没有ADC的MCU怎么检测电位计的阻值变化

还记得我们“2022寒假在家一起练”的RP2040游戏机平台上的4向摇杆么?很多同学用它实现了游戏机的位置操控，还制作了鼠标的功能。4向摇杆本质是2个电位计 - X轴和Y轴各一个电位计。

用RP2040制作的游戏机平台

四向摇杆的结构和内部原理图

在RP2040游戏机平台中占用了RP2040的两个ADC输入管脚，通过检测由这两个电位计带来的分压电压的变化，从而判断摇杆的相对位置。

想一下，如果MCU内部没有ADC，只有数字IO，或者用FPGA是否也能检测电位计的变化?甚至给出电位计的阻值变化?而且能够用一根输入管脚同时感知2个电位计?

初听起来是不是有点天方夜谈?如果我们能巧妙利用PWM信号这个神器，就能实现对2只电位计的检测。

大家知道PWM信号的特点 - 一根数字信号，两个基本参数 - 频率和占空比。我们多数情况下是产生PWM信号来控制外部的器件，反过来我们能否测量这两个参数的变化，从而用于感知外部的变量呢?

测量PWM信号的这两个参量很容易，用高频率的时钟数数就可以实现，无论MCU用定时器来实现，还是FPGA用计数器来实现，都很简单，在这里就不再赘述了。

下面的问题就是通过变化的PWM测量外部的参量:

我们设计一个电路，能够产生调频、调占空比的PWM信

用一只电位计来控制产生的PWM信号的频率

用另外一只电位计控制产生的PWM信号的占空比

这个电路是啥样的?想一下PWM信号的生成原理：

我们如果能够控制比较器输入端锯齿波的频率，就能调整PWM脉冲的频率;

我们如果能够调节比较器另一端参考电压的变化，就能调整PWM脉冲的占空比。

那么，电路就有了:

一颗普通的4运放LM324 + 几颗电阻 + 几颗电容即可。在这个电路中用到的供电电压是5V，此电路结构同样也适用于3.3V供电。

用两个运放产生可调频率(一个电位计P1控制)的三角波，送给一个用作比较器的运放，运放的输出为占空比可调的脉冲波形。比较器的一个输入端电压由另一个电位计来控制。

这个电路的频率调节范围为250Hz - 500Hz，脉宽变化从10%到90%，根据电路中的电阻参数就可以计算出两个电位计变化的阻值。

是不是挺简单的?

要不要用MCU和FPGA分别试一试?

如果你试了，可以将过程和结果分享在电子森林的项目页面哦。

原文标题：设计小技巧：如何用MCU或FPGA的一个数字IO测量2个电位计的阻值变化?

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审核编辑：汤梓红