从模拟到数字转换器读取值

项目
2025-04-22

模拟到数字转换器（ADC）是一种设备，可以读取模拟输入电压值并将其转换为数字值。 ADC 用于从热敏器、强量计和其他设备读取值，这些设备会根据某些条件更改阻力。

在本主题中，您将使用 .NET 从 ADC 读取值，同时使用电位计调节输入电压。

先决条件

基于 ARM 的单板计算机（ARMv7 或更高版本）（SBC）
MCP3008 模拟数字转换器
三引脚强量计
试验板
跳线
Raspberry Pi GPIO 分线板（可选/推荐）
.NET SDK 8 或更高版本

注释

本教程编写为假设目标设备为 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。有关详细信息 raspi-config，请参阅 Raspberry Pi 文档。

准备硬件

使用硬件组件生成线路，如下图所示：

MCP3008使用串行外围接口（SPI）进行通信。以下是从 MCP3008 到 Raspberry Pi 和强量计的连接：

V_DD 到 3.3V（以红色显示）
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 Foundation 提供。

小提示

建议将 GPIO 扩展板与面包板结合使用，以简化与 GPIO 接头的连接。

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 创建新的 .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。可以从项目目录使用.NET CLI，或者使用Visual Studio。
```
dotnet add package Iot.Device.Bindings --version 3.2.0-*
```
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);
}
```
在前面的代码中：
- hardwareSpiSettings 设置为 SpiConnectionSettings 的新实例。构造函数将 busId 参数设置为 0，并将 chipSelectLine 参数设置为 0。
- using 声明通过调用 SpiDevice 和传入 SpiDevice.Create 来创建 hardwareSpiSettings 的实例。这 SpiDevice 表示 SPI 总线。声明 using 可确保对象被妥善处理，并正确释放硬件资源。
- 另外一个 using 声明创建了 Mcp3008 的一个实例，并将 SpiDevice 传递给构造函数。
- 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)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，该值除以 10.23。 MCP3008是一个 10 位 ADC，这意味着它返回 1024 个可能的值，范围为 0-1023。将值除以 10.23 表示该值的百分比。
    - 百分比四舍五入到最接近的0.1。
  5. 休眠 500 毫秒。
构建应用程序。如果使用 .NET CLI，请运行 dotnet build。若要在 Visual Studio 中生成，请按 Ctrl+Shift+B。
将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。请确保使用指定可执行的 execute 权限chmod +x。
切换到部署目录并运行可执行文件，在 Raspberry Pi 上运行应用。
```
./AdcTutorial
```
旋转电位差计刻度时观察输出。这是因为强量计会改变在 ADC 上提供给 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，以生成值。
按 Ctrl+C 终止程序。

祝贺！你已使用 SPI 从模拟到数字转换器读取值。

获取源代码

本教程的源在 GitHub 上提供。

后续步骤

学习使用通用输入输出接口来控制 LED 闪烁

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