今天我們來(lái)玩兒ADC。

概述

ESP32 芯片有2 個(gè) 12位的SAR（逐次逼近）ADC，最多可以讀取18個(gè)不同的模擬通道輸入，由5個(gè)專用轉(zhuǎn)換控制器管理，2個(gè)支持高性能多通道掃描，2個(gè)支持Deep-sleep低功耗模式下運(yùn)行，還有一個(gè)專門(mén)用于功率檢測(cè)和峰值監(jiān)測(cè)。

主要特性如下：

• 采用 2 個(gè) SAR ADC，可支持同時(shí)采樣與轉(zhuǎn)換
• 采用 5 個(gè)專用 ADC 控制器，可支持不同應(yīng)用場(chǎng)景（比如，高性能、低功耗，或功率檢測(cè)和峰值檢測(cè)）
• 支持 18 個(gè)模擬輸入管腳
• 1個(gè)內(nèi)部電壓 vdd33 通道、 2 個(gè) pa_pkdet 通道（部分控制器支持）
• 可配置 12 位、 11 位、 10 位、 9 位多種分辨率
• 支持 DMA（1 個(gè)控制器支持）
• 支持多通道掃描模式（2 個(gè)控制器支持）
• 支持 Deep-sleep 模式運(yùn)行（1 個(gè)控制器支持）
• 支持 ULP 協(xié)處理器控制（2 個(gè)控制器支持）

硬件

ADC1支持8個(gè)通道（GPIO32-GPIO39），ADC2支持10個(gè)通道（GPIO0、GPIO2、GPIO4、GPIO12-GPIO15、GPIO25-GPIO27），這里有兩點(diǎn)需要注意：

• ADC2的一些引腳比如GPIO0、GPIO2、GPIO15為芯片的Strapping 管腳，使用的時(shí)候要特別注意
• ADC2只能在WiFi功能未啟動(dòng)的情況下使用

ADC模擬輸入引腳可承受最高3.3V的電壓，如果需要測(cè)試更高的電壓，需要通過(guò)分壓之類的方式進(jìn)行降壓之后再進(jìn)行采集。

ESP32 ADC 對(duì)噪聲敏感，從而導(dǎo)致 ADC 讀數(shù)出現(xiàn)較大差異。為了盡量減少噪聲，可以在使用中的 ADC 輸入端連接一個(gè) 0.1uF 的電容，多重采樣也可用于進(jìn)一步減輕噪聲的影響。

軟件

關(guān)于ADC的一些概念，比如時(shí)鐘，分辨率，采樣周期，衰減，量程等大家自行了解，下面我們講一下基礎(chǔ)的使用：

模擬電壓讀取

ADC使用不需要初始化引腳了，直接使用下面的函數(shù)讀取引腳電壓，使用默認(rèn)的參數(shù)進(jìn)行配置，這個(gè)參數(shù)配置能滿足絕大部分的需求了。這里還有一點(diǎn)注意的是這里是阻塞的，直到采集結(jié)束。

analogRead(32);

分辨率設(shè)置

如上文中說(shuō)的，ESP32的ADC是12位的，我們讀取的范圍默認(rèn)是0-4095，如果想改也是可以的，通過(guò)下面你函數(shù)更改，一般用默認(rèn)就好了。

/*
* Sets the conversion resolution
* Default is 12bit (0 - 4095)
* Range is 9 - 12
* */
void analogSetWidth(uint8_t bits);

ADC時(shí)鐘

ADC根據(jù)選擇的分辨率在多個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘速率越快，轉(zhuǎn)換過(guò)程就越快，通過(guò)更改時(shí)鐘分頻系數(shù)來(lái)控制頻率，分頻越大速率越慢，默認(rèn)就是1，最快的速率。

/*
* Set the divider for the ADC clock.
* Default is 1
* Range is 1 - 255
* */
void analogSetClockDiv(uint8_t clockDiv);

ADC參考電壓

ADC的參考電壓Vref，在不同的ESP型號(hào)可能是不一樣的，我們這里ESP32參考電壓為1.1V，一般用內(nèi)部的就可以，要求高的需要校準(zhǔn)一下，當(dāng)然，也可以設(shè)置外置的引腳當(dāng)做參考電壓。

/*
* Set pin to use for ADC calibration if the esp is not already calibrated (25, 26 or 27)
* */
void analogSetVRefPin(uint8_t pin);

ADC衰減倍數(shù)

對(duì)應(yīng)不同的電壓檢測(cè)范圍，我們可以設(shè)置引腳的衰減倍數(shù)，默認(rèn)就是11db，實(shí)際檢測(cè)范圍為0-3.3V，下面兩個(gè)函數(shù)，一個(gè)設(shè)置所有通道的，一個(gè)設(shè)置特定通道的。

/*
* Set the attenuation for all channels
* Default is 11db
* */
void analogSetAttenuation(adc_attenuation_t attenuation);
 
/*
* Set the attenuation for a particular pin
* Default is 11db
* */
void analogSetPinAttenuation(uint8_t pin, adc_attenuation_t attenuation);
/*
0dB --- 1.1V
2.5dB --- 1.5V
6dB --- 2.2V
11dB --- 3.9V（實(shí)際最大采集到3.3V電壓）
* */
static uint8_t __analogAttenuation = 3;//11db
typedef enum {
    ADC_0db,
    ADC_2_5db,
    ADC_6db,    
    ADC_11db
} adc_attenuation_t;

通過(guò)以上介紹一些可能用到的函數(shù)，大家了解一下即可，大部分場(chǎng)合都用默認(rèn)的就行啦。

完整程序

#define ANALOG_PIN   32
int analog_value = 0;
void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("ADC Demo!"); 
}
 
void loop()
{  
  analog_value = analogRead(ANALOG_PIN);
  Serial.println("ADC value on Pin(%d) is %d!",ANALOG_PIN,analog_value); 
  delay(1000);
}

我們直接在loop中讀取ADC的值，然后把結(jié)果通過(guò)串口打印出來(lái)，ADC都使用的默認(rèn)參數(shù)，沒(méi)有進(jìn)行配置。

打印結(jié)果

使用平均數(shù)字濾波器降噪

實(shí)際采集中，我們一般使用多次采集取平均值的辦法，這樣出來(lái)的結(jié)果可以避免一些錯(cuò)誤的噪聲影響準(zhǔn)確性，方法有多種，具體就是采集多次求平均值，或者去掉最大最小求平均值，大家可以試一下。

對(duì)于精度較高的場(chǎng)合，我們可以校準(zhǔn)ADC，這樣出來(lái)的結(jié)果就非常準(zhǔn)確，后面我們?cè)僬归_(kāi)實(shí)際細(xì)說(shuō)。