Μάθημα 4 - Αναλογικη & Ψηφιακη Εισοδος (Ποτενσιόμετρο & Κουμπί)

 β1: Η ενότητα ολοκληρώθηκε

 β2: Η ενότητα ολοκληρώθηκε

Στόχοι μαθήματος:

• Να κατανοήσετε τη θεμελιώδη διαφορά αναλογικής και ψηφιακής εισόδου
• Να διαπιστώσετε τον τρόπο λειτουργίας ενός ποτενσιόμετρου
• Να χρησιμοποιήσετε σε ένα κύκλωμα συνδυασμούς κουμπιών
• Να ελέγξετε διάφορες εξόδους (LED, Buzzer) μέσω αναλογικής εισόδου (ποτενσιόμετρο) και ψηφιακής εισόδου (κουμπί)
  
  

 Τα project που δημιουργήσαμε στο Tinkercad:

Project 1:

Δημιουργήσαμε ένα κύκλωμα με ένα led στο pin 9 (πρέπει το led να συνδεθεί σε pin που συνοδεύεται από το σύμβολο ~) και ένα ποτενσιόμετρο συνδεδεμένο στο pin Α0. Το ποτενσιόμετρο ρυθμίζει τη φωτεινότητα του led. Δηλαδή γυρνώντας τη λαβή του ποτενσιόμετρου η φωτεινότητα του led αυξάνεται και μειώνεται.  

Εδώ θα βρείτε το project που κάναμε στην τάξη

Το παραπάνω link σας πηγαίνει στο αρχείο του Tinkercad, στο οποίο φαίνεται το κύκλωμα και ο κώδικας που το προγραμμάτισε. Μπορείτε να επέμβετε στο παραπάνω αρχείο, αν θέλετε. Δεν θα το συνιστούσα, ώστε να δουν όλοι το ίδιο αποτέλεσμα. Ωστόσο αν κάνετε αλλαγές φροντίστε να τις αναιρέσετε μετά. 

 Project 2:

Δημιουργήσαμε ένα κύκλωμα με ένα led στο pin 9 και ένα push button συνδεδεμένο στο pin 12. Κάθε πάτημα του push button ανάβει και σβήνει το led.   

 

Εδώ θα βρείτε το project που κάναμε στην τάξη

Το παραπάνω link σας πηγαίνει στο αρχείο του Tinkercad, στο οποίο φαίνεται το κύκλωμα και ο κώδικας που το προγραμμάτισε. Μπορείτε να επέμβετε στο παραπάνω αρχείο, αν θέλετε. Δεν θα το συνιστούσα, ώστε να δουν όλοι το ίδιο αποτέλεσμα. Ωστόσο αν κάνετε αλλαγές φροντίστε να τις αναιρέσετε μετά.  

Επισημάνσεις μαθήματος (δίνονται σε όσο πιο εύκολη γλώσσα γίνεται)

 

 

1.  Τα pins εισόδου (input) λαμβάνουν κάποιο ηλεκτρικό σήμα (διαβάζουν ένα αριθμό), ενώ τα pins εξόδου (output) δίνουν ένα ηλεκτρικό σήμα (δίνουν ένα αριθμό). 
Τα pins 13 - 0 συνήθως χρησιμοποιούνται ως pins εξόδου, οπότε δίνουν ως σήμα τον αριθμό 0 (δεν δίνω ρεύμα) ή τον αριθμό 1 (δίνω ρεύμα).
Τα pins με το σύμβολο «~» (11, 10, 9, 6, 5, 3) μπορούν να λειτουργήσουν όπως τα άλλα pins (δίνω σήμα 0 ή 1) ή να δώσουν ως σήμα ένα αριθμό από το 0  ως το 255. Το 0 σημαίνει δεν δίνω ρεύμα. Το 255 σημαίνει δίνω το μέγιστο ρεύμα, ενώ οι ενδιάμεσες τιμές σημαίνουν δίνω λιγότερο ή περισσότερο ρεύμα.  
Οι θύρες Α0 – Α5 συνήθως χρησιμοποιούνται ως θύρες εισόδου που διαβάζουν τον αριθμό που περιγράφει το ηλεκτρικό σήμα, αλλά μπορούν να χρησιμοποιηθούν όπως οι υπόλοιπες θύρες 13 – 0 δίνοντας τιμή 0 ή 1. 

2. Με βάση τον προσανατολισμό που δείχνει η παραπάνω εικόνα το αριστερό άκρο του ποτενσιόμετρου συνδέεται με το GND (γείωση), το μεσαίο με κάποιο pin εισόδου (π.χ. Α0 - Α5) και το δεξί άκρο στο pin 5V. 

 Το μεσαίο άκρο δίνει ένα ηλεκτρικό σήμα που χαρακτηρίζεται από τον αριθμό 0 - 1023. Το 0 σημαίνει καθόλου σήμα (όχι ρεύμα), το 1023 σημαίνει σήμα μέγιστης έντασης (μέγιστο ρεύμα), ενώ οι ενδιάμεσες τιμές σημαίνουν μια ενδιάμεση ένταση σήματος. Αυτό μπορείτε να το δείτε στην παρακάτω προσομοίωση. 

 Στην προσομοίωση με τίτλο "Σύνδεση ποτενσιόμετρου" πατήστε το "Start simulation" και το "Code". Όταν αρχίσει η προσομοίωση πατήστε το "Serial monitor". Στο "Serial monitor" θα αναγράφεται η τιμή του σήματος που δίνει το ποτενσιόμετρο στο pin A0. Γυρίστε το κουμπί (κάνοντας κλικ με το ποντίκι συνεχόμενα) του ποτενσιόμετρου για να δείτε τις διαφορετικές τιμές του σήματος. Θα διαπιστώσετε ότι η ελάχιστη τιμή είναι το 0 και η μέγιστη το 1023. Δείτε την παρακάτω εικόνα: 

3.  Ποια είναι η λογική της χρήσης του σήματος του ποτενσιόμετρου στο pin A0 ως ρυθμιστή της έντασης της φωτεινότητας του led που συνδέεται με το pin 9; Η λογική φαίνεται στην παρακάτω εικόνα: 

Το ποτενσιόμετρο δίνει μια τιμή ανάμεσα στο 0 και στο 1023, ανάλογα με το πόσο έχουμε περιστρέψει τη λαβή του. Η τιμή αυτή εισάγεται στη θύρα Α0. Ο μικροεπεξεργαστής μετατρέπει το σήμα του ποτενσιόμετρου σε ένα νέο σήμα που παίρνει τιμές από το 0 ως το 255. Η τιμή του νέου σήματος μέσω του pin 9 δίνεται στο led κι έτσι ρυθμίζεται η φωτεινότητά του. 

4. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να συνδεθεί το push button σε ένα κύκλωμα, οι οποίοι μοιάζουν μεταξύ τους. Για το συγκεκριμένο μάθημα επέλεξα ίσως τον πιο δημοφιλή. Ο τρόπος σύνδεσης που χρησιμοποίησα ονομάζεται "pull down" σύνδεση και αναλύεται στην παρακάτω εικόνα:

 

  Είδαμε παραπάνω ότι το ποτενσιόμετρο μας δίνει ένα σήμα που παίρνει συνεχείς τιμές από το 0 ως το 1023, γι' αυτό το λόγο χαρακτηρίζεται ως αναλογικό. Το push button από την άλλη δίνει ένα σήμα στο pin όπου το έχουμε συνδέσει που μπορεί να πάρει μόνο δύο τιμές: 0 και 1. Γι' αυτό το λόγο χαρακτηρίζεται ως ψηφιακό. 

  Αυτό μπορείτε να το δείτε στην προσομοίωση με τίτλο: "Σύνδεση push button", όπου το push button είναι συνδεδεμένο με το pin 12. Πατήστε το "Start simulation" και το "Code". Όταν αρχίσει η προσομοίωση πατήστε το "Serial monitor". Στο "Serial monitor" θα αναγράφεται η τιμή του σήματος που δίνει το push button στο pin 12. Θα διαπιστώσετε ότι όταν δεν πατάτε το κουμπί αυτό δίνει την τιμή 0, ενώ όταν το πατάτε δίνει την τιμή 1. 

5. Τα push button για την καλύτερη λειτουργία τους πρέπει να συνδέονται με αντιστάτη των 10kΩ, όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα. Ο λόγος, χωρίς πολλές λεπτομέρειες, είναι ότι χωρίς αυτόν τον αντιστάτη ή με άλλο αντιστάτη ο μικροεπεξεργαστής μπορεί να αντιληφθεί λανθασμένα το σήμα που δίνει το push button ή ακόμα κι αν δεν το έχουμε πατήσει να αντιληφθεί ψευδές σήμα πατήματος. 

  Όπως προανέφερα εμείς συνδέουμε το push button με "pull down" σύνδεση. Αυτό να το αναφέρεται στο AI, όταν θα κάνετε τον προγραμματισμό. 

 

Εργασίες για το σπίτι: 

Εδώ θα βρείτε τις εργασίες του μαθήματος.  

Προσοχή! Θα συμβούλευα τα παιδιά που θα κάνουν το κύκλωμα με πραγματικά υλικά, να το δοκιμάσουν πρώτα στο Tinkercad για να είναι σίγουροι ότι όλα λειτουργούν όπως πρέπει και δεν θα κάνουν ζημιά στο arduino.