Arduino片内ADC与LED线性可调光控制方案

开发平台简介

该方案的硬件平台是Arduino开发板，Arduino UNO是Arduino USB接口系列的最新版本，作为Arduino平台的参考标准模板。UNO的处理器核心是ATmega328，同时具有14路数字输入/输出口（其中6路可作为PWM输出），6路模拟输入，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSP header和一个复位按钮。UNO已经发布到第三版，与前两版相比有以下新的特点：

1.在AREF处增加了两个管脚SDA和SCL，支持I2C接口；增加IOREF和一个预留管脚，将来扩展板将能兼容5V和3.3V核心板。

2.改进了复位电路设计。

3.USB接口芯片由ATmega16U2替代了ATmega8U2 。

硬件参数

——处理器 ATmega328
——工作电压 5V
——输入电压（推荐） 7-12V
——输入电压（范围） 6-20V
——数字IO脚 14 (其中6路作为PWM输出）
——模拟输入脚 6
——IO脚直流电流 40 mA
——3.3V脚直流电流 50 mA
——Flash Memory 32 KB （ATmega328，其中0.5 KB 用于 bootloader）
——SRAM 2 KB （ATmega328）
——EEPROM 1 KB （ATmega328）
——工作时钟 16 MHz

电源

Arduino UNO可以通过3种方式供电，而且能自动选择供电方式

*外部直流电源通过电源插座供电。
*电池连接电源连接器的GND和VIN引脚。
*USB接口直接供电。

通信接口

*串口：ATmega328内置的UART可以通过数字口0（RX）和1（TX）与外部实现串口通信；ATmega16U2可以访问数字口实现USB上的虚拟串口。
*TWI（兼容I2C）接口：
*SPI 接口：

注意要点

（1）Arduino UNO上USB口附近有一个可重置的保险丝，对电路起到保护作用。当电流超过500mA是会断开USB连接。
（2）Arduino UNO提供了自动复位设计，可以通过主机复位。这样通过Arduino软件下在程序到UNO中软件可以自动复位，不需要在复位按钮。在印制板上丝印"RESET EN"处可以使能和禁止该功能。

ADC原理

该方案是要线性调节LED亮度，现在基本上大多采用PWM（脉宽调制）来实现对LED亮度的控制，在这基础上也有了呼吸灯，这次我们要能对LED灯亮度实现线性的调节，就像平时用的可调亮度的台灯一样。

要想对LED灯亮度实现线性调节，除了使用PWM来控制LED灯亮度，还需要使用ADC来读取我们设定的亮度值。我们先来学习一下ADC。

ADC是Analog-to-Digital Converter的缩写，即模拟/数字转换器，可以实现将模拟量转换为数字量的电子器件。

什么是模拟量？模拟量就是具有多个连续状态的量值，比如温度，有0℃，50℃，100℃等任意值，比如电压值，有1mV，1V，1kV等任意值。

什么事数字量？数字量就是只有两种状态的量值，比如灯的开关，只有打开和关闭两种状态。

ADC是模拟量与数字量的桥梁，因为计算机等只能处理数字量，而我们接触的模拟量有很多，当需要模拟量时必须转换为数字量才能被处理与存储。

Arduino ADC控制

这里使用到Arduino UNO的ADC，就有必要先了解一下Arduino UNO的ADC的情况。Arduino UNO拥有6路模拟输入：标号A0至A5，每一路具有10位的分辨率（即输入有1024个不同值），默认输入信号范围为0到5V，可以通过AREF调整输入上限。AREF：模拟输入信号的参考电压。

实用Proteus在元器件搜索栏中输入"POT-HG"，在原来的Arduino UNO实验板上添加"POT-HG"，并将中间接线端接至A0口，修改后的原理图如下图所示。

添加"POT-HG“界面

更改过的Arduino原理图

打开Arduino IDE自带的AnalogInput例程，如下图

在AnalogIput例程的基础上进行修改，修改之后的Arduino软件设计如下所示：

由于Arduino的ADC为10位，数字量的变化范围为0至1023，而Arduino的PWM的输出变化范围为0至255，所以需要将获得ADC除以4，从而转换至PWM输出，由于如上面红色标注。

下面我们开始仿真，并调节电位器，电阻较小时，LED灯较暗，如图4所示；电阻较大时，LED灯较亮，如下图：

电阻较小时，LED较暗


电阻较大时，LED变亮

演示视频

总的来说，原理和代码不是很复杂，实现的功能也比较单一，对于初学者来说是很好的例子。同时Arduino是一个很开放的平台，能找到的资料也很多，网友们也有很多创意的diy作品，只要愿意动手去创造，总是能有惊喜。