4. 模拟信号采集：ADC原理、ESP32 ADC特性、电位器电压读取、光敏电阻实验

好，咱们进入第四章。前面几章我们一直在跟数字信号打交道——GPIO要么高要么低，I2C和SPI传的也是0和1的组合。但现实世界不是非黑即白的。温度、光照、音量，这些都是连续变化的物理量。怎么让ESP32理解这些“模拟”信号？答案就是ADC——模数转换器。

4.1 ADC基本原理：从连续到离散

ADC，全称Analog-to-Digital Converter，说白了就是把连续变化的电压，映射成一组离散的数字值。你想想看，ESP32的CPU只能处理0和1，它不认识2.5V或者1.8V。ADC就是那个“翻译官”。

我刚开始做嵌入式时，总觉得ADC很神秘。后来自己用分立元件搭过一个最简单的“闪速ADC”，才明白原理其实不复杂。常见的ADC工作原理有几种：

类型	速度	精度	典型应用
逐次逼近型(SAR)	中速	中高	MCU内置ADC（ESP32用的就是这种）
积分型(双斜率)	慢	高	万用表、精密测量
闪速型(Flash)	极快	低	高速示波器、射频
Σ-Δ型	慢	极高	音频、高精度传感器

关键参数就两个：分辨率和参考电压。分辨率决定你能把电压分成多少份。比如12位ADC，就是2^12=4096份。参考电压决定测量范围。ESP32的ADC是12位的，参考电压默认是0~3.3V。所以每个LSB（最低有效位）对应的电压是3.3V / 4096 ≈ 0.8mV。

4.2 ESP32 ADC特性：别踩这些坑

ESP32的ADC，嗯，这里要重点说一下。它跟STM32或者Arduino的ADC不太一样，有几个“脾气”你得摸清楚。我在项目里吃过亏，所以把这些坑提前告诉你。

4.2.1 非线性问题

ESP32的ADC在0~1V和2.5~3.3V这两个区间，线性度还不错。但在中间1V~2.5V这段，误差可能达到2%~3%。什么意思？你测2V，读出来可能是1.94V或者2.06V。对于精度要求不高的场景（比如判断光照强弱），这没问题。但如果你要做精密测量，就得做校准。

4.2.2 衰减器配置

ESP32的ADC默认只能测0~1.1V。你没看错，是1.1V。要测0~3.3V，必须开启衰减器。衰减器有4档：

衰减配置	测量范围	推荐场景
ADC_ATTEN_DB_0	0 ~ 1.1V	内部参考、低电压信号
ADC_ATTEN_DB_2_5	0 ~ 1.5V	很少用
ADC_ATTEN_DB_6	0 ~ 2.2V	部分传感器
ADC_ATTEN_DB_11	0 ~ 3.3V	最常用，电位器、光敏电阻都用这个

4.2.3 引脚选择

ESP32不是所有引脚都能做ADC。只有ADC1和ADC2通道的引脚才行。而且ADC2在Wi-Fi开启时会被占用，所以我的习惯是——只用ADC1的引脚。省心。

• ADC1通道： GPIO32~GPIO39
• ADC2通道： GPIO0、GPIO2、GPIO4、GPIO12~GPIO15、GPIO25~GPIO27

4.3 电位器电压读取：第一个ADC实验

咱们先拿电位器练手。电位器本质上就是一个可调分压器。拧旋钮，中间抽头的电压就在0~3.3V之间变化。电路连接很简单：

• 电位器一脚接3.3V
• 另一脚接GND
• 中间脚接GPIO34（ADC1_CH6）

代码怎么写？看下面：

#include <driver/adc.h>
#include <esp_adc_cal.h>

#define ADC_PIN    ADC1_CHANNEL_6  // GPIO34
#define ADC_WIDTH  ADC_WIDTH_BIT_12
#define ADC_ATTEN  ADC_ATTEN_DB_11

void app_main(void)
{
    // 1. 配置ADC
    adc1_config_width(ADC_WIDTH);
    adc1_config_channel_atten(ADC_PIN, ADC_ATTEN);

    // 2. 读取原始值
    int raw = adc1_get_raw(ADC_PIN);
    printf("Raw ADC value: %d\n", raw);

    // 3. 换算电压（粗略）
    float voltage = raw * (3.3f / 4096.0f);
    printf("Voltage: %.2f V\n", voltage);
}

拧电位器，串口打印的数值应该在0~4095之间变化，电压在0~3.3V之间。如果数值跳变厉害，检查一下接线，或者加个100nF电容滤波。

4.4 光敏电阻实验：感知环境光

光敏电阻，也叫光依赖电阻（LDR）。它的特性很简单：光越强，电阻越小；光越暗，电阻越大。但你不能直接把光敏电阻接到ESP32的ADC引脚上。为什么？因为ADC测的是电压，不是电阻。你需要一个分压电路。

4.4.1 电路设计

我常用的电路是这样的：光敏电阻和固定电阻（比如10kΩ）串联，中间抽头接ADC引脚。固定电阻接GND，光敏电阻接3.3V。这样光照强时，光敏电阻变小，抽头电压升高；光照弱时，光敏电阻变大，抽头电压降低。

4.4.2 代码实现

跟电位器实验类似，但这次我们要把电压换算成光照强度。不过说实话，光敏电阻的阻值-光照曲线不是线性的，所以一般不做精确的勒克斯（lux）换算。我的做法是：直接拿ADC原始值做阈值判断。

#include <driver/adc.h>

#define LDR_ADC_CHANNEL ADC1_CHANNEL_7  // GPIO35

void app_main(void)
{
    adc1_config_width(ADC_WIDTH_BIT_12);
    adc1_config_channel_atten(LDR_ADC_CHANNEL, ADC_ATTEN_DB_11);

    while (1) {
        int ldr_raw = adc1_get_raw(LDR_ADC_CHANNEL);
        
        // 原始值越大，光照越强
        if (ldr_raw > 3000) {
            printf("☀️ 强光环境 (raw=%d)\n", ldr_raw);
        } else if (ldr_raw > 1500) {
            printf("🌤 正常光照 (raw=%d)\n", ldr_raw);
        } else if (ldr_raw > 500) {
            printf("🌥 较暗 (raw=%d)\n", ldr_raw);
        } else {
            printf("🌙 黑暗 (raw=%d)\n", ldr_raw);
        }

        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}

4.5 本章知识体系

下面这张图把本章的核心逻辑串起来了。从物理世界的模拟信号，到ESP32的ADC采样，再到软件层面的数据处理和应用，一条线走通。

4.6 小结与经验

这一章我们走通了模拟信号采集的完整链路。从ADC原理，到ESP32的硬件特性，再到电位器和光敏电阻两个实战实验。说白了，核心就三件事：配置衰减器、读原始值、换算物理量。

最后分享一个经验：ADC读数一定要做滤波。最简单的办法是连续读5次取平均。我见过太多人直接拿单次读数做判断，结果系统忽明忽暗、忽快忽慢。加个滑动平均滤波，效果立竿见影。