Unterrichts- und Lernmaterial für Mikrocontroller

Spannungen messen

1 - Potenziometerschaltung

Weitere Vorschläge zum gleichen Thema mit den Boards: Prop-BoE - Prop-AB - BASIC Stamp - Raspberry Pi

Ein Arduino UNO Board verfügt über einen 10 Bit Sechs-Kanal-Analog-Digital-Umsetzer. Eingangsspannungen zwischen 0 bis 5 Volt werden auf einen Bereich von 0 bis 1023 abgebildet. Die Auflösung liegt dann bei 5 Volt / 1024 = 4,9 mV pro Stufe. Der Einlesevorgang für einen analogen Spannungswert liegt bei 100 µs (0,0001 s); pro Sekunde lassen sich 10.000 Messungen durchführen.

Die Anschlüsse der sechs AD-Wandler sind auf den Arduino UNO Boards mit ANALOG IN gekennzeichnet und tragen die Bezeichnungen A0 ... A5.

Abbildung 1 - AD-Wandler Eingänge A0 ... A5

Angesprochen werden die AD-Wandler über die Funktion

```
analogRead(pin)
```

Als Rückgabewert wird eine Zahl vom Typ int (integer) zwischen 0 und 1023 ausgegeben.

2 - Eine erste Spannungsmessung

Eine erste Spannungsmessung mit AD-Wandler
Material	1x Arduino UNO oder NANO ESP32 1x USB-Verbindungskabel 1x Spannungsnetzteil 1x Potenziometer, 10 kOhm
Aufgaben	Baue die Schaltung nach vorliegender Schaltskizze auf dem Steckbrett auf. Übertrage das Programm Potenziometer_UNO_WiFi_R2.ino in den Editor und speichere es ab. Starte das Programm und öffne den seriellen Monitor. Überprüfe, ob sich die angezeigten Werte verändern, wenn der Schleifer am Potenziometer bewegt wird. Stelle fest, ob sich Werte zwischen 0 und 1023 liegen.

Schaltskizze und Schaltungsaufbau

Abbildung 2 - Schaltskizze (links) und Schaltungsaufbau auf dem Steckbrett und Verbindung zum Arduino Board (rechts)

TIPP: Sollte das Potenziometer nicht fest auf dem Steckbrett sitzen, dann begradige die drei Anschlussbeine des Potenziometers mit einer Flachzange.

Das Programm Potenziometer_UNO_WiFi_R2.ino

Abb. 3 - Das Programm Potenziometer_UNO_WiFi_R2.ino mit Datenausgabe auf dem seriellen Monitor

Im seriellen Monitor sollten für die Schleiferstellung linker Anschlag bzw. rechter Anschlag beim Potenziometer die Werte 0 bzw. 1023 angezeigt werden. Bei jeder Zwischenstellung des Schleifers wird ein Wert zwischen diesen beiden Extremen angezeigt (siehe Abb. 3).

3 - Umrechnung der Werte in Spannungsgrößen

Die vom AD-Wandler zurückgegebenen Werte liegen zwischen 0 und 1023; sie sind ein Maß für die Stellung des Schleifers beim eingesetzten Potenziometer und sie sind ein Maß für die Spannung, die vom Schleifer abgegriffen wird.

In der einen Extremposition (linker Anschlag) wird ein Wert 0 und bei Rechtsanschlag ein Wert 1023 im Terminal ausgegeben. Dieser höchste Wert entspricht der anliegenden Spannung und das sind hier 5 Volt. Mit Hilfe des Dreisatzes können wir sagen:

1023       entspricht 5 Volt
1          entspricht 5 / 1023 Volt
wert       entspricht 5 * wert / 1023 Volt

Mit dieser Formel (klassischer Dreisatz) kann die Umrechnung durchgeführt werden:

Das zugehörige Programm poti_1.ino ist durch wenige Zeilen ergänzt worden und es wurde die Fließkommavariable spannung vom Typ float eingeführt.

Das Programm Spannungsmessung_UNO_WiFi_R2.ino

Abb. 4 - Anzeige der Spannungswerte bei einem Potenziometer, dessen Mittelabgriff über A0 abgefragt wird.

Die zugehörige Terminalausgabe zeigt Bild 4. In der linken Spalte wird der vom AD-Wandler ausgegebene Wert angezeigt, rechts daneben der daraus berechnete Spannungswert nach Formel (1) in der Einheit Volt.

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