从入门到实践：如何用8位/16位微控制器读取电位器数据并实现动态控制

前言

对于初学者而言，掌握电位器与微控制器的交互是理解模拟信号处理的第一步。本篇文章将通过一个完整的实战项目——基于Arduino（8位）与STM32（16位）的电位器读取与输出控制，手把手教你如何实现从模拟信号采集到动态控制的全流程开发。

一、硬件准备清单

• 电位器（10kΩ，常见旋钮型）
• 8位微控制器：Arduino Uno（ATmega328P）
• 16位微控制器：STM32F407 Discovery Kit
• LED灯或舵机（用于反馈控制）
• 面包板、杜邦线、电源模块

二、电路连接方式

将电位器的三个引脚分别连接如下：

• 一端接+5V（或3.3V，视MCU供电而定）
• 另一端接地（GND）
• 中间滑动端接MCU的模拟输入引脚（如A0/A1）

注意：避免将电位器两端直接短接，以防烧毁电路。

三、软件编程实现

1. Arduino（8位）代码示例

// 读取电位器值并控制LED亮度
const int potPin = A0;   // 电位器连接A0
const int ledPin = 9;    // LED连接D9（支持PWM）

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  int sensorValue = analogRead(potPin);     // 读取0-1023的数值
  int brightness = map(sensorValue, 0, 1023, 0, 255); // 映射到0-255
  analogWrite(ledPin, brightness);          // 输出PWM控制亮度
  delay(10);                                // 延时防止刷新过快
}

2. STM32（16位）代码示例（使用HAL库）

// 以STM32F407为例，配置ADC1通道1，读取电位器值
#include "main.h"

ADC_HandleTypeDef hadc1;

int main(void) {
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_ADC1_Init();

  while (1) {
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
    uint32_t adcValue = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
    HAL_ADC_Stop(&hadc1);

    // 将12位值（0-4095）映射到0-255
    uint8_t dutyCycle = (adcValue * 255) / 4095;

    // 通过TIM2 PWM输出控制舵机或LED
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, dutyCycle);
    HAL_Delay(20);
  }
}

四、关键注意事项

• 参考电压稳定性：确保电源稳定，避免因电压波动导致读数漂移。
• 去抖与滤波：电位器机械接触可能产生抖动，建议加入软件延时或数字滤波。
• ADC采样率设置：16位MCU支持更高精度，但需合理配置采样时间以平衡速度与精度。
• 多通道扩展：可通过外部MUX或多个ADC通道实现多个电位器同时监控。

五、进阶拓展方向

1. 使用串口通信将电位器值发送至PC，实现可视化监控（如Python + Matplotlib）。

2. 结合按键或触摸屏，实现“电位器+数字界面”双模式控制。

3. 在16位系统中引入PID算法，实现闭环自动调节（如恒温箱温控）。

结语

通过本教程，你不仅掌握了电位器与8位/16位微控制器的基本连接方法，还学会了如何将其应用于实际控制系统中。无论你是学生、创客还是工程师，这一技能都将成为嵌入式开发旅程中的重要基石。