沒有ADC的MCU怎么檢測電位計的阻值變化

還記得我們“2022寒假在家一起練”的RP2040游戲機平臺上的4向搖桿么?很多同學用它實現(xiàn)了游戲機的位置操控，還制作了鼠標的功能。4向搖桿本質(zhì)是2個電位計 - X軸和Y軸各一個電位計。

用RP2040制作的游戲機平臺

四向搖桿的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部原理圖

在RP2040游戲機平臺中占用了RP2040的兩個ADC輸入管腳，通過檢測由這兩個電位計帶來的分壓電壓的變化，從而判斷搖桿的相對位置。

想一下，如果MCU內(nèi)部沒有ADC，只有數(shù)字IO，或者用FPGA是否也能檢測電位計的變化?甚至給出電位計的阻值變化?而且能夠用一根輸入管腳同時感知2個電位計?

初聽起來是不是有點天方夜談?如果我們能巧妙利用PWM信號這個神器，就能實現(xiàn)對2只電位計的檢測。

大家知道PWM信號的特點 - 一根數(shù)字信號，兩個基本參數(shù) - 頻率和占空比。我們多數(shù)情況下是產(chǎn)生PWM信號來控制外部的器件，反過來我們能否測量這兩個參數(shù)的變化，從而用于感知外部的變量呢?

測量PWM信號的這兩個參量很容易，用高頻率的時鐘數(shù)數(shù)就可以實現(xiàn)，無論MCU用定時器來實現(xiàn)，還是FPGA用計數(shù)器來實現(xiàn)，都很簡單，在這里就不再贅述了。

下面的問題就是通過變化的PWM測量外部的參量:

我們設計一個電路，能夠產(chǎn)生調(diào)頻、調(diào)占空比的PWM信

用一只電位計來控制產(chǎn)生的PWM信號的頻率

用另外一只電位計控制產(chǎn)生的PWM信號的占空比

這個電路是啥樣的?想一下PWM信號的生成原理：

我們?nèi)绻軌蚩刂?a target="_blank">比較器輸入端鋸齒波的頻率，就能調(diào)整PWM脈沖的頻率;

我們?nèi)绻軌蛘{(diào)節(jié)比較器另一端參考電壓的變化，就能調(diào)整PWM脈沖的占空比。

那么，電路就有了:

一顆普通的4運放LM324 + 幾顆電阻 + 幾顆電容即可。在這個電路中用到的供電電壓是5V，此電路結(jié)構(gòu)同樣也適用于3.3V供電。

用兩個運放產(chǎn)生可調(diào)頻率(一個電位計P1控制)的三角波，送給一個用作比較器的運放，運放的輸出為占空比可調(diào)的脈沖波形。比較器的一個輸入端電壓由另一個電位計來控制。

這個電路的頻率調(diào)節(jié)范圍為250Hz - 500Hz，脈寬變化從10%到90%，根據(jù)電路中的電阻參數(shù)就可以計算出兩個電位計變化的阻值。

是不是挺簡單的?

要不要用MCU和FPGA分別試一試?

如果你試了，可以將過程和結(jié)果分享在電子森林的項目頁面哦。

原文標題：設計小技巧：如何用MCU或FPGA的一個數(shù)字IO測量2個電位計的阻值變化?

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審核編輯：湯梓紅