从硬件到代码：Pico 模拟电位器 ADC 采集实战（含 LED 控制与 SerialPlot 串口波形采集）

模拟电位器是电子设备中常见的组件，用于调整电压或电流。它通过物理旋转来改变电阻值，从而改变输出信号的强度。简单来说，电位器是一个可调​电阻器​，通常有三个​引脚​：两个外侧引脚连接到电阻器的两端，中间引脚（滑动触点）可以移动，从而改变与电阻器两端的接触点位置；当旋转电位器时，中间引脚与两端引脚之间的电阻会发生变化。这可以用来调整电压分布，从而实现对输出信号的控制。

1.PNG
常用的 RK09L1240A12 型电位器

这里，我们定时采集模拟电位器上的电压值，并根据其电压值调节板载 LED 灯亮度，同时将电压值通过串口发送给 SerialPlot 串口绘图仪查看电压波形。

这里，我们需要将风雅一号板-通用兼容扩展板插入到风雅一号板-LCD屏幕人机交互板上，同时打开风雅一号板-LCD屏幕人机交互板上 SWITCH2 拨码开关的 POT 选项，实物连接图如下所示：

2.JPEG

3.PNG

4.JPEG

除此之外，我们还需要将 MiniUSB 数据线连接到风雅一号板-通用兼容扩展板上的串口，这里，GP0 和 GP1 是树莓派 Pico 的硬件串口 UART0 的默认引脚：

5.JPEG

器件接线情况如下表所示：

6.png

以下代码可以在我们提供的资料包中 elegance-devkit v1\Demo\58 ADC_Potentiometer 文件夹找到。

示例代码如下所示：

# Python env   : MicroPython v1.23.0
# -*- coding: utf-8 -*-        
# @Time    : 2024/8/27 上午11:33   
# @Author  : 李清水            
# @File    : main.py       
# @Description : ADC类实验，读取电位器两端电压

# ======================================== 导入相关模块 ========================================

# 导入硬件模块
from machine import ADC, Timer, Pin, PWM, UART
# 导入时间相关模块
import time
# 导入访问和控制 MicroPython 内部结构的模块
import micropython

# ======================================== 全局变量 ============================================

# ======================================== 功能函数 ============================================

# 用户自定义回调函数
def user_callback(value: float) -> None:
    """
​    用户自定义的回调函数，用于打印采集到的模拟电位器电压值。

​    Args:
​        value (float): 采集到的模拟电位器电压值。

​    Returns:
​        None
​    """

​    ​# 声明全局变量
    global LED, uart

    # 打印采集到的模拟电位器电压值
    print("Analog potentiometer value is %f" % value)
    # 调整LED的占空比，占空比为 ( value / SimulatedPotentiometer.conversion_factor )/ 65535
    LED.duty_u16(int(value/SimulatedPotentiometer.conversion_factor))
    # 串口发送value值，格式化浮点数为保留小数点后两位的字符串
    formatted_value = "{:.2f}".format(value)
    uart.write(str(formatted_value)+'\r\n')

# ======================================== 自定义类 ============================================

# 自定义模拟电位器类
class SimulatedPotentiometer:
    """
​    模拟电位器类，用于通过ADC引脚采集模拟电位器的电压值，并通过定时器定期更新数据。

​    该类封装了ADC引脚和定时器的初始化，提供了启动、停止采集以及获取当前电压值的功能。
​    支持通过用户自定义回调函数处理采集到的电压值。

​    Attributes:
​        conversion_factor (float): 电压转换系数，用于将ADC的原始值转换为实际电压值。
​        adc (ADC): ADC实例，用于读取模拟电位器的原始数据。
​        timer (Timer): 定时器实例，用于定期采集数据。
​        freq (int): 定时器频率，单位为Hz。
​        value (float): 当前采集到的电压值。
​        callback (Optional[Callable[[float], None]]): 用户自定义的回调函数，用于处理采集到的电压值。

​    Methods:
​        __init__(self, adc_id: int, freq: int = 100, callback=None):
​            初始化模拟电位器类实例。
​        start(self):
​            启动模拟电位器采集。
​        _timer_callback(self, timer: Timer):
​            定时器回调函数，用于采集模拟电位器的电压值并进行转换。
​        stop(self):
​            停止模拟电位器采集。
​        get_value(self) -> float:
​            返回当前电位器的电压值。
​    """

​    ​# 电压转换系数
    conversion_factor = 3.3 / (65535)

    def __init__(self, adc_id: int, freq: int = 100, callback=None) -> None:
        """
​        初始化模拟电位器类。

​        Args:
​            adc_id (int): 使用的ADC引脚编号，只能使用0~2之间的数字。
​            freq (int): 定时器频率，默认为100Hz。
​            callback (Optional[Callable[[float], None]]): 采集完成后调用的用户自定义回调函数。

​        Raises:
​            ValueError: 如果adc_id不在0~2范围内。
​        """

​        ​# 入口参数检查
        if adc_id > 2 or adc_id < 0:
            raise ValueError("adc_id must be 0~2")

        # 初始化ADC引脚和定时器
        self.adc = ADC(adc_id)
        self.timer = Timer(-1)
        self.freq = freq
        # 采集到的电压值
        self.value = 0
        # 引用用户自定义的回调函数
        self.callback = callback

    def start(self) -> None:
        """
​        启动模拟电位器采集。
​        Args:
​            None

​        Returns:
​            None
​        """
​        ​# 启动定时器，并设置定时器回调函数
        self.timer.init(period=int(1000/self.freq), mode=Timer.PERIODIC, callback=self._timer_callback)

    def _timer_callback(self, timer: Timer) -> None:
        """
​        定时器回调函数，用于采集模拟电位器的电压值并进行转换。

​        Args:
​            timer (Timer): 定时器对象。

​        Returns:
​            None
​        """
​        ​# 读取ADC值并存储到self.value
        self.value = self.adc.read_u16() * SimulatedPotentiometer.conversion_factor
        # 调用用户自定义的回调函数，传递采集到的电位器电压值
        micropython.schedule(self.callback, self.value)

    def stop(self) -> None:
        """
​        停止模拟电位器采集。

​        Args:
​            None

​        Returns:
​            None
​        """
​        ​# 停止定时器
        self.timer.deinit()

    def get_value(self) -> float:
        """
​        返回当前电位器的值。

​        Args:
​            None

​        Returns:
​            float: 当前电位器的电压值。
​        """
​        ​# 返回当前电位器的值
        return self.value

# ======================================== 初始化配置 ==========================================

# 上电延时
time.sleep(3)
# 打印调试信息
print("FreakStudio : Analog potentiometer experiment")

# 配置呼吸LED引脚
LED = PWM(Pin(25), freq=100, duty_u16=0)

# 创建模拟电位器实例,使用ADC2-GP28, 定时器频率为100Hz, 回调函数为user_callback
potentiometer = SimulatedPotentiometer(2, 100, user_callback)

# 创建串口对象，设置波特率为115200
uart = UART(0, 115200)
# 初始化uart对象，波特率为115200，数据位为8，无校验位，停止位为1
# 设置串口超时时间为100ms
uart.init(baudrate  = 115200,
          bits      = 8,
          parity    = None,
          stop      = 1,
          tx        = 0,
          rx        = 1,
          timeout   = 100)

# ========================================  主程序  ===========================================

# 启动模拟电位器
potentiometer.start()
# 运行一段时间，观察电位器的值
time.sleep(20)
# 停止模拟电位器
potentiometer.stop()
# 获取最后一次读取的电位器值
print("Final Potentiometer value:", potentiometer.get_value())

这里，我们首先定义了一个 SimulatedPotentiometer 类，用于模拟电位器的采集操作：该类通过指定的 ADC 引脚读取模拟电位器的电压，并在定时器的帮助下定期执行采集操作。

在主程序中，通过调用 potentiometer.start() 启动模拟电位器的采集操作，定时器以 10Hz 的频率触发。

在每次定时器触发时，调用 _timer_callback 函数，该函数读取当前电位器的电压值，并将其存储在 self.value 中，调用用户自定义的回调函数 user_callback，传递电压值。user_callback 完成以下工作：

  • 调整 LED 的亮度，亮度与电位器的电压值成比例
  • 将电压值格式化为保留两位小数的字符串，并通过串口发送

在模拟电位器运行 20 秒后，停止定时器并获取最后一次读取的电位器值，打印输出。

在烧录代码之前，我们需要完成 SerialPlot 串口绘图仪的配置：

mmexport1782390886972.gif

  1. ​配置串口参数​：在 Port 选项卡中，选择正确的串口（如 COM4），并设置波特率为 115200，数据位设置为 8，停止位设置为 1，无校验位
  2. ​点击“Open”​：确认配置无误后，点击右上角的“​Open​”按钮，打开串口

8.png

  1. ​选择数据格式​：切换到 Data Format 选项卡，选择“ASCII”格式。在单通道数据传输情况下，默认选择逗号作为数据分隔符

9.png

烧录代码，连接中断，输出如下：

10.png

mmexport1782391253398.gif

可以看到，随着我们移动电位器，终端显示的电压数据不断改变同时板载 LED 灯的亮度也不断变化。

12.png

串口绘图仪的波形如上图所示，我们可以右键框选我们想要仔细看的波形：

13.png

即可放大显示：

14.png

我们也可以在其运行过程中，保存接收到的数据到 csv 文件中：

15.png

操作步骤如下：

  1. 在接收数据之前，点击 Record 选项卡和 Record 按键，选择一个文件夹并创建一个新的 CSV 文件，或直接输入你想要保存的文件名，文件扩展名为 .csv
  2. 确保选中了 Write header line 选项，这样文件的第一行会包含数据的标题，方便后续分析，你还可以选择其他选项，如：
    1. Auto increment file name：如果选中，系统会在文件名后自动添加数字来防止覆盖已有文件
    2. Record while paused：即使接收暂停，仍然可以记录数据
    3. Stop recording when port closed：当关闭串口时自动停止记录
  3. 当你完成数据接收时，点击 Record 按钮停止记录

刚刚保存的电位器两端电压值数据如下：

16.png

00.gif

posted @ 2026-09-03 11:14  FreakStudio  阅读(15)  评论(0)    收藏  举报