第04週- IoT 類比及基本指令

tags: ESP32 IoT 基本指令 類比

在了解 ESP32 數位基本指令之後，學習較為生動貼近生活的類比訊號以及相關指令。

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類比訊號

真實世界的樣貌

連續變化Sin型波：強弱、明暗、冷熱、快慢、深淺、高低音、大小力…

ESP32 同時擁有 DAC 和 ADC (Analog to Digital Converter) 功能

1. 輸入：ADC 將類比電壓(Analog voltage)轉換成數位位階(Digital level)

• 還記得有兩大組嗎？

2. 輸出：DAC 將數位數字(Digital number) 轉換成類比電壓(Analog voltage)

• 但只有 8-bit (2的8次方) 的品質，別冀望有Hi-Fi的聲音品質
• 只有兩腳位：GPIO25 (DAC channel1), GPIO26 (DAC channel2)

數位如何輸出成類比?

1. 方波

• tone(pin, frequency, duration)

2. PWM

• analogWrite(pin, value)

PWM 技術：

微處理器無法直接輸出類比訊號，而PWM技術使得這種轉換變成普遍且方便。

1. 利用數位腳位發送一定頻率的方波，即輸出高電位和低電位，交替持續一段時間。
2. 週期(Period, T)是固定
3. 輸出高電位的時間一般稱為“脈衝寬度”(Pulse width)
4. 佔空比是脈衝持續時間或脈衝寬度（PW）佔波形總週期（T）的百分比
5. PWM 佔空比越長，輸出功率就越高
   

Arduino IDE 程式語言 PWM

在 Arduino IDE 2.0.4 安裝 ESP32 AnalogWrite 程式庫

1. 點選程式庫(Library mgr)
2. 鍵入蒐尋關鍵字 esp32 analogWrite
3. 選擇 ERROPiX 版本安裝
4. 已安裝
   

Arduino IDE 程式語言 PWM

analogWrite(pin, value)

• pin: 輸出腳位，任何 ADC，不限於 DAC
• value: 0~255, (2^8 -1, 為 8-bit 解析度)

例題4-1: [漸亮]

Arduino IDE 程式語 for 迴圈

for (initialization; condition; increment) { // statement(s); }

• ex: for (int i = 0; i < 256; i++) {
  analogWrite(ledpin, i); delay(20); }
• 呼吸燈：燈光亮滅節奏如呼吸

例題4-2: [呼吸燈]

閃爍快慢可調的燈號

1. analogRead(pin)
2. 配合旋鈕可變電阻

例題4-3: [可調變亮滅時間_1]

例題4-4: [可調變亮滅時間_2]

例題4-5: [輸出感測值]

來點聲音

1. 安裝程式庫 ESP32Servo (參照安裝 ESP32 analogWrite 步驟)
2. tone(pin, frequency, duration)

• tone(18, 262, 2000): GPIO#18, 262Hz, 2000ms

例題4-6: [蜂鳴器_單長音]

閃爍快慢可調的燈號和可變的聲音

例題4-7: [蜂鳴器_單長音sine波]

例題4-8: [蜂鳴器_連續sine波]

使用 analog output (DAC) 輸出聲音

使用 dacWrite(pin, value) 函數做輸出：

1. 第一個參數給定 pin

• 對應的 pin 不用特別宣告他的型態
• 通常是 DAC1，DAC2

2. 第二個參數給定要輸出的值

• 值範圍是 0~255

例題4-9: [蜂鳴器_for迴圈，變調]

來點挑戰吧

1. 控制RGB LED變成紫色 (參考課本54頁的資料)
2. 加個按鈕來發聲和消音
3. 如何使用 Wokwi 的模擬器，加上邏輯分析儀(Logic Analyzer)，以 Pulseview 觀看波型。參考影片
4. 若已熟悉光敏電阻、人體偵測器，請設計一個自動浴室燈光開關：

• 浴室內有人、昏暗(夜間) ：開燈，並持續3分鐘
• 浴室內有人、明亮(白天) ：無
• 浴室內無人、昏暗(夜間) ：無
• 浴室內無人、明亮(白天) ：無

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林水忠老的銜接課程

1. 課程銜接說明
2. 觸控電子琴影片

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參考資料

1）IOT物聯網應用第十四章 – 尤濬哲(夜市小霸王) 編著