[嵌入式] 树莓派 Pico ADC温度测量

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[嵌入式]树莓派 Pico ADC温度测量

1 工作原理

1.1 ADC基础原理介绍

树莓派Pico内置5个ADC引脚，其中4引脚接入了内置的温度传感器。

在这里插入图片描述

ADC(analogue-digital converter) 也即模拟数字转换器，也就是把模拟信号转换为数字信号。

RP2040芯片上搭载的ADC能够支持12比特的数模转换: $0$ ~ $2^{12}$
RP2040工作电压范围为: 0~3.3V。

可以得到电压与ADC采集参数的换算关系如下：

$\frac {3.3}{ 2^{12}} \qquad$

设ADC读数为 $n$ ，那么电压 $v$ 为：

$\frac {3.3}{ 2^{12}} \qquad$

详见 [1] 4.9. ADC and Temperature Sensor

1.2 温度传感器

由于ADC直连温度传感器，温度传感器将会把温度以电压的形式反馈输出到ADC中，由ADC转换为数值。

在这里插入图片描述

根据官方给出的物理参数可知：

ADC 4通道接入温度传感器，见ADC图电路图。
温度27°C时，电压为 0.706V。
温度与电压变换的函数的斜率为 -1.721mV/°C，翻译一下就是每增加1°C那么电压下降0.001721V。

设温度为 $T$ ，当前温度传感器的电压为 $v$ ，可得到如下关系：

$\frac {(v - 0.706)}{0.001721} \qquad$

电压 $v$ 可以通过ADC的读数 $n$ 通过转换公式得到，这样我们就可以通过ADC读数计算出当前温度：

$\frac {(n * \frac {3.3}{ 2^{12}} \qquad - 0.706)}{0.001721} \qquad$

详见 [1] 4.9.4

2. 开发

为了能够直观看到温度，我们需要通过串口将温度打印出来需要启用USB UART。
由于这次还需要使用ADC硬件外设，因此还需需要链接hardware_adc库。

Makefile.txt关键内容如下：

add_executable(adc_temp main.c)
target_link_libraries(adc_temp pico_stdlib hardware_adc)

pico_enable_stdio_usb(adc_temp 1)
pico_enable_stdio_uart(adc_temp 0)

pico_add_extra_outputs(adc_temp)

程序方面：

初始化IO。
初始化ADC
启用温度传感器。
ADC选择4号引脚读取。
循环读取计算温度。

#include "pico/stdio.h"
#include "hardware/adc.h"
#include "pico/stdlib.h"
#include <stdio.h>

// 数模转换器为 0~3.3v 最大值为 12bit
const float conversion_factor = 3.3f / (1 << 12);

int main() {
    float v;
    float t;
    stdio_init_all();
    printf("Use adc channel 4, measuring temptutre\n");
    // ADC初始化
    adc_init();
    adc_set_temp_sensor_enabled(true);
    adc_select_input(4);

    while (true) {
        // 数字转换为电压
        v = adc_read() * conversion_factor;
        t = 27 - (v - 0.706) / 0.001721;
        printf("%.2f\n", t);
        sleep_ms(1000);
    }
    return 0;
}