# Arduino 教學 3：利用可變電阻控制LED

> 作者：王一哲
> 日期：2016/9/6

## 分壓電路

分壓電路是我們在Arduino裡最常用的技巧之一，我們可以利用可變電阻或是光敏電阻與固定電阻串聯，讀取中間接腳的電壓值，並利用這個值來控制其它元件。最簡單的接法如下

<img height="30%" width="30%" src="https://i.imgur.com/SMyuc6o.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">分壓電路示意圖</div>
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圖中電池和$R_1$、$R_2$電阻串聯，利用歐姆定律可得到電流值
$$I = \frac{\varepsilon}{R_1 + R_2}$$
因此$R_1$、$R_2$電阻的端電壓分別為
$$V_1 = IR_1 = \frac{R_1}{R_1 + R_2} \varepsilon$$
$$V_2 = IR_2 = \frac{R_2}{R_1 + R_2} \varepsilon$$

如果我們使用最簡單的可變電阻，將左邊的接腳接到+5V上，右邊的接腳接0V，轉動旋鈕時會改變中間接腳到右邊接腳之間的電阻值，因此電壓值會跟著變化，我們就可以藉此控制其它元件。

<img height="30%" width="30%" src="https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b5/Potentiometer.jpg" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">單圈碳膜式可變電阻</div>
<div style="text-align:center">（圖片來源：維基百科 <a href="https://zh.wikipedia.org/wiki/File:Potentiometer.jpg" target="_blank">https://zh.wikipedia.org/wiki/File:Potentiometer.jpg</a>）</div>
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## 分壓電路的簡單練習

我們可以用Arduino上的+5V接腳供電，將兩個固定電阻串聯，使用三用電表測量電阻的端電壓。為了避免通過電阻器的電流過大，建議使用10kΩ或100kΩ的電阻器。請同學計算一下測量到的電壓值應該是多少？再用三用電表測量看看。

<img height="100%" width="100%" src="https://i.imgur.com/HzINmuo.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">簡單的分壓電路</div>
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## 利用可變電阻控制LED的亮度

我們將可變電阻中間的接腳接到類比輸入(analog in)接腳A0，讀取數值介於 0 ~ 1023 之間，換算數位接腳5輸出到LED電壓值。接腳的編號前若有 ~ 符號，代表這個可接腳可以作為PWM輸入或輸出，數值介於 0 ~ 255 之間。程式碼如下：

/* 實驗2-1: 利用分壓電路調整LED亮度               *
 * 日期: Sep. 5, 2016                         *
 * 作者: 王一哲                                */
int ledPin = 5; //定義LED接腳
int potPin = 0; //定義可變電阻讀取接腳
int val = 0 ; //定義可變電阻讀取數儲暫存用的變數
int voltage = 0; //輸入LED的電壓值

void setup() {
    pinMode(ledPin, OUTPUT); //定義LED接腳為輸出
    pinMode(potPin, INPUT); //定義可變電阻讀取接腳為輸入
    Serial.begin(9600);
}

void loop() { //讀取可變電阻電壓值
    val = analogRead(potPin); //val = 0 ~ 1023
    voltage = map(val, 0, 1023, 0, 255); //將val由0~1023線性變換為0~255並存入voltage
    analogWrite(ledPin, voltage); //點亮LED
    //印出數值檢查執行成果
    Serial.print("val = ");
    Serial.print(val);
    Serial.print(";   voltage = ");
    Serial.println(voltage);
}

以下是程式中用到的函式

1. **analogRead(pin)**
讀取指定編號接腳的類比輸入值

2. **analogWrite(pin, value)**
將數值value寫入指定編號接腳作為類比輸出

3. **map(value, fromLow, fromHigh, toLow, toHigh)**
fromLow 對應到 toLow，fromHigh 對應到 toHigh，找出兩組數據對應的關係後將輸入值value換算成對應的值。

<img height="100%" width="100%" src="https://i.imgur.com/XooJN2f.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">電路圖</div>
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<img height="100%" width="100%" src="https://i.imgur.com/teb2SkW.jpg" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">實際的裝置照片</div>
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## 利用可變電阻控制LED的閃爍頻率

接法與上個實驗相同，請同學想想看如何利用讀取到的數值以及函數 delay 控制LED的閃爍頻率。我們會用到的函式為

1. **digitalRead(pin)**
讀取指定編號接腳的數位輸入值，數值只有HIGH或LOW

2. **digitalWrite(pin, value)**
將數值value寫入指定編號接腳作為數位輸出，數值HIGH或LOW

3. **delay(value)**
延遲時間，量值為 value ，單位為毫秒(ms)。

> 提示：讓LED點亮一小段時間，再讓LED熄滅一小段時間，不斷地重複這個過程。如果最後還是想不通，請參考以下的程式碼：

/* 實驗2-2: 利用分壓電路調整LED閃爍的時間間隔          *
 * 日期: Sep. 5, 2016                             *
 * 作者: 王一哲                                    */
int ledPin = 5; //定義LED接腳
int potPin = 0; //定義可變電阻讀取接腳
int val = 0 ; //定義可變電阻讀取數儲暫存用的變數
int dt = 0; //輸入LED閃爍的時間間隔

void setup() {
    pinMode(ledPin, OUTPUT); //定義LED接腳為輸出
    pinMode(potPin, INPUT); //定義可變電阻讀取接腳為輸入
    Serial.begin(9600);
}

void loop() { //讀取可變電阻電壓值
    val = analogRead(potPin); //val = 0 ~ 1023
    dt = map(val, 0, 1023, 0, 500); //將val由0~1023線性變換為0~255並存入dt
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    delay(dt);
    digitalWrite(ledPin, LOW);
    delay(dt);
    //印出數值檢查執行成果
    Serial.print("val = ");
    Serial.print(val);
    Serial.print(";   dt = ");
    Serial.println(dt);
}

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