[嵌入式]ESP32_IDF学习(8)--ADC

ADC

ADC通道

ESP32集成了2个SAR（逐次逼近寄存器）ADC，总共支持18个测量通道（模拟启用引脚）。

这些通道支持：

ADC1：

• 8个通道:gpio32 - gpio39

ADC2:

• 10个通道:gpio0, gpio2, gpio4, gpio12 - gpio15, goio25 - gpio27

ADC衰减

Vref是ESP32 ADC内部用于测量输入电压的参考电压。ESP32 ADC可以测量从0 V到Vref的模拟电压。在不同的芯片中，Vref是不同的，中位数是1.1V。为了转换大于Vref的电压，输入电压在输入到ADC之前可以被衰减。有4种可用的衰减选项，衰减越高，可测量的输入电压就越高。

ADC转换

ADC转换是将输入的模拟电压转换为数字值。由ADC驱动器APls提供的ADC转换结果是原始数据。在单读模式下，ESP32 ADC原始结果的分辨率为12位。

• adc1_get_raw()
• adc2_get_raw()

要根据ADC的原始结果计算电压，可以使用这个公式：
$$Vout=Dout?Vmax/Dmax$$
其中

对于带有eFuse ADC校准位的板子，可以使用esp_adc_cal_raw_to_voltage()来获得校准的转换结果。这些结果代表了实际电压（单位：mV）。不需要通过公式来转换这些数据。如果在没有eFuse ADC校准位的板上使用ADC校准API，将产生警告。

ADC的局限性

• ADC2的一些引脚被用作捆绑引脚（GPIO 0、2、15），因此不能随意使用。在以下官方开发套件中就是这种情况。
• ESP32 DevKitC：由于外部自动编程电路，不能使用GPIO0。
• ESP-WROVER-KIT：由于外部连接的目的不同，不能使用GPIO 0、2、4和15。
• 由于ADC2模块也被Wi-Fi使用，当它们一起使用时，只有其中一个可以获得优先权，这意味着adc2_get_raw()可能被阻止，直到Wi-Fi停止，反之亦然。

驱动程序使用

这两个ADC单元都支持单次读取模式，适用于低频采样操作。

来自未连接到任何信号的引脚的ADC读数是随机的。

ADC单次读取模式

在读数之前，应该对ADC进行配置。

• 对于ADC1，通过调用函数adc1_config_width()和adc1_config_channel_atten()配置所需精度和衰减。
• 对于ADC2，通过adc2_config_channel_atten()配置衰减。ADC2的读数宽度是在每次进行读数时配置的。

衰减配置是按通道进行的，见adc1_channel_t和adc2_channel_t，作为上述函数的一个参数设置。

然后就可以用adc1_get_raw()和adc2_get_raw()来读取ADC转换结果。ADC2的读取宽度应该作为adc2_get_raw()的一个参数来设置，而不是在配置函数中。

也可以通过调用专用函数hall_sensor_read()，通过ADC1读取内部霍尔效应传感器。请注意，即使霍尔传感器是ESP32内部的，从它那里读取也是使用ADC1的通道0和3（GPIO 36和39）。不要在这些引脚上连接其他东西，也不要改变它们的配置。否则可能会影响来自传感器的低值信号的测量。

这个API提供了方便的方法来配置ADC1，以便从ULP读取数据。要做到这一点，需要调用函数adc1_ulp_enable()，然后如上所述设置精度和衰减。

还有一个特定的函数adc_vref_to_gpio()用于将内部参考电压传送到一个GPIO引脚。它在校准ADC读数时非常方便，这将在ADC校准部分讨论。

减少噪音

ESP32 ADC对噪声很敏感，导致ADC读数的巨大差异。根据使用情况，用户可以在使用中的ADC输入焊盘上连接一个旁路电容（例如，一个100nF的陶瓷电容），以尽量减少噪声。此外，也可以使用多采样来进一步减轻噪声的影响。

ADC校准

esp_adc_cal/include/esp_adc_cal.h API提供了一些函数来修正由于芯片之间ADC参考电压（Vref）的变化而导致的测量电压的差异。根据设计，ADC参考电压是1100mV，但是在不同的ESP32中，真正的参考电压可能在1000mV到1200mV之间。

使用该API纠正ADC读数涉及在给定的衰减下对其中一个ADC进行特征分析，以获得考虑到ADC参考电压差异的特性曲线（ADC-电压曲线）。特性曲线的形式是
$$y=coef{f}_a?x+coef{f}_b$$
，用于将ADC读数转换为mV的电压。特性曲线的计算基于校准值，这些校准值可以存储在eFuse中或由用户提供。

校准值

校准值用于生成特性曲线，以说明特定ESP32芯片的ADC参考电压的变化。目前，ESP32上有3个校准值的来源。这些校准值的可用性将取决于ESP32芯片/模块的类型和生产日期。

• 两点值代表每个ADC在150mV和850mV的读数。BLOCK3在工厂校准过程中测量这些值并将其烧入eFuse 。
• eFuse 参考电压表示真实的ADC参考电压。BLOCK0在工厂校准期间测量该值并将其烧入eFuse 。
• 默认参考电压是在表征过程中用户提供的ADC参考电压估计值作为参数。如果两点或eFuse Vref值不可用，则将使用默认参考电压。

eFuse Vref的单独测量和烧写已经适用于2018年第一周/之后生产的ESP32-D0WD和ESP32-D0WDQ6芯片。这类芯片可以通过日期代码在012018年/以后来识别（见下图的第4行）。

如果你想购买带校准的芯片或模块，请与分销商或Espressif直接确认。

如果你无法检查日期代码（即芯片可能被封装在罐装模块内，等等），你仍然可以通过运行带有adc_info参数的espefuse.py工具来验证eFuse Vref是否存在

$IDF_PATH/components/esptool_py/esptool/espefuse.py --port /COM8 adc_info  (window)

$IDF_PATH/components/esptool_py/esptool/espefuse.py --port /dev/ttyUSB0 adc_info  (Linux)

在window下用ESP32板的端口名称替换/dev/ttyUSB0。

一个有特定eFuse Vref值编程的芯片（在本例中为1093 mV）将被报告如下：

ADC VRef calibration: 1093 mV

在下面的另一个例子中，eFuse的Vref没有被编程：

ADC VRef calibration: None (1100 mV nominal)

对于一个有两点校准的芯片，信息看起来类似于：

ADC VRef calibration: 1149 mV
ADC readings stored in efuse BLK3:
    ADC1 Low reading  (150 mV): 306
    ADC1 High reading (850 mV): 3153
    ADC2 Low reading  (150 mV): 389
    ADC2 High reading (850 mV): 3206

执行.py脚本一般执行会直接退出无法看到输出值，故可以这样使用即可打印出输出信息：

python -i  espefuse.py --port COM8 adc_info

详细代码

// ADC所接的通道  GPIO34 if ADC1  = ADC1_CHANNEL_6
#define ADC1_TEST_CHANNEL ADC1_CHANNEL_6 
// ADC斜率曲线
static esp_adc_cal_characteristics_t *adc_chars;
// 参考电压
#define DEFAULT_VREF				3300			//使用adc2_vref_to_gpio（）获得更好的估计值


void check_efuse(void)
{
    //检查TP是否烧入eFuse
    if (esp_adc_cal_check_efuse(ESP_ADC_CAL_VAL_EFUSE_TP) == ESP_OK) {
        printf("eFuse Two Point: Supported\n");
    } else {
        printf("eFuse Two Point: NOT supported\n");
    }
    //检查Vref是否烧入eFuse
    if (esp_adc_cal_check_efuse(ESP_ADC_CAL_VAL_EFUSE_VREF) == ESP_OK) {
        printf("eFuse Vref: Supported\n");
    } else {
        printf("eFuse Vref: NOT supported\n");
    }
}
void adc_init(void)
{
  adc1_config_width(ADC_WIDTH_BIT_12);// 12位分辨率
	adc1_config_channel_atten(ADC1_TEST_CHANNEL, ADC_ATTEN_DB_11);// 电压输入衰减
  adc_chars = calloc(1, sizeof(esp_adc_cal_characteristics_t));	// 为斜率曲线分配内存
  esp_adc_cal_value_t val_type = esp_adc_cal_characterize(ADC_UNIT_1, ADC_ATTEN_DB_11, ADC_WIDTH_BIT_12, DEFAULT_VREF, adc_chars);
 // print_char_val_type(val_type);
}
void app_main(void)
{
  uint32_t read_raw;
  check_efuse();
	adc_init();
	while(1){
		read_raw = adc1_get_raw(ADC1_TEST_CHANNEL);// 采集ADC原始值//这里可以多次采样取平均值
		uint32_t voltage = esp_adc_cal_raw_to_voltage(read_raw, adc_chars);//通过一条斜率曲线把读取adc1_get_raw()的原始数值转变成了mV
		printf("ADC原始值: %d   转换电压值: %dmV\n", read_raw, voltage);
		vTaskDelay(1000 / portTICK_RATE_MS);
	}
}