深入理解ESP32 ADC

一、什么是ESP32 ADC

ESP32 ADC是ESP32芯片上的模数转换器（Analog to Digital Converter），可以将模拟量信号转换为数字信号。

ESP32 ADC有两个独立的转换器，每个转换器都有8个通道可用。转换器可以进行单值采样和多值采样。

ESP32 ADC的通道支持0-3.3V的输入电压范围，分辨率可以设置为9-12位，采样率可以从1kHz到2MHz。

二、ESP32 ADC的原理

在ESP32芯片上，ADC模块包括电压参考电路、采样保持电路、比较器、采样电路和SAR（Successive Approximation Register，连续逼近寄存器）。

电压参考电路为ADC提供参考电压，采样保持电路可使输入信号在采样周期内保持不变。比较器根据参考电压和输入信号的大小关系输出比较结果。采样电路将放大器输出的信号放大，并将放大器输出的反向电压反馈到比较器以实现反馈控制。SAR将比较器的输出与任意精度DAC中的数字比较器相比较，以实现逐步逼近转换。

三、ESP32 ADC的应用

ESP32 ADC可用于测量模拟信号，例如温度、湿度和光强度等。ESP32可以将模拟信号转换为数字信号，然后进行处理，例如输出到显示屏或发送到服务器。下面是一个简单的ADC应用示例，读取ADC值，并通过串口将读数输出：

#include "driver/adc.h"

void app_main(void)
{
    adc1_config_width(ADC_WIDTH_BIT_12);
    adc1_config_channel_atten(ADC1_CHANNEL_0, ADC_ATTEN_DB_0);
    while(1)
    {
        int val = adc1_get_raw(ADC1_CHANNEL_0);
        printf("ADC val: %d\n", val);
        vTaskDelay(1000 / portTICK_RATE_MS);
    }
}

四、ESP32 ADC的注意事项

在使用ESP32 ADC时，需要注意的一些事项：

1）避免将超过0-3.3V电压范围的信号输入到ESP32 ADC，否则可能会损坏该芯片模块。

2）使用ESP32 ADC需要设置分辨率和通道。分辨率越高，相对应的精度越高，但转换速度越慢。

3）在ESP32使用过程中，ADC和DAC一起工作会导致杂波。在使用ADC时需要关闭DAC，这可以通过gpio_set_direction()命令实现。

五、ESP32 ADC的示例代码

#include "driver/adc.h"
#include "esp_adc_cal.h"

void app_main(void)
{
    //设置ADC分辨率
    esp_adc_cal_characteristics_t characteristics;
    adc1_config_width(ADC_WIDTH_BIT_12);
    esp_adc_cal_characterize(ADC_UNIT_1, ADC_ATTEN_DB_0, ADC_WIDTH_BIT_12, DEFAULT_VREF, &characteristics);

    //选择ADC通道
    adc1_channel_t channel = ADC1_CHANNEL_6;
    adc1_config_channel_atten(channel, ADC_ATTEN_DB_0);

    while (1)
    {
        //获取ADC值
        uint32_t adc_reading = 0;
        for (int i = 0; i < 64; i++) {
            adc_reading += adc1_get_raw((adc1_channel_t)channel);
        }
        adc_reading >>= 6;

        //根据特征值计算转换电压
        uint32_t voltage = esp_adc_cal_raw_to_voltage(adc_reading, &characteristics);

        //输出读数
        printf("ADC reading: %d, voltage: %dmV\n", adc_reading, voltage);

        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}