4、ADC模拟输入：模拟信号读取、电压转换计算、光敏电阻与电位器实验、ADC衰减配置

ADC，全称模数转换器。说白了，就是把连续变化的电压，变成一串离散的数字。ESP32 内部集成了两个 12 位的 SAR ADC，精度不算顶级，但做传感器读取、旋钮检测、电池电压监测，完全够用。

我刚开始用 ESP32 做 ADC 时，踩过一个坑：读出来的数值跳得厉害，以为是硬件坏了。后来才发现，是衰减配置没设对，输入电压范围跟 ADC 参考电压不匹配。嗯，这节课我们就把它彻底讲透。

4.1 ESP32 ADC 硬件基础

ESP32 的 ADC 模块有几个关键参数，你得先记住：

4.2 衰减配置与电压范围

ESP32 内部 ADC 的参考电压大约是 1.1V。如果不做衰减，你只能测量 0 ~ 1.1V 的信号。这在实际项目中基本不够用。所以 ESP32 提供了 4 档衰减配置，用来扩展输入范围。

我个人习惯：只要不确定输入电压范围，直接上 11dB 衰减。虽然精度会稍微损失一点，但至少不会烧引脚。你想想看，3.3V 直接灌进 0dB 的 ADC 引脚，轻则读数全满，重则烧坏 GPIO。

4.3 电压转换计算

ADC 读出来的是 0 ~ 4095 的原始值。要换算成实际电压，公式很简单：

电压 = (ADC原始值 / 4095.0) × 最大输入电压

最大输入电压取决于你配置的衰减档位。以 11dB 为例，最大输入约 3.3V：

float voltage = (adc_value / 4095.0) * 3.3;

但这里有个细节——ESP32 的 ADC 并不是完美的线性器件。尤其是靠近 0V 和靠近满量程的区域，误差会偏大。我在做电池电压监测项目时，发现低电量区域读数偏差超过 50mV，后来做了两点校准才解决。

4.4 光敏电阻实验

光敏电阻，也叫光依赖电阻（LDR）。它的阻值随光照强度变化：光照越强，阻值越低。配合一个固定电阻组成分压电路，就能把光信号变成电压信号。

电路连接很简单：

• 3.3V → 固定电阻（10kΩ）→ 光敏电阻 → GND
• 光敏电阻与固定电阻的连接点 → ESP32 GPIO34（ADC1_CH6）

代码实现：

#include <driver/adc.h>

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  
  // 配置 ADC1 通道 6，11dB 衰减
  adc1_config_width(ADC_WIDTH_BIT_12);
  adc1_config_channel_atten(ADC1_CHANNEL_6, ADC_ATTEN_DB_11);
}

void loop() {
  int raw = adc1_get_raw(ADC1_CHANNEL_6);
  float voltage = raw * 3.3 / 4095.0;
  
  Serial.print("原始值: ");
  Serial.print(raw);
  Serial.print("  电压: ");
  Serial.print(voltage);
  Serial.println(" V");
  
  delay(500);
}

用手遮住光敏电阻，你会发现电压值下降；用手电筒照射，电压值上升。这就是光信号到电信号的转换过程。

4.5 电位器实验

电位器本质上是一个可调分压器。三根引脚：两端接电源和地，中间抽头输出可调电压。

接线方式：

• 电位器左端 → 3.3V
• 电位器右端 → GND
• 电位器中端 → GPIO35（ADC1_CH7）

代码跟光敏电阻几乎一样，只是换了个通道：

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  adc1_config_width(ADC_WIDTH_BIT_12);
  adc1_config_channel_atten(ADC1_CHANNEL_7, ADC_ATTEN_DB_11);
}

void loop() {
  int raw = adc1_get_raw(ADC1_CHANNEL_7);
  float voltage = raw * 3.3 / 4095.0;
  
  Serial.printf("电位器: %d  (%.2fV)\n", raw, voltage);
  delay(200);
}

旋转电位器旋钮，读数会从 0 平滑变化到 4095。这个实验虽然简单，但它是所有模拟输入的基础。我当年做智能家居面板时，就是用电位器模拟用户旋钮操作，配合 PWM 控制灯光亮度。

4.6 ADC 知识体系总览

下面这张图，把本章的核心知识点串在了一起。你可以把它当作一个快速索引：

4.7 避坑指南与实用技巧

做 ADC 项目这么多年，我总结了几条经验，分享给你：

• 输入阻抗问题：ESP32 的 ADC 输入阻抗不高，大约几十 kΩ。如果信号源内阻太大（比如某些高阻传感器），读数会偏小。解决办法是在 ADC 引脚前加一个电压跟随器（运放）。
• 噪声抑制：ADC 对电源噪声很敏感。我建议在 ADC 引脚对地并联一个 0.1μF 电容，能有效滤除高频干扰。
• 多次采样取平均：单次采样抖动大，可以连续采 10 次取平均。代码里加个循环就行，不费事。
• 不要超过 3.3V：即使配置了 11dB 衰减，输入电压也绝对不能超过 3.3V。超过会损坏 GPIO。

4.8 完整实验代码参考

下面是一个综合示例，同时读取光敏电阻和电位器，并做了多次采样平均：

#include <driver/adc.h>

#define LIGHT_SENSOR_CHANNEL ADC1_CHANNEL_6  // GPIO34
#define POT_CHANNEL         ADC1_CHANNEL_7  // GPIO35
#define SAMPLE_COUNT        10

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  
  adc1_config_width(ADC_WIDTH_BIT_12);
  adc1_config_channel_atten(LIGHT_SENSOR_CHANNEL, ADC_ATTEN_DB_11);
  adc1_config_channel_atten(POT_CHANNEL, ADC_ATTEN_DB_11);
}

int read_adc_average(adc1_channel_t channel, int samples) {
  long sum = 0;
  for (int i = 0; i < samples; i++) {
    sum += adc1_get_raw(channel);
    delay(1);
  }
  return sum / samples;
}

void loop() {
  int light_raw = read_adc_average(LIGHT_SENSOR_CHANNEL, SAMPLE_COUNT);
  int pot_raw   = read_adc_average(POT_CHANNEL, SAMPLE_COUNT);
  
  float light_voltage = light_raw * 3.3 / 4095.0;
  float pot_voltage   = pot_raw * 3.3 / 4095.0;
  
  Serial.print("光照: ");
  Serial.print(light_raw);
  Serial.print(" (");
  Serial.print(light_voltage);
  Serial.print("V)  ");
  
  Serial.print("电位器: ");
  Serial.print(pot_raw);
  Serial.print(" (");
  Serial.print(pot_voltage);
  Serial.println("V)");
  
  delay(300);
}

把代码烧录进 ESP32，打开串口监视器，你就能看到两路模拟信号实时变化。用手遮挡光敏电阻，旋转电位器，观察数值的对应关系。这就是模拟输入最直观的体验。