Potentiomètre numérique MCP41HVX1 pour Arduino : 10 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

La famille MCP41HVX1 de potentiomètres numériques (alias DigiPots) sont des dispositifs qui imitent la fonction d'un potentiomètre analogique et sont contrôlés via SPI. Un exemple d'application serait de remplacer le bouton de volume de votre chaîne stéréo par un DigiPot contrôlé par un Arduino. Cela suppose que le contrôle du volume de votre chaîne stéréo est un potentiomètre et non un encodeur rotatif.

Les MCP41HVX1 sont un peu différents des autres DigiPots en ce sens qu'ils ont une conception à rail divisé. Cela signifie que bien que le DigiPot lui-même puisse être contrôlé par la tension de sortie d'un Arduino, le signal qui passe par le réseau de résistances fonctionne avec une plage de tension beaucoup plus large (jusqu'à 36 volts). La plupart des DigiPots pouvant être contrôlés par 5 volts sont limités à 5 volts sur le réseau de résistances, ce qui restreint leur utilisation pour la modernisation d'un circuit existant fonctionnant à une tension plus élevée, comme ce que vous trouveriez dans une voiture ou un bateau.

La famille MCP41HVX1 est composée des puces suivantes:

• MCP41HV31-104E/ST - 100k ohm (7 bits)
• MCP41HV31-503E/ST - 50 kohms (7 bits)
• MCP41HV31-103E/ST - 10k ohm (7 bits)
• MCP41HV31-502E/ST - 5k ohm (7 bits)
• MCP41HV31-103E/MQ - 10k ohm (7 bits)
• MCP41HV51-104E/ST - 100k ohm (8 bits)
• MCP41HV51-503E/ST - 50k ohm (8 bits)
• MCP41HV51T-503E/ST - 50k ohm (8 bits)
• MCP41HV51-103E/ST - 10k ohm (8 bits)
• MCP41HV51-502E/ST - 5k ohm (8 bits)

Les puces 7 bits permettent 128 étapes dans le réseau de résistances et les puces 8 bits permettent 256 étapes dans le réseau de résistances. Cela signifie que les puces 8 bits permettent deux fois plus de valeurs de résistance du potentiomètre.

Fournitures

• Choisissez la puce MCP41HVX1 appropriée dans la liste ci-dessus. La puce que vous sélectionnez est basée sur la plage de résistance requise pour votre application. Ce Instructable est basé sur les versions de package TSSOP 14 de la puce afin de suivre ce guide, choisissez n'importe quelle puce dans la liste, à l'exception du MCP41HV31-103E/MQ qui est un package QFN. Il est recommandé d'obtenir quelques jetons supplémentaires car j'en ai rencontré un mauvais et ils sont peu coûteux. J'ai commandé le mien chez Digi-Key.
• Alimentation CC secondaire de 10 à 36 volts. Dans mon exemple, j'utilise une alimentation CC murale de 17 volts provenant de ma boîte d'anciennes alimentations.
• Flux de soudure
• Fer à souder
• Souder
• Pince à épiler et/ou cure-dent
• Carte de dérivation TSSOP 14 broches - Amazon - QLOUNI 40pcs PCB Proto Boards SMD to DIP Adapter Plate Converter TQFP (32 44 48 64 84 100) SOP SSOP TSSOP 8 10 14 16 20 23 24 28 (Assortiment de tailles. Beaucoup disponible pour plusieurs projets)
• Quantifier de 2 à 7 en-têtes à broches - Amazon - DEPEPE 30 pièces 40 broches 2,54 mm mâle et femelle en-têtes pour Arduino Prototype Shield - (Coupé à la taille nécessaire. Beaucoup dans l'emballage pour plusieurs projets)
• Arduino Uno - si vous n'en avez pas, je vous suggère d'obtenir une carte officielle. J'ai eu une chance mitigée avec les versions non officielles. Digi-Key - Arduino Uno
• Multimètre qui peut mesurer la résistance et également vérifier la continuité
• Fils de cavalier
• Planche à pain
• Une loupe mains libres est fortement recommandée mais pas absolument nécessaire car les puces TSSOP sont très petites. Vous aurez besoin des deux mains pour souder et tester avec le multimètre. J'utilise une paire de loupes à pince 3x Harbor Freight sur mes lunettes de vue et une loupe autoportante/articulée. D'autres options sont une paire de lecteurs bon marché du magasin discount ou du dollar. Vous pouvez même porter les lecteurs par-dessus vos lunettes de vue ou obtenir deux paires de lecteurs (l'une au-dessus de l'autre) selon la qualité (ou la mauvaise) de votre vision. Si vous doublez vos lunettes, soyez prudent car votre champ de vision sera très limité, alors assurez-vous de les enlever avant de faire quoi que ce soit d'autre. Soyez également très prudent lors de la soudure.
• Un autre élément qui n'est pas obligatoire mais fortement recommandé est le Harbour Freight Helping Hands. Ce sont des pinces crocodiles fixées sur une base métallique. Ceux-ci sont disponibles auprès de nombreux autres fournisseurs sur Internet ainsi que sous différentes marques. Ceux-ci sont très utiles lors de la soudure de la puce sur la carte de dérivation.

Étape 1: soudure de la puce TSSOP sur une carte de dérivation

La puce TSSOP doit être soudée à une carte de dérivation afin que vous puissiez l'utiliser avec une planche à pain ou directement avec des cavaliers DuPont. Pour le travail de prototypage, ils sont beaucoup trop petits pour travailler directement.

En raison de leur petite taille, la soudure de la puce TSSOP peut être la partie la plus difficile de ce projet, mais connaître l'astuce pour le faire en fait une tâche que tout le monde peut accomplir. Il existe plusieurs techniques, celle ci-dessous est ce que j'ai fait.

La stratégie consiste à faire couler d'abord la soudure sur les traces de la carte de dérivation.

• Ne placez pas la puce sur le panneau de dérivation avant d'y avoir été invité.
• La première chose à faire est de mettre une quantité généreuse de flux sur le panneau de dérivation.
• Ensuite, à l'aide de votre fer à souder, chauffez de la soudure et faites-la couler sur les traces.
• Mettez un peu plus de flux sur la soudure que vous avez coulée sur les traces ainsi que sur le bas des pattes de la puce.
• Placez la puce au-dessus des traces où vous venez de placer la soudure et le flux. Une pince à épiler ou un cure-dent sont de bons outils pour mettre en place avec précision la puce. Assurez-vous d'aligner correctement la puce afin que toutes les broches soient directement au-dessus des traces. Alignez la broche 1 de la puce avec le repère de la broche 1 sur la carte de dérivation.
• À l'aide de votre fer à souder, chauffez l'une des broches à l'extrémité de la puce (soit la broche 1, 7, 8 ou 14) en la pressant dans la trace. La soudure que vous avez appliquée précédemment fondra et s'écoulera autour de la broche.

Regardez la vidéo de cette étape pour voir une démonstration de la façon de souder la puce à la carte de dérivation. Une suggestion que j'ai qui est différente de la vidéo est qu'après avoir soudé la première broche, arrêtez et revérifiez l'alignement de l'ensemble de la puce pour vous assurer que toutes les broches sont toujours au-dessus des traces. Si vous vous trompez un peu, il est facile de corriger à ce stade. Une fois que vous êtes à l'aise, tout semble bon, soudez une autre broche à l'extrémité opposée de la puce et vérifiez à nouveau l'alignement. Si cela semble bon, allez-y et faites le reste des épingles.

Après avoir soudé toutes les broches, la vidéo suggère d'utiliser une loupe pour vérifier vos connexions. Une meilleure méthode consiste à utiliser un multimètre pour vérifier la continuité. Vous devez placer une sonde sur la patte de la broche et l'autre sonde sur la partie de la carte où vous souderez l'embase (voir la deuxième image de cette étape). Vous devez également vérifier les broches adjacentes pour vous assurer qu'elles ne sont pas connectées en raison de la soudure court-circuitant plusieurs broches ensemble. Ainsi, par exemple, si vous vérifiez la broche 4, vérifiez également la broche 3 et la broche 5. La broche 4 doit montrer une continuité tandis que la broche 3 et la broche 5 doivent montrer un circuit ouvert. La seule exception est que l'essuie-glace P0W peut afficher une connectivité à P0A ou P0B.

DES ASTUCES:

• Comme mentionné dans la liste des matériaux, disposer d'un grossissement qui vous laisse les mains libres pour travailler sera très utile à cette étape.
• L'utilisation de la pince crocodile pour aider les mains à tenir la carte de dérivation facilite le soudage.
• Écrivez le numéro de la puce sur un morceau de ruban-cache et collez-le au bas du tableau de dérivation (voir la troisième image de cette section). Si à l'avenir vous devez identifier la puce, il sera beaucoup plus facile de lire le ruban de masquage. Mon expérience personnelle est que j'ai eu un peu de flux sur la puce et que le numéro s'est complètement détaché, donc tout ce que j'ai c'est la bande.

Étape 2: Câblage

Vous devrez connecter l'Arduino et le Digipot comme indiqué sur le schéma de câblage. Les broches utilisées sont basées sur la disposition d'un Arduino Uno. Si vous utilisez un autre Arduino, consultez la dernière étape.

Étape 3: Obtenir la bibliothèque Arduino pour contrôler le DigiPot

Pour simplifier la programmation, j'ai créé une bibliothèque disponible sur Github. Allez sur github.com/gregsrabian/MCP41HVX1 pour obtenir la bibliothèque MCP41HVX1. Vous voudrez sélectionner le bouton « Cloner », puis sélectionnez « Télécharger le zip ». Assurez-vous d'enregistrer le fichier Zip dans un emplacement que vous savez où il se trouve. Le bureau ou le dossier des téléchargements sont des emplacements pratiques. Une fois que vous l'avez importé dans l'IDE Arduino, vous pouvez le supprimer de l'emplacement de téléchargement.

Étape 4: Importation de la nouvelle bibliothèque dans l'IDE Arduino

Dans l'IDE Arduino, allez dans "Sketch", puis sélectionnez "Inclure la bibliothèque", puis choisissez "Ajouter une bibliothèque ZIP…". Une nouvelle boîte de dialogue apparaîtra vous permettant de sélectionner le fichier. ZIP que vous avez téléchargé depuis GitHub.

Étape 5: Exemples de bibliothèque

Après avoir ajouté la nouvelle bibliothèque, vous remarquerez que si vous allez dans "Fichier", puis sélectionnez "Exemples", puis choisissez "Exemples de bibliothèques personnalisées", vous verrez maintenant une entrée pour MCP41HVX1 dans la liste. Si vous survolez cette entrée, vous verrez WLAT, Wiper Control et SHDN qui sont des exemples de croquis. Dans ce Instructable, nous utiliserons l'exemple de contrôle d'essuie-glace.

Étape 6: Examen du code source

#include "MCP41HVX1.h" // Définit les broches utilisées sur l'Arduino#define WLAT_PIN 8 // Si défini sur Bas "transférer et utiliser" #define SHDN_PIN 9 // Définir haut pour activer le réseau de résistances #define CS_PIN 10 // Définir sur faible pour sélectionner la puce pour SPI // Définir certaines valeurs utilisées pour l'application de test#define FORWARD true#define REVERSE false#define MAX_WIPER_VALUE 255 // Valeur maximale d'essuie-glace MCP41HVX1 Digipot(CS_PIN, SHDN_PIN, WLAT_PIN);void setup (){ Serial.begin(9600); Serial.print("Position de départ = "); Serial.println(Digipot. WiperGetPosition()); // Affiche la valeur initiale Serial.print("Set Wiper Position = "); Serial.println(Digipot. WiperSetPosition(0)); // Définir la position de l'essuie-glace sur 0} void loop (){ static bool bDirection = FORWARD; int nWiper = Digipot. WiperGetPosition(); // Obtenir la position actuelle de l'essuie-glace // Déterminer la direction. if(MAX_WIPER_VALUE == nWiper) { bDirection = INVERSE; } else if(0 == nWiper) { bDirection = FORWARD; } // Déplacer l'essuie-glace du digipot if(FORWARD == bDirection) { nWiper = Digipot. WiperIncrement(); // La direction est en avant Serial.print("Incrément - "); } else { nWiper = Digipot. WiperDecrement(); // La direction est en arrière Serial.print("Decrement - "); } Serial.print("Position de l'essuie-glace = "); Serial.println(nWiper); retard (100);}

Étape 7: Comprendre le code source et exécuter l'esquisse

Ce code source est disponible dans l'IDE Arduino en allant dans le menu Exemples et en localisant le MCP41HVX1 que vous venez d'installer (voir étape précédente). Dans MCP41HVX1, ouvrez l'exemple "Wiper Control". Il est préférable d'utiliser le code inclus avec la bibliothèque comme s'il y avait des corrections de bogues, il serait mis à jour.

L'exemple Wiper Control illustre les API suivantes de la bibliothèque MCP41HVX1:

• Constructeur MCP41HVX1(int nCSPin, int nSHDNPin, int nWLATPin)
• WiperGetPosition()
• WiperSetPosition(octet parWiper)
• Incrément d'essuie-glace()
• Décrément d'essuie-glace()

Dans l'exemple de code source, assurez-vous de définir MAX_WIPER_VALUE sur 127 si vous utilisez une puce 7 bits. La valeur par défaut est 255, ce qui correspond aux puces 8 bits. Si vous apportez des modifications à l'exemple, l'IDE Arduino vous obligera à choisir un nouveau nom pour le projet car il ne vous permettra pas de mettre à jour l'exemple de code. C'est le comportement attendu.

À chaque passage dans la boucle, l'essuie-glace s'incrémentera d'un pas ou décrémentera d'un pas en fonction de la direction dans laquelle il se dirige. Si la direction est vers le haut et qu'elle atteint la MAX_WIPER_VALUE, elle inversera la direction. S'il atteint 0, il s'inversera à nouveau.

Au fur et à mesure que l'esquisse s'exécute, le moniteur série est mis à jour avec la position actuelle de l'essuie-glace.

Pour voir le changement de résistance, vous devrez utiliser un multimètre pour lire les Ohms. Placez les sondes du compteur sur P0B (broche 11) et P0W (broche 12) sur le digipot pour voir la résistance changer pendant que l'application est en cours d'exécution. Notez que la valeur de résistance ne descendra pas jusqu'à zéro car il y a une résistance interne dans la puce, mais elle s'approchera de 0 ohms. Il n'ira probablement pas non plus à la valeur maximale mais sera proche.

Lorsque vous regardez la vidéo, vous pouvez voir que le multimètre indique que la résistance augmente jusqu'à ce qu'elle atteigne la valeur maximale, puis commence à diminuer. La puce utilisée dans la vidéo est la MCP41HV51-104E/ST qui est une puce 8 bits avec une valeur maximale de 100k ohms.

Étape 8: Dépannage

Si les choses ne fonctionnent pas comme prévu, voici quelques points à vérifier.

• Vérifiez votre câblage. Tout doit être connecté correctement. Assurez-vous que vous utilisez le schéma de câblage complet comme indiqué dans ce Instructable. Il existe des schémas de câblage alternatifs présentés dans le README, le code source de la bibliothèque et ci-dessous dans ce Instructable, mais respectez ce qui est documenté ci-dessus dans l'étape de câblage ci-dessus.
• Assurez-vous que chaque broche de votre digitpot est soudée à la carte de dérivation. L'inspection visuelle n'est pas suffisante. Assurez-vous de vérifier en utilisant la fonction de continuité de votre multimètre pour vérifier que toutes les broches du digipot sont connectées électriquement à la carte de dérivation et qu'il n'y a pas de connexion croisée des broches de la soudure qui peut avoir ponté à travers les traces.
• Si le moniteur série indique que la position de l'essuie-glace change lorsque vous exécutez l'esquisse mais que la valeur de résistance ne change pas, cela indique que WLAT ou SHDN n'établit pas une connexion appropriée avec la carte de dérivation ou les essuie-glaces de cavalier pour WLAT ou SHDN ne sont pas correctement connectés à l'Arduino.
• Assurez-vous que vous utilisez une alimentation secondaire en courant continu entre 10 et 36 volts.
• Assurez-vous que l'alimentation 10 à 36 volts fonctionne en mesurant la tension avec votre multimètre.
• Essayez d'utiliser le croquis original. Si vous avez apporté des modifications, vous avez peut-être introduit une erreur.
• Si aucune des étapes de dépannage n'a aidé, essayez une autre puce digipot. J'espère que vous en avez acheté plusieurs et que vous les avez soudés en même temps à une carte de dérivation TSSOP, il ne devrait donc s'agir que d'échanger l'une contre l'autre. J'avais une mauvaise puce qui m'a causé pas mal de frustration et c'était la solution.

Étape 9: Internes et informations supplémentaires

Informations complémentaires:

Vous trouverez de plus amples informations dans la fiche technique du MCP41HVX1.

Une documentation complète sur l'ensemble de la bibliothèque MCP41HVX1 est disponible dans le fichier README.md qui fait partie du téléchargement de la bibliothèque. Ce fichier est écrit en Mark Down et peut être visualisé avec un formatage approprié dans Github (regardez en bas de la page) ou avec un Mark Down Viewer\Editor.

Communications entre Arduino et le DigiPot:

L'Arduino communique avec le DigiPot en utilisant SPI. Une fois que la bibliothèque a envoyé une commande de position d'essuyage telle que WiperIncrement, WiperDecrement ou WiperSetPosition, elle appelle ensuite WiperGetPosition pour obtenir la position d'essuyage de la puce. La valeur renvoyée par ces commandes d'essuie-glace est la position de l'essuie-glace telle que la puce le voit et peut être utilisée pour vérifier que l'essuie-glace s'est déplacé vers l'emplacement attendu.

Fonctionnalités avancées (WLAT et SHDN)

Ces fonctions avancées ne sont pas illustrées dans l'exemple "Contrôle des essuie-glaces". Il existe des API disponibles dans la bibliothèque pour contrôler WLAT & SHDN. Il existe également des exemples d'esquisses WLAT et SHDN (au même endroit que l'esquisse de contrôle d'essuie-glace) avec la bibliothèque.

SHDN (arrêt)

SHDN est utilisé pour désactiver ou activer le réseau de résistances. Le réglage de SHDN sur bas désactive et haut active le réseau de résistances. Lorsque le réseau de résistances est désactivé, P0A (DigiPot broche 13) est déconnecté et P0B (DigiPot broche 11) est connecté à P0W (DigiPot broche 12). Il y aura une petite quantité de résistance entre P0B et P0W donc votre compteur ne lira pas 0 ohms.

Si votre application n'a pas besoin de contrôler SHDN, vous pouvez le câbler directement sur HIGH (voir le schéma de câblage alternatif). Vous devrez utiliser le constructeur correct ou transmettre MCP41HVX1_PIN_NOT_CONFIGURED au constructeur pour indiquer que SHDN est câblé. Il est important de noter que si vous suivez l'exemple, vous devez utiliser le schéma de câblage complet (voir l'étape de câblage ci-dessus).

WLAT (écriture de verrouillage)

L'architecture interne est constituée de deux composants sur une seule puce. L'un des composants est l'interface SDI et le registre pour contenir la valeur d'essuie-glace. L'autre composant est le réseau de résistances lui-même. WLAT relie les deux composants internes ensemble.

Lorsque WLAT est défini sur BAS, toute information de commande de position d'essuie-glace définie est transmise directement au réseau de résistances et la position d'essuie-glace est mise à jour.

Si WLAT est défini sur HAUT, les informations de position de l'essuie-glace transmises via SPI sont conservées dans un registre interne mais ne sont pas transmises au réseau de résistances et, par conséquent, la position de l'essuie-glace ne sera pas mise à jour. Une fois que WLAT est réglé sur LOW, la valeur est transférée du registre au réseau de résistances.

WLAT est utile si vous utilisez plusieurs digipots que vous devez synchroniser. La stratégie consiste à définir WLAT sur HIGH sur tous les digipots, puis à définir la valeur d'essuie-glace sur toutes les puces. Une fois que la valeur d'essuie-glace a été envoyée à tous les digipots, WLAT peut être réglé sur LOW sur tous les appareils simultanément afin qu'ils déplacent tous les essuie-glaces en même temps.

Si vous ne contrôlez qu'un seul DigiPot ou en avez plusieurs mais qu'ils n'ont pas besoin d'être synchronisés, vous n'aurez probablement pas besoin de cette fonctionnalité et pouvez donc câbler WLAT directement sur LOW (voir le schéma de câblage alternatif). Vous devrez utiliser le constructeur correct ou transmettre MCP41HVX1_PIN_NOT_CONFIGURED au constructeur pour indiquer que WLAT est câblé. Il est important de noter que si vous suivez l'exemple, vous devez utiliser le schéma de câblage complet (voir l'étape de câblage ci-dessus).

Étape 10: Schéma de câblage alternatif

Câblage

Vous avez la possibilité de connecter WLAT du digpot directement à LOW\GND au lieu de vous connecter à une broche numérique. Si vous faites cela, vous ne pourrez pas contrôler WLAT. Vous avez également la possibilité de connecter SHDN directement à HIGH au lieu d'une broche numérique. Si vous faites cela, vous ne pourrez pas contrôler SHDN.

WLAT et SHDN sont indépendants l'un de l'autre, vous pouvez donc câbler l'un et connecter l'autre à une broche numérique, câbler les deux ou connecter les deux à des broches numériques afin qu'ils puissent être contrôlés. Reportez-vous au schéma de câblage alternatif pour ceux que vous souhaitez câbler et reportez-vous au schéma de câblage principal à l'étape 2 pour le câblage aux broches numériques contrôlables.

Constructeurs

Il existe trois constructeurs dans la classe MCP41HVX. Nous allons discuter de deux d'entre eux. Ils sont tous documentés dans le fichier README.md, donc si vous êtes intéressé par le troisième constructeur, veuillez vous référer à la documentation.

• MCP41HVX1(int nCSPin) - n'utilisez ce constructeur que si WLAT et SHDN sont câblés.
• MCP41HVX1(int nCSPin, int nSHDNPin, int nWLATPin) - Utilisez ce constructeur si WLAT ou SHDN sont câblés. Transmettez la constante MCP41HVX1_PIN_NOT_CONFIGURED si la broche est câblée ou le numéro de broche si elle est connectée à une broche numérique.

nCSPin doit être connecté à une broche numérique. Il n'est pas valide de transmettre MCP41HVX1_PIN_NOT_CONFIGURED au constructeur pour nCSPin.

Et si je n'utilise pas un Arduino Uno ?

L'Arduino utilise SPI pour communiquer avec le digipot. Les broches SPI sont des broches spécifiques sur la carte Arduino. Les broches SPI sur l'Uno sont:

• SCK - broche 13 sur l'Uno connectée à la broche 2 sur le digipot
• MOSI - broche 11 sur l'Uno connectée à la broche 4 sur le digipot
• MISO - broche 12 sur l'Uno connectée à la broche 5 sur le digipot

Si vous utilisez un Arduino qui n'est pas un Uno, vous devrez déterminer quelle broche est SCK, MOSI et MISO et les connecter au digipot.

Les autres broches utilisées dans le croquis sont des broches numériques normales, donc n'importe quelle broche numérique fonctionnera. Vous devrez modifier le croquis pour spécifier les broches que vous choisissez sur la carte Arduino que vous utilisez. Les broches numériques régulières sont:

• CS - broche 10 sur l'Uno connectée à la broche 3 sur le digipot (mettre à jour CS_PIN dans le sketch avec la nouvelle valeur)
• WLAT - broche 8 sur l'Uno connectée à la broche 6 sur le digipot (mettre à jour WLAT_PIN dans le sketch avec la nouvelle valeur)
• SHDN - broche 9 sur l'Uno connectée à la broche 7 sur le digipot (mettre à jour SHDN_PIN dans le sketch avec la nouvelle valeur)