## 项目22 调光灯

**1. 项目介绍：**

电位器是一个带有滑动或旋转触点的三端电阻器，它形成一个可调的分压器。它的工作原理是在均匀电阻上改变滑动触点的位置。在电位器中，整个输入电压被施加到电阻的整个长度上，输出电压是固定触点和滑动触点之间的电压值。

在这个项目中，我们将学习使用ESP32读取电位器的值，并结合LED制作一个调光灯。

**2. 项目元件：**

|![Img](./media/afc52f6616725ba37e3b12a2e01685ad.png)|![Img](./media/a2aa343488c11843f13ae0413547c673.png)|![Img](./media/75c2400a88559cf22295c22147625d98.png)|![Img](./media/e8726e55ebfb8e7520e615575ce89204.png)|
| :--: | :--: | :--: | :--: |
|ESP32*1|面包板*1|可调电位器*1|红色 LED*1|
|![Img](./media/11f324f82f890b0691f134e1ea7a3765.png)|![Img](./media/b4421594adeb4676d63581a1047c6935.png)|![Img](./media/4107849550a2c6d09592b2a28e291b54.png) | |  
|220Ω电阻*1|USB 线*1|跳线若干 | |

**3. 元件知识：**

![Img](./media/4a10a2fa7d595fb2683977c08657de34.png)

**可调电位器：** 可调电位器是电阻和模拟电子元件的一种，具有0和1两种状态(高电平和低电平)。模拟值不同，其数据状态呈现为1 ~ 1024等线性状态。

**ADC：** ADC是一种电子集成电路，用于将模拟信号(如电压)转换为由1和0组成的数字或二进制形式。我们在ESP32上的ADC的范围是12位，这意味着分辨率是2^12=4096，它表示一个范围(3.3V)将被平均划分为4096份。模拟值的范围对应于ADC值。因此，ADC拥有的比特越多，模拟的分区就越密集，最终转换的精度也就越高。

![Img](./media/8f067a222c20bd1a949bb504f34df15d.png)

分节1: 0V—(3.3/4095)V 范围内的模拟量对应数字0;

分节2: (3.3/4095)V—2*(3.3/4095)V 范围内的模拟量对应于数字1;

......

下面的模拟将被相应地划分。换算公式如下：

![Img](./media/66f4a644cdb895d4a7910a3f1ac90ccd.png)

**DAC：** 这一过程的可逆需要DAC，数字到模拟转换器。数字I/O端口可以输出高电平和低电平(0或1)，但不能输出中间电压值，这就是DAC有用的地方。ESP32有两个8位精度的DAC输出引脚GPIO25和GPIO26，可以将VCC(这里是3.3V)分成2^8=256个部分。例如，当数字量为1时，输出电压值为3.3/256×1V，当数字量为128时，输出电压值为3.3/256 ×128=1.65V, DAC的精度越高，输出电压值的精度就越高。

换算公式如下：

![Img](./media/0412cb6efce5c1d33e84aeac0931c402.png)

**ESP32主板上的ADC：** 

ESP32有16个引脚，可以用来测量模拟信号。GPIO引脚序列号和模拟引脚定义如下表所示：

![Img](./media/6e8bbcdf34c3bca663c73236fbb3f83f.png)

**ESP32主板上的DAC：**

![Img](./media/379d9c501ea4dfc829b6b52dba5a13e7.png)

**4. 读取电位器的模拟值：**

我们将电位器连接到ESP32的模拟IO口上来读取电位器的模拟值。接线请参照以下接线图：

![Img](./media/669570530b1f544aea810426eff2c4c3.jpg)

**代码说明：**

![Img](./media/img-20241031092741.png)

从指定的模拟管脚读取旋转电位器的模拟信号，模拟信号的范围为：0 ~ 4095 。

详细了解请参考链接：[https://vimsky.com/examples/usage/arduino-language-functions-analog-io-analogread-ar.html](https://vimsky.com/examples/usage/arduino-language-functions-analog-io-analogread-ar.html) 。

![Img](./media/img-20241031101130.png)

将旋转电位器的模拟信号（0 ~ 4095）映射给LED的亮度（0 ~ 255）。

你可以打开我们提供的代码，也可以自己编写代码，其如下：

1. 从 “![Img](./media/img-20241023140031.png)” 拖出 “![Img](./media/img-20241023140106.png)”。

2. 从 “![Img](./media/img-20241023140218.png)” 拖出 “![Img](./media/img-20241023140243.png)” 放入 “![Img](./media/img-20241023140106.png)”，设置波特率为 115200 。

3. 先从 “![Img](./media/img-20241023140218.png)” 拖出 “![Img](./media/img-20241029151254.png)” ；接着从 “ ![Img](./media/img-20241029151343.png) ” 拖出 “ ![Img](./media/img-20241031095329.png) ”，管脚为 36 。

4. 从 “![Img](./media/img-20241023140031.png)” 拖出 “![Img](./media/img-20241029134512.png)”，设置延时为100毫秒。

完整代码：

![Img](./media/img-20241031095447.png)

编译并上传代码到ESP32，代码上传成功后，利用USB线上电，单击图标 ![Img](./media/img-20241023142105.png) 进入串行监视器，设置波特率为115200。可以看到的现象是：串口监视器窗口将打印出电位器的模拟值，转动电位器手柄时，模拟值发生变化。

![Img](./media/img-20241031100100.png)

**5. 调光灯的接线图：**

在前面一步，我们读取了电位器的模拟值，现在我们需要将电位器的模拟值转换成LED的亮度，来做成一个亮度可调的灯。见如下所示接线图：

![Img](./media/231f15fcdc1a50e5847ca582872499b6.jpg)

**6. 项目代码：**

![Img](./media/img-20241031101050.png)

**7. 项目现象：**

编译并上传代码到ESP32，代码上传成功后，利用USB线上电，你会看到的现象是：转动电位器手柄，LED的亮度会相应地改变。

![Img](./media/9bb5d9041ac5f0d5a4b20b31291457e6.png)