从模拟到数字转换器读取值

项目
06/05/2023

模数转换器 (ADC) 设备可读取模拟输入电压值并将其转换为数字值。 ADC 用于从热敏电阻和电位差计等设备读取值，这些设备会根据某些条件更改电阻。

在本主题中，由于使用电位差计来调整输入电压，因此将使用 .NET 从 ADC 读取值。

先决条件

基于 ARM（ARMv7 或更高版本）的单板计算机 (SBC)
MCP3008 模数转换器
三脚电位差计
试验板
跳线
Raspberry Pi GPIO 分线板（可选/推荐）
.NET SDK 7 或更高版本

注意

本教程编写时假设目标设备是 Raspberry Pi。但是，本教程可用于支持 .NET 的任何基于 Linux 的 SBC，例如 Orange Pi、ODROID 等。

准备 SBC

确保 SBC 配置为支持以下服务：

对于许多设备，无需其他配置。对于 Raspberry Pi，请使用 raspi-config 命令。有关 raspi-config 的详细信息，请参阅 Raspberry Pi 文档。

准备硬件

使用硬件组件构建电路，如下图所示：

MCP3008 使用串行外围设备接口 (SPI) 进行通信。下列是从 MCP3008 到 Raspberry Pi 和电位差计的连接：

V_DD 连接到 3.3V（红色所示）
V_REF 连接到 3.3V（红色）
AGND 连接到地面（黑色）
CLK 连接到 SCLK（橙色）
D_OUT 连接到 MISO（橙色）
D_IN 连接到 MOSI（橙色）
CS/SHDN 连接到 CE0（绿色）
DGND 连接到地面（黑色）
CH0 连接到电位差计上的可变（中间）引脚（黄色）

为电位差计上的外部引脚提供 3.3V 的电源并接地。顺序并不重要。

根据需要，请参阅以下引脚分配关系图：

MCP3008	Raspberry Pi GPIO
	图片由 Raspberry Pi 基金会提供。

提示

建议将 GPIO 分组讨论板与试验板结合使用，以便简化与 GPIO 标头的连接。

创建应用

在首选开发环境中完成以下步骤：

使用 .NET CLI 或 Visual Studio 创建一个新 .Net 控制台应用。将其命名为 AdcTutorial。
```
dotnet new console -o AdcTutorial
cd AdcTutorial
```
将 Iot.Device.Bindings 包添加到项目。使用项目目录或 Visual Studio 中的任一 .NET CLI。
```
dotnet add package Iot.Device.Bindings --version 2.2.0-*
```
将 Program.cs 的内容替换为以下代码：
```
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);
}
```
在上述代码中：
- hardwareSpiSettings 设置为 SpiConnectionSettings 的新实例。构造函数将 busId 参数设置为 0，将 chipSelectLine 参数设置为 0。
- using 声明通过调用 SpiDevice.Create 和传入 hardwareSpiSettings 来创建 SpiDevice 的实例。 SpiDevice 表示 SPI 总线。 using 声明可确保释放对象并正确释放硬件资源。
- 其他 using 声明创建 Mcp3008 的实例，并将 SpiDevice 传递到构造函数中。
- while 循环无限期运行。每次迭代：
  1. 清除控制台。
  2. 通过调用 mcp.Read(0) 来读取 ADC 上的 CH0 值。
  3. 将原始值写入控制台。
  4. 将值以百分比形式写入控制台。
    - 若要计算百分比，请将值除以 10.23。 MCP3008 是 10 位 ADC，表示它会返回范围为 0-1023 的 1024 个可能的值。将值除以 10.23 表示百分比形式的值。
    - 百分比舍入到最接近的 0.1。
  5. 休眠 500 毫秒。
构建应用程序。如果使用的是 .NET CLI，请运行 dotnet build。若要在 Visual Studio 中进行生成，请按 Ctrl+Shift+B。
将该应用作为独立应用部署到 SBC。有关说明，请参阅将 .NET 应用部署到 Raspberry Pi。请确保使用 chmod +x 指定可执行的 execute 权限。
通过切换到部署目录并运行可执行文件，在 Raspberry Pi 上运行该应用。
```
./AdcTutorial
```
旋转电位差计刻度时观察输出。这是因为电位差计会改变供给 ADC 上 CH0 的电压。 ADC 将 CH0 上的输入电压与提供给 V_REF 的参考电压进行比较，从而生成一个值。
按 Ctrl+C 终止程序。

恭喜！你使用 SPI 从模数转换器读取了值。

获取源代码

GitHub 上提供此教程的源。

后续步骤

了解如何使用常规用途输入/输出使 LED 闪烁