3、ADC模拟量采集：ESP32 ADC特性、电压读取、光敏电阻与电位器实验

ADC，全称模数转换器。说白了，就是把连续的模拟电压，变成单片机能认的离散数字。

ESP32 的 ADC 跟 Arduino 那种 10 位分辨率不太一样。它有两个 ADC 模块，ADC1 和 ADC2，都是 12 位的。12 位意味着什么？2 的 12 次方，4096 个量化等级。输入电压范围默认是 0 ~ 3.3V，对应的数字量就是 0 ~ 4095。

嗯，这里要注意。ADC2 在 Wi-Fi 开启时会被占用。我早期做项目时踩过这个坑——Wi-Fi 一开，ADC2 的读数全乱套了。所以我的习惯是：只要项目里用了 Wi-Fi，模拟量采集一律走 ADC1。

3.1 ESP32 ADC 硬件特性速览

先看一张表，把关键参数理清楚。

为什么我要强调首尾两端非线性？因为 ESP32 的 ADC 在接近 0V 和接近 3.3V 时，读数会飘。我曾经用万用表量着 3.28V，ADC 读数却已经到 4095 了。所以实际项目中，我一般只使用 0.1V ~ 3.2V 这个区间，两头各留一点余量。

3.2 核心 API 与配置流程

ESP-IDF 里操作 ADC，主要用 adc1_config_width() 和 adc1_config_channel_atten() 这两个函数。配置流程其实就三步：

1. 设置分辨率：调用 adc1_config_width(ADC_WIDTH_BIT_12)，告诉硬件我要 12 位精度。
2. 配置衰减：调用 adc1_config_channel_atten(ADC1_CHANNEL_6, ADC_ATTEN_DB_11)，设置通道和衰减系数。
3. 读取数值：循环里调用 adc1_get_raw(ADC1_CHANNEL_6)，拿到原始数字量。

衰减系数这块，我多说两句。ESP32 提供了四种衰减档位：

我个人习惯，只要不确定输入电压范围，一律用 11 dB 衰减。虽然分辨率会稍微损失一点，但至少不会烧引脚。

3.3 实战：读取电位器电压

电位器是最简单的模拟量输入设备。三个引脚：两端接 3.3V 和 GND，中间抽头接 GPIO34（ADC1_CHANNEL6）。

来看代码：

#include <stdio.h>
#include <freertos/FreeRTOS.h>
#include <freertos/task.h>
#include <driver/adc.h>

void app_main(void)
{
    // 1. 配置 ADC1 为 12 位分辨率
    adc1_config_width(ADC_WIDTH_BIT_12);

    // 2. 配置通道 6（GPIO34），11dB 衰减，量程 0~3.3V
    adc1_config_channel_atten(ADC1_CHANNEL_6, ADC_ATTEN_DB_11);

    while (1) {
        // 3. 读取原始值
        int raw = adc1_get_raw(ADC1_CHANNEL_6);

        // 4. 换算为电压（mV）
        uint32_t voltage = esp_adc_cal_raw_to_voltage(raw, ADC_WIDTH_BIT_12, ADC_ATTEN_DB_11);

        printf("Raw: %4d, Voltage: %3d mV\n", raw, voltage);

        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
    }
}

这里有个细节。早期 ESP-IDF 版本里，esp_adc_cal_raw_to_voltage() 这个函数需要先调用 esp_adc_cal_characterize() 做校准。但从 v4.4 开始，内部已经集成了查表逻辑，直接传参就能用。如果你用的是旧版本，记得加上校准步骤。

3.4 光敏电阻实验：感知环境光强

光敏电阻，也叫光敏电阻器（LDR）。它的阻值随光照强度变化——光照越强，阻值越低。

实际电路里，光敏电阻不能直接接 ADC。需要搭一个分压电路：光敏电阻和固定电阻（比如 10kΩ）串联，中间抽头接 ADC 引脚。

电路连接很简单：

• 3.3V → 光敏电阻一端
• 光敏电阻另一端 → GPIO35（ADC1_CHANNEL7）→ 10kΩ 电阻 → GND

代码跟电位器实验几乎一样，只是换了个通道：

#include <stdio.h>
#include <freertos/FreeRTOS.h>
#include <freertos/task.h>
#include <driver/adc.h>

void app_main(void)
{
    adc1_config_width(ADC_WIDTH_BIT_12);
    adc1_config_channel_atten(ADC1_CHANNEL_7, ADC_ATTEN_DB_11);

    while (1) {
        int raw = adc1_get_raw(ADC1_CHANNEL_7);
        uint32_t voltage = esp_adc_cal_raw_to_voltage(raw, ADC_WIDTH_BIT_12, ADC_ATTEN_DB_11);

        // 粗略换算：电压越高，光照越强
        float light_percent = (float)voltage / 3300.0 * 100.0;

        printf("Raw: %4d, Voltage: %3d mV, Light: %.1f%%\n", raw, voltage, light_percent);

        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}

为什么电压越高光照越强？因为光敏电阻受光照后阻值下降，分到的电压就低了。但我们的分压电路里，光敏电阻在上端，固定电阻在下端。光敏电阻阻值下降，意味着它分到的电压减少，固定电阻分到的电压增加——ADC 读到的就是固定电阻的电压。所以电压高，代表光照强。

3.5 数据滤波：让读数更可靠

ADC 原始数据里，噪声是不可避免的。电源纹波、电磁干扰、甚至手指靠近引脚都会影响读数。我常用的滤波方法有两种：

• 均值滤波：连续采样 N 次，取平均值。N 一般取 5~20，效果立竿见影。
• 中值滤波：连续采样 N 次，排序后取中间值。对脉冲噪声特别有效。

来看一个简单的均值滤波实现：

#define SAMPLE_COUNT 10

int adc_read_filtered(adc1_channel_t channel)
{
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < SAMPLE_COUNT; i++) {
        sum += adc1_get_raw(channel);
    }
    return sum / SAMPLE_COUNT;
}

就这么几行代码，能把噪声从 ±15 LSB 压到 ±3 LSB 以内。性价比极高。

3.6 本章知识结构图

下面这张图，把本章的核心知识点串起来了。从硬件特性到 API 配置，再到两个实战案例和滤波方法，一目了然。

3.7 几个容易踩的坑

最后，我把这些年做 ADC 采集踩过的坑列出来，你遇到了可以直接对照排查。

• 引脚悬空读数飘忽：ADC 引脚不接任何东西时，读数会在 0~4095 之间乱跳。这不是硬件坏了，是正常现象。接上传感器就好了。
• 分压电阻选太大：光敏电阻实验里，如果分压电阻选 100kΩ，ADC 输入阻抗不够，读数会偏低。我一般用 10kΩ 或 4.7kΩ。
• Wi-Fi 干扰 ADC2：这个前面说过了。只要开了 Wi-Fi，ADC2 的通道就别用了。别问我怎么知道的——问就是烧过一版 PCB。
• 电压换算公式别搞错：电压 = (raw / 4095.0) * 3.3 这个公式只适用于线性度好的区间。如果用了 11dB 衰减，建议用 esp_adc_cal_raw_to_voltage() 查表换算，更准。