ESP32学习笔记：ADC

今天我们来玩儿ADC。

概述

ESP32 芯片有2 个 12位的SAR（逐次逼近）ADC，最多可以读取18个不同的模拟通道输入，由5个专用转换控制器管理，2个支持高性能多通道扫描，2个支持Deep-sleep低功耗模式下运行，还有一个专门用于功率检测和峰值监测。

主要特性如下：

• 采用 2 个 SAR ADC，可支持同时采样与转换
• 采用 5 个专用 ADC 控制器，可支持不同应用场景（比如，高性能、低功耗，或功率检测和峰值检测）
• 支持 18 个模拟输入管脚
• 1个内部电压 vdd33 通道、 2 个 pa_pkdet 通道（部分控制器支持）
• 可配置 12 位、 11 位、 10 位、 9 位多种分辨率
• 支持 DMA（1 个控制器支持）
• 支持多通道扫描模式（2 个控制器支持）
• 支持 Deep-sleep 模式运行（1 个控制器支持）
• 支持 ULP 协处理器控制（2 个控制器支持）

硬件

ADC1支持8个通道（GPIO32-GPIO39），ADC2支持10个通道（GPIO0、GPIO2、GPIO4、GPIO12-GPIO15、GPIO25-GPIO27），这里有两点需要注意：

• ADC2的一些引脚比如GPIO0、GPIO2、GPIO15为芯片的Strapping 管脚，使用的时候要特别注意
• ADC2只能在WiFi功能未启动的情况下使用

ADC模拟输入引脚可承受最高3.3V的电压，如果需要测试更高的电压，需要通过分压之类的方式进行降压之后再进行采集。

ESP32 ADC 对噪声敏感，从而导致 ADC 读数出现较大差异。为了尽量减少噪声，可以在使用中的 ADC 输入端连接一个 0.1uF 的电容，多重采样也可用于进一步减轻噪声的影响。

软件

关于ADC的一些概念，比如时钟，分辨率，采样周期，衰减，量程等大家自行了解，下面我们讲一下基础的使用：

模拟电压读取

ADC使用不需要初始化引脚了，直接使用下面的函数读取引脚电压，使用默认的参数进行配置，这个参数配置能满足绝大部分的需求了。这里还有一点注意的是这里是阻塞的，直到采集结束。

analogRead(32);

分辨率设置

如上文中说的，ESP32的ADC是12位的，我们读取的范围默认是0-4095，如果想改也是可以的，通过下面你函数更改，一般用默认就好了。

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

ADC时钟

ADC根据选择的分辨率在多个时钟周期内进行转换，时钟速率越快，转换过程就越快，通过更改时钟分频系数来控制频率，分频越大速率越慢，默认就是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参考电压

ADC的参考电压Vref，在不同的ESP型号可能是不一样的，我们这里ESP32参考电压为1.1V，一般用内部的就可以，要求高的需要校准一下，当然，也可以设置外置的引脚当做参考电压。

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

ADC衰减倍数

对应不同的电压检测范围，我们可以设置引脚的衰减倍数，默认就是11db，实际检测范围为0-3.3V，下面两个函数，一个设置所有通道的，一个设置特定通道的。

/*
* 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（实际最大采集到3.3V电压）
* */
static uint8_t __analogAttenuation = 3;//11db
typedef enum {
    ADC_0db,
    ADC_2_5db,
    ADC_6db,    
    ADC_11db
} adc_attenuation_t;

通过以上介绍一些可能用到的函数，大家了解一下即可，大部分场合都用默认的就行啦。

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);
}

我们直接在loop中读取ADC的值，然后把结果通过串口打印出来，ADC都使用的默认参数，没有进行配置。

打印结果

使用平均数字滤波器降噪

实际采集中，我们一般使用多次采集取平均值的办法，这样出来的结果可以避免一些错误的噪声影响准确性，方法有多种，具体就是采集多次求平均值，或者去掉最大最小求平均值，大家可以试一下。

对于精度较高的场合，我们可以校准ADC，这样出来的结果就非常准确，后面我们再展开实际细说。