ADC模拟信号数字转换器树莓派Pico与ESP32例程【入门教程】

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趣

一：ADC的基础介绍

1. 什么是ADC？

ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）是一种将连续变化的模拟信号（如电压）转换为离散的数字信号的电子元件。在嵌入式系统中，我们经常需要读取各种传感器（如温度传感器、光敏电阻、电位器等）的模拟输出，这些传感器输出的是连续变化的电压值，而微处理器只能处理数字信号（0 和 1 组成的二进制数据），因此需要通过 ADC 来完成这种转换。

2. ADC如何工作？

ADC 的转换过程主要包括以下步骤：

采样：按固定时间间隔测量模拟信号的瞬时值

量化：将采样得到的模拟值转换为最接近的离散值（数字量）

编码：将离散值转换为二进制代码

树莓派 Pico 的 RP2040 芯片内置了 3 个 12 位 ADC 通道，这意味着它可以将 0-3.3V 的模拟电压转换为 0-4095（2¹²-1）的数字值，转换精度为 3.3V/4096≈0.805mV

二：Pico示例代码

1. 硬件连接

要运行此示例，你需要：一个 10kΩ 电位器，将电位器的三个引脚分别连接到：

中间引脚 → GP26

一端引脚 → 3.3V

另一端引脚 → GND

当你旋转电位器时，会看到打印的 ADC 值和电压值随之变化，这直观地展示了模拟信号到数字信号的转换过程。

注意事项：pico引脚的最大耐受电压为 3.3V。所以如果接传感器供电最好采用3.3V，千万不要直接连接到pico的5V针脚，如果接5v需要通过电阻分压电路（如10kΩ和20kΩ电阻）降压至 3.3V 以内。不然会损坏pico主板

2. 示例代码

下面是一个使用树莓派 Pico 读取电位器（可变电阻）值的示例，电位器可以提供 0-3.3V 的可变电压，适合演示 ADC 功能。

from machine import Pin, ADC
import time

# 初始化ADC，连接到GP26引脚（ADC0）
adc = ADC(Pin(26))

while True:
    # 读取ADC值（0-4095）
    adc_value = adc.read_u16() >> 4  # read_u16()返回0-65535，右移4位得到0-4095
    
    # 转换为电压值（0-3.3V）
    voltage = adc_value * 3.3 / 4095
    
    # 打印结果
    print(f"ADC值: {adc_value}, 电压: {voltage:.2f}V")
    
    # 延迟500ms
    time.sleep(0.5)

3. 代码说明

首先导入必要的模块：Pin用于引脚配置，ADC用于 ADC 操作，time用于延时

创建 ADC 对象，指定连接到 GP26 引脚（ADC0 通道）

在循环中：

使用read_u16()读取 16 位 ADC 值（0-65535），然后右移 4 位转换为 12 位值（0-4095）

将 ADC 值转换为对应的电压值（0-3.3V）

打印 ADC 值和对应的电压值

延时 500 毫秒后重复

三：ESP32示例

1. 示例代码

以下是基于 Arduino IDE 开发环境的 ESP32 读取 AO（模拟量输出）信号的标准示例代码。ESP32 内置了 12 位的 ADC（模数转换器），默认读取的原始值为 0 ~ 4095（对应 0V ~ 3.3V）

// 定义 AO 模拟量输入引脚（推荐使用 ADC1 对应的引脚，如 GPIO 32, 33, 34, 35, 36, 39）
const int ANALOG_PIN = 34;

void setup() {
  // 初始化串口通信，波特率设置为 115200
  Serial.begin(115200);
  
  // 设置模拟引脚模式为输入
  pinMode(ANALOG_PIN, INPUT);
  
  // （可选）配置 ADC 衰减，默认为 ADC_11db，可测量范围约为 0~3.3V
  // analogSetPinAttenuation(ANALOG_PIN, ADC_11db);
  
  // （可选）设置 ADC 分辨率为 12 位（0 ~ 4095）
  // analogReadResolution(12);
}

void loop() {
  // 1. 读取原始模拟量数值 (0 - 4095)
  int rawValue = analogRead(ANALOG_PIN);
  
  // 2. 读取校准后的实际电压值 (单位：毫伏 mV)，并转换为伏特 (V)
  // analogReadMilliVolts() 会自动根据 ESP32 的出厂校准参数优化精度
  float voltage = analogReadMilliVolts(ANALOG_PIN) / 1000.0;

  // 3. 打印数据到串口监视器
  Serial.print("原始 ADC 值: ");
  Serial.print(rawValue);
  Serial.print("  |  实际电压: ");
  Serial.print(voltage, 3); // 保留 3 位小数
  Serial.println(" V");

  // 延时 500 毫秒后再次采集
  delay(500);
}