i valori analogici dei quattro canali di ADC0834. 
Di default legge il valore di CH0; per leggere altri canali, specifica il numero 
del canale tra parentesi, es. getResult(1).

La funzione loop() legge il valore di CH0 e lo assegna alla variabile res. Poi 
chiama la funzione MAP per mappare il valore del potenziometro tra 0 e 100, usato 
per controllare il duty cycle di LedPin. Ora vedrai che la luminosità del LED 
varia in base al valore del potenziometro.




Immagine del Fenomeno
-------------------------

.. image:: img/image181.jpeg