Arduino アナログ入力の動作確認

Arduino nanoのADCを確認します。

nanoにはADCが8ポート実装されており、それぞれ電源電圧5V / 10bit(1024段階) = 4.88mVの分解能があるようです。
前回のLEDプログラムに組み込めば可変抵抗器で点滅や明るさをコントロールできますね。

前回：Arduino nano 動作確認

1 始める前に注意点
2 用意したもの
3 アナログ入力回路を考える
4 プログラミングする
5 回路の見直し
6 回路の再見直し（多分完成）
7 問題点の解決
- 7.1 関連

始める前に注意点

今所有しているArduino nanoはV3.0です。別バージョンとは少し異なる点があります。

アナログ入力A0～A7が入れ替わっているのが分かります。シルクに記載されていますが間違えないように。

参考：ユーザーマニュアル V2.3 , V3.0

用意したもの

前回の流用品

Arduino nano
PC(Windows 10)
Arduino IDE
USBケーブル（Aオス-ミニBオス）

アナログ入力の確認に追加した部品は以下

可変抵抗器 10kΩ
抵抗器 10kΩ
抵抗器 2kΩ←途中で追加
抵抗器 220Ω←途中で追加
ブレッドボード
ジャンパー線

アナログ入力回路を考える

簡易的な接続図も用意しました。

アナログ入力は基準電圧（デフォルト+5V）を対して10bit、1bit 4.88mVの分解能をもっています。A2は10KΩの固定抵抗で約1.65V、A0は可変抵抗10kΩを操作して3.3～1.65Vを読み取る構成となっています。3.3V-A0間が0Ωの時A0が読み取る値は1023、10kΩの時はA0は511になります。A2は固定ですので511のままです。

プログラミングする

プログラムはArduino.ccのリファレンスを参考に作り上げます。
https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/analog-io/analogread/

analogRead(Pin)を使いA0とA2を読み取る。
Pinに入れる数値は前回のデジタルピンと同じくA0なら0、A2なら2。

簡単に取得した値を表示するように作り出来上がったプログラムを書きこんで実行！

1秒ごとにA0とA2の階調と計算より求められた電圧が表示される。

が、値がおかしい。
1s辺りはA0=A2=1.65Vを示すはずだが取得値が434となっている。

電源電圧 5V / 1024 = 4.88mV
434 × 4.88mV = 2.12V

全然違いますね…。
それにボリュームを最小にしても3.3V付近とはならず。
10sは848とあり4.14Vとなっています。

困りましたね。
初めはプログラムミスかと思ったんですが問題なさそうでした。

で電圧周りを調べることに。

すると、3.3Vは正常だったんですがUSB電源に問題がありました。

USB電源は4.4V程度で内部5V電源は4.13Vとなっていました。
（+5V AUTO SELECTORのD1、Vfが0.38Vmaxだからかな）

動かすだけであればATmega328/Pは動作電圧1.8V～5.5Vで範囲内なので問題ないのですが、供給している電源が5Vに安定する安定化電源を使わない限りアナログ入力を取得したところで正確な電圧値を求めるのは無理そうです。（マイコン自体に電源電圧値を取得できるならいいのですが）

回路の見直し

仕方なくレギュレーターで安定している3.3V電源を使用することに。
変更点を回路図に赤線で記載。

可変抵抗が接続されている3.3ＶをAREFへ繋げる。
そしてプログラムのsetupにanalogReference(EXTERNAL)を追加する。
https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/analog-io/analogreference/

これでアナログの基準電圧はAREFに印加された電圧になる。