Đọc biến trở bằng ADC
từ thế giới liên tục sang thế giới đếm được

Tất cả các bài trước chỉ làm việc với hai mức: có và không, bật và tắt. Nhưng nhiệt độ, ánh sáng, lực, khoảng cách đều là những đại lượng biến thiên liên tục. Bài này là cây cầu bắc từ thế giới liên tục sang thế giới của những con số đếm được — và mọi bài cảm biến ở cấp độ 3 đều đi qua cây cầu đó.

Sau bài này học sinh làm được

• Nối biến trở làm một cầu chia điện áp và giải thích vai trò từng chân.
• Đọc giá trị ADC 12 bit và biết dải của nó là 0 đến 4095.
• Quy đổi số đọc ra điện áp và đối chiếu với đồng hồ vạn năng.
• Tính được độ phân giải: mỗi mức ADC ứng với bao nhiêu vôn.
• Nhận ra số đọc luôn nhảy nhẹ, và giải thích được vì sao.

Biến trở là một cầu chia điện áp

Dải điện trở dài nối ra hai chân ngoài, chân giữa là con trượt chạy dọc dải đó. Nối hai chân ngoài vào 3,3 V và 0 V thì dải trở thành cái thang điện áp, chân giữa lấy ra điện áp ở đúng vị trí con trượt — vô số giá trị, liên tục.

ADC chia vô số ấy thành 4096 nấc

Máy tính không lưu được vô số. Bộ chuyển đổi của ESP32 chia dải điện áp thành 4096 nấc (12 bit, vì 2¹² = 4096) rồi trả về số thứ tự của nấc gần nhất.

Mỗi nấc ứng 3,3 / 4095 ≈ 0,8 mV. Đó là độ phân giải: mọi thay đổi nhỏ hơn 0,8 mV đều bị làm tròn mất. Phép đo số nào cũng có một con số như vậy.

Một dòng phải giải thích: attenuation

Mặc định ADC chỉ đo tốt trong 0–1,1 V. Dòng atten(ADC.ATTN_11DB) bảo nó giảm bớt tín hiệu vào để đo tới ~3,3 V. Thiếu dòng này, vặn biến trở quá một phần ba là số đọc kịch trần 4095 và không nhúc nhích nữa.

Ba dây cho biến trở, hai dây cho đèn

1. Cắm biến trở lên breadboard, ba chân vào ba hàng khác nhau.
2. Dây đỏ: một chân ngoài → 3V3.
3. Dây đen: chân ngoài còn lại → GND.
4. Dây trắng: chân giữa → GPIO34.
5. LED giữ nguyên như Bài 1: GPIO23 → 220 Ω → LED → GND.

Toàn bộ mã trong bài chạy trên MicroPython 1.28 cho ESP32. Chép vào bo rồi đổi tên thành main.py là chạy mỗi lần cấp nguồn.

Bước 0 — nhìn con số thô trước đã

# ------------------------------------------------------------
#  Bai 12 - Buoc 0: doc so tho tu ADC, chua doi don vi gi ca
# ------------------------------------------------------------
from machine import ADC, Pin
import time

bien_tro = ADC(Pin(34))
bien_tro.atten(ADC.ATTN_11DB)     # mo rong dai do len ~3,3 V

while True:
    print(bien_tro.read())
    time.sleep_ms(300)

Vặn núm từ từ từ đầu này sang đầu kia, màn hình in ra:

12
845
2033
3110
4095

Trước khi bàn về đơn vị hay công thức, hãy để học sinh vặn núm và nhìn con số chạy. Cảm giác "vặn tay ở đây thì số nhảy trên kia" là thứ làm cho khái niệm cảm biến trở nên cụ thể.

Chương trình chính — đổi ra vôn và bật đèn theo ngưỡng

# ------------------------------------------------------------
#  Bai 12 - Doc bien tro bang ADC
#  Phan cung: chan giua bien tro -> GPIO34
#             hai chan ngoai -> 3V3 va GND
#             GPIO23 -> dien tro 220 ohm -> LED -> GND
# ------------------------------------------------------------
from machine import ADC, Pin
import time

# ===== CẤU HÌNH =====
CHAN_BIEN_TRO = 34        # BAT BUOC thuoc nhom ADC1 (GPIO32-39)
CHAN_LED = 23
NGUONG = 2000             # tren muc nay thi bat den
THOI_GIAN_NGHI = 300      # ms
# ====================

bien_tro = ADC(Pin(CHAN_BIEN_TRO))
bien_tro.atten(ADC.ATTN_11DB)
led = Pin(CHAN_LED, Pin.OUT)

while True:
    gia_tri = bien_tro.read()          # 0 .. 4095
    dien_ap = gia_tri * 3.3 / 4095     # doi ra von

    print("ADC:", gia_tri, " ->", round(dien_ap, 2), "V")

    if gia_tri > NGUONG:
        led.on()
    else:
        led.off()

    time.sleep_ms(THOI_GIAN_NGHI)

Dòng gia_tri * 3.3 / 4095 chính là bài toán ánh xạ tuyến tính học sinh vừa gặp ở Bài 8 khi đổi phần trăm sang thang 1023. Cùng một dạng toán, hai hoàn cảnh khác nhau — đây là chỗ đáng chỉ ra để các em thấy mình đang dùng lại kiến thức chứ không học thêm cái mới.

Biến thể — lọc nhiễu bằng trung bình

# Bien the: doc 10 lan roi lay trung binh cho so bot nhay
from machine import ADC, Pin
import time

bien_tro = ADC(Pin(34))
bien_tro.atten(ADC.ATTN_11DB)

while True:
    tong = 0
    for _ in range(10):
        tong = tong + bien_tro.read()
        time.sleep_ms(5)

    trung_binh = tong // 10
    print("Trung binh 10 lan:", trung_binh)
    time.sleep_ms(200)

Đọc mười lần rồi lấy trung bình. Số in ra ổn định hơn hẳn. Đây là kĩ thuật lọc đơn giản nhất và cũng hiệu quả nhất, dùng lại được ở mọi bài cảm biến về sau.

Thử thay đổi bài này với AI

Em mô tả bằng tiếng Việt, hệ thống dựng thuật toán và chương trình, rồi nạp thẳng xuống ESP32 qua Wi-Fi.

Đối chiếu với đồng hồ vạn năng

Đây là phép hiệu chuẩn thật sự của bài, và nó biến một trò chơi thành một phép đo.

1. Đặt que đen của đồng hồ vào GND, que đỏ vào chân giữa biến trở.
2. Vặn núm tới một vị trí bất kì, đọc số vôn trên đồng hồ.
3. Đọc số vôn chương trình in ra cùng lúc.
4. Lặp lại ở năm vị trí trải đều, lập bảng so sánh.

Hai cột thường lệch dưới 0,05 V. Nếu lệch nhiều và có hệ thống, nguyên nhân thường là ADC của ESP32 vốn không tuyến tính hoàn hảo ở hai đầu dải — một hạn chế có thật của con chip, đáng nói thẳng với học sinh thay vì giấu đi.

Tìm hai đầu thang đo

Vặn hết cỡ hai phía và ghi lại. Thường không ra đúng 0 và 4095 mà là khoảng 10–20 và 4090–4095. Hỏi cả lớp vì sao — câu trả lời nằm ở điện trở tiếp xúc và ở chính đặc tính của ADC.

Danh sách kiểm trước khi coi là xong

• Vặn núm thì số đọc chạy mượt từ gần 0 tới gần 4095.
• Số vôn chương trình in ra khớp đồng hồ vạn năng trong khoảng 0,05 V.
• Học sinh tính đúng độ phân giải theo vôn của một mức ADC.
• Vượt NGUONG thì đèn bật, xuống dưới thì tắt.
• Bản lấy trung bình cho số ổn định hơn bản đọc một lần.

Vật lí — cầu phân áp không còn nằm trên giấy

Bài cầu phân áp trong sách thường dừng ở việc tính toán. Ở đây học sinh vặn tay và nhìn điện áp đổi theo, rồi đo lại bằng đồng hồ. Cho các em tính lí thuyết điện áp ở vị trí giữa núm rồi so với số đo — một bài kiểm chứng gọn và sạch.

Toán — làm tròn và sai số vào bài rất tự nhiên

Độ phân giải 0,8 mV là một con số cụ thể để nói về sai số làm tròn. Đặt câu hỏi: nếu điện áp thật là 1,65004 V thì ADC trả về mức nào, và ta mất bao nhiêu thông tin? Đây là cửa vào rất tốt cho khái niệm sai số dụng cụ.