【雕爷学编程】MicroPython手册之 SAMD21 ADC构造函数

MicroPython是为了在嵌入式系统中运行Python 3编程语言而设计的轻量级版本解释器。与常规Python相比，MicroPython解释器体积小(仅100KB左右)，通过编译成二进制Executable文件运行，执行效率较高。它使用了轻量级的垃圾回收机制并移除了大部分Python标准库，以适应资源限制的微控制器。

MicroPython主要特点包括:
1、语法和功能与标准Python兼容,易学易用。支持Python大多数核心语法。
2、对硬件直接访问和控制,像Arduino一样控制GPIO、I2C、SPI等。
3、强大的模块系统,提供文件系统、网络、图形界面等功能。
4、支持交叉编译生成高效的原生代码,速度比解释器快10-100倍。
5、代码量少,内存占用小,适合运行在MCU和内存小的开发板上。
6、开源许可,免费使用。Shell交互环境为开发测试提供便利。
7、内置I/O驱动支持大量微控制器平台，如ESP8266、ESP32、STM32、micro:bit、掌控板和PyBoard等。有活跃的社区。

MicroPython的应用场景包括:
1、为嵌入式产品快速构建原型和用户交互。
2、制作一些小型的可 programmable 硬件项目。
3、作为教育工具,帮助初学者学习Python和物联网编程。
4、构建智能设备固件,实现高级控制和云连接。
5、各种微控制器应用如物联网、嵌入式智能、机器人等。

使用MicroPython需要注意:
1、内存和Flash空间有限。
2、解释执行效率不如C语言。
3、部分库函数与标准版有差异。
4、针对平台优化语法,订正与标准Python的差异。
5、合理使用内存资源,避免频繁分配大内存块。
6、利用原生代码提升速度关键部位的性能。
7、适当使用抽象来封装底层硬件操作。

总体来说,MicroPython让Python进入了微控制器领域，是一项重要的创新，既降低了编程门槛，又提供了良好的硬件控制能力。非常适合各类物联网和智能硬件的开发。

SAMD21是一系列使用32位ARM® Cortex®-M0+处理器的低功耗微控制器，由Microchip Technology公司开发。SAMD21的技术参数如下：

1、处理器：32位ARM® Cortex®-M0+，最高工作频率为48MHz，每兆赫兹可达2.46 Coremark。
2、存储器：闪存容量从32KB到256KB不等，SRAM容量从4KB到32KB不等。
3、电源管理：支持多种低功耗模式，如空闲和待机模式，最低功耗为3.5μA/MHz。
4、外设：拥有丰富的智能和灵活的外设，如直接内存访问控制器（DMAC）、事件系统、定时器/计数器（TC/TCC）、实时时钟（RTC）、看门狗定时器（WDT）、CRC-32生成器、通用串行总线（USB）2.0接口、串行通信接口（SERCOM）、Inter-IC Sound（I2S）接口、模数转换器（ADC/DAC）、模拟比较器（AC）和外设触摸控制器（PTC）。
5、封装：支持多种封装形式，从32引脚到64引脚不等，包括TQFP、QFN、UFBGA和WLCSP。
6、标准：符合AEC-Q100 Grade 1的汽车级标准，工作温度范围为-40°C到+125°C。

MicroPython的SAMD21 ADC构造函数是用于在MicroPython环境中创建SAMD21微控制器的ADC对象的函数。

主要特点：

引脚配置：SAMD21 ADC构造函数通常需要传入参数来指定ADC的引脚配置。这些参数可以包括模拟输入引脚的选择、参考电压引脚的选择以及其他相关的配置信息。通过正确配置引脚，可以实现与外部电路的正确连接和通信。
采样参数设置：SAMD21 ADC构造函数通常支持设置采样参数，如采样速率、精度等。可以根据具体应用需求，在构造函数中设置合适的参数来满足采样的要求。
中断和DMA支持：一些SAMD21 ADC构造函数还支持中断和DMA功能，可以在转换完成或缓冲区满时触发中断或使用DMA来传输数据。这些功能可以提高系统的响应速度和效率。

应用场景：

数据采集和监测：SAMD21 ADC构造函数可用于创建用于数据采集和监测的ADC对象。通过正确配置ADC的引脚和采样参数，可以连接传感器、传感器阵列或其他模拟输入设备，并将模拟信号转换为数字数据进行处理和分析。
控制系统反馈：在控制系统中，SAMD21 ADC构造函数可以用于创建用于获取反馈信号的ADC对象。通过连接反馈信号源到ADC的模拟输入引脚，并使用合适的采样参数，可以获取反馈信号的数字表示，用于控制系统的闭环反馈控制。
电池管理：SAMD21 ADC构造函数也可用于创建用于电池电压监测和管理的ADC对象。通过连接电池电压引脚到ADC的模拟输入引脚，并使用适当的采样参数，可以获取电池电压的数字表示，用于电池状态监测和电池管理。

注意事项：

引脚选择和配置：在使用SAMD21 ADC构造函数时，需要正确选择和配置ADC的引脚。确保所选的引脚与硬件电路的连接正确，并符合引脚的功能和电压范围要求。
参考电压设置：SAMD21 ADC通常需要设置参考电压，以确定模拟输入电压的量程范围。在使用构造函数之前，需要根据具体应用需求正确设置参考电压。
适当的采样参数选择：根据应用需求选择合适的采样速率、精度和其他参数。较高的采样速率和精度可能会增加系统资源的消耗，需要权衡采样要求和系统性能。

综上所述，MicroPython的SAMD21 ADC构造函数用于创建SAMD21微控制器的ADC对象。它具有引脚配置、采样参数设置和中断/DMA支持等特点。适用于数据采集、控制系统反馈和电池管理等应用场景。在使用构造函数时，需要注意引脚选择和配置、参考电压设置以及适当的采样参数选择，以确保ADC的正确工作和采样准确性。

以下是几个实际运用程序参考代码案例，分别演示了如何使用MicroPython的SAMD21 ADC构造函数进行模数转换：

案例一：使用machine.ADC()创建ADC对象并初始化

import machine
adc = machine.ADC(0)  # 创建一个ADC对象，通道号为0

重点解读：这个程序使用machine.ADC()函数创建一个ADC对象，并指定通道号。在这个例子中，我们将通道号设置为0。

案例二：使用adc.atten(machine.ADC.ATTN_11DB)设置ADC的衰减值

adc = machine.ADC(0)  # 创建一个ADC对象，通道号为0
adc.atten(machine.ADC.ATTN_11DB)  # 设置ADC的衰减值为11dB

重点解读：这个程序使用ADC对象的atten()方法设置ADC的衰减值。在这个例子中，我们首先创建一个ADC对象，然后设置其衰减值为11dB。

案例三：使用result = adc.read()读取ADC值

adc = machine.ADC(0)  # 创建一个ADC对象，通道号为0
result = adc.read()  # 从ADC读取值
print("ADC的值为：", result)

重点解读：这个程序使用ADC对象的read()方法从ADC读取值，并将其打印出来。

案例四：读取模拟输入电压

import machine  
adc = machine.ADC(0)  # 创建ADC对象，通道0  
while True:  # 读取通道0的模拟输入电压  reading = adc.read()  print(reading)  # 打印读取的电压值  utime.sleep(1)  # 延时1秒

这个代码用于读取连接到通道0的模拟输入的电压，并将其值打印到控制台。然后程序会暂停1秒钟，以便观察输出值的变化。需要注意的是，要使用这个代码，你需要将一个模拟输入连接到通道0。

案例五：读取模拟输入电压并转换为实际电压

import machine  
adc = machine.ADC(0)  # 创建ADC对象，通道0  
vcc = 3.3  # ADC参考电压（Vcc）  
while True:  # 读取通道0的模拟输入电压  reading = adc.read()  # 计算实际电压  voltage = reading * vcc / 256.0  print(voltage)  # 打印读取的实际电压值  utime.sleep(1)  # 延时1秒

这个代码与上一个案例相似，但多了一个步骤：将ADC读取的电压值转换为实际电压。这需要将ADC参考电压（在这个例子中为3.3V）与ADC读取的值相乘，然后除以256。这个代码同样需要将一个模拟输入连接到通道0。

案例六：使用ADC读取温度传感器电压

import machine  
adc = machine.ADC(1)  # 创建ADC对象，通道1  
vcc = 3.3  # ADC参考电压（Vcc）  
while True:  # 读取通道1的模拟输入电压  reading = adc.read()  # 计算实际电压  voltage = reading * vcc / 256.0  # 根据温度传感器的电压与温度的关系，计算温度值（假设电压与温度的关系为线性关系）  temperature = (voltage - 0.5) * 100  # 每1mV对应1摄氏度  print(temperature)  # 打印读取的温度值  utime.sleep(1)  # 延时1秒

这个代码与前两个案例略有不同，因为它假设温度传感器连接在通道1，并使用了一个不同的公式来计算温度值。这个公式是假设温度传感器输出电压与温度成线性关系，输出电压范围为0-1V。实际上，这个公式可能需要根据具体的温度传感器进行调整。这个代码同样需要将一个模拟输入连接到通道1。

案例七：使用SAMD21的ADC构造函数读取光敏电阻的值

光敏电阻是一种可以根据光线强度改变电阻值的元件，它可以用来检测环境的亮度。以下是一个使用MicroPython的代码示例，它可以读取PA02引脚上的光敏电阻的值，并打印出对应的数字值：

from machine import ADC, Pinadc = ADC(Pin('PA02')) # 创建ADC对象，使用PA02引脚
adc.atten(ADC.ATTN_11DB) # 设置衰减为11分贝，使得输入范围为0-3.6伏特while True:value = adc.read_u16() # 从ADC读取值，范围为0-65535print(value) # 打印值

要点解读：
ADC构造函数可以用来创建一个模拟数字转换器（ADC）对象，它可以将模拟信号转换为数字信号。
ADC对象的read_u16方法可以用来从ADC读取一个整数值，范围为0-65535，对应于0-3.6伏特的模拟电压。
ADC对象的atten方法可以用来设置ADC的衰减系数，影响输入电压的范围。默认情况下，衰减系数为0分贝，输入范围为0-1伏特。

案例八：使用SAMD21的ADC构造函数读取电位器的值

电位器是一种可以根据旋转角度改变电阻值的元件，它可以用来调节电路中的电压或电流。以下是一个使用MicroPython的代码示例，它可以读取PA03引脚上的电位器的值，并打印出对应的数字值：

from machine import ADC, Pinadc = ADC(Pin('PA03')) # 创建ADC对象，使用PA03引脚
adc.atten(ADC.ATTN_11DB) # 设置衰减为11分贝，使得输入范围为0-3.6伏特while True:value = adc.read_u16() # 从ADC读取值，范围为0-65535print(value) # 打印值

要点解读：
ADC构造函数可以用来创建一个模拟数字转换器（ADC）对象，它可以将模拟信号转换为数字信号。
ADC对象的read_u16方法可以用来从ADC读取一个整数值，范围为0-65535，对应于0-3.6伏特的模拟电压。
ADC对象的atten方法可以用来设置ADC的衰减系数，影响输入电压的范围。默认情况下，衰减系数为0分贝，输入范围为0-1伏特。

案例九：使用SAMD21的ADC构造函数读取温度传感器LM35的值

LM35是一种常用的温度传感器，它可以输出与温度成正比的模拟电压。以下是一个使用MicroPython的代码示例，它可以读取PA04引脚上的LM35的值，并打印出对应的温度：

from machine import ADC, Pinadc = ADC(Pin('PA04')) # 创建ADC对象，使用PA04引脚
adc.atten(ADC.ATTN_11DB) # 设置衰减为11分贝，使得输入范围为0-3.6伏特while True:value = adc.read_u16() # 从ADC读取值，范围为0-65535voltage = value * 3.6 / 65535 # 计算输入电压，单位为伏特temperature = voltage * 100 # 计算温度，单位为摄氏度print(temperature) # 打印温度

要点解读：
ADC构造函数可以用来创建一个模拟数字转换器（ADC）对象，它可以将模拟信号转换为数字信号。
ADC对象的read_u16方法可以用来从ADC读取一个整数值，范围为0-65535，对应于0-3.6伏特的模拟电压。
ADC对象的atten方法可以用来设置ADC的衰减系数，影响输入电压的范围。默认情况下，衰减系数为0分贝，输入范围为0-1伏特。
LM35的输出电压与温度成正比，每摄氏度输出10毫伏。因此，可以通过乘以100来将电压转换为温度。

请注意，以上案例只是为了拓展思路，可能存在错误或不适用的情况。不同的硬件平台、使用场景和MicroPython版本可能会导致不同的使用方法。在实际编程中，您需要根据您的硬件配置和具体需求进行调整，并进行多次实际测试。确保正确连接硬件并了解所使用的传感器和设备的规范和特性非常重要。