4. 模拟信号采集：ADC原理、ESP32的ADC通道、电压读取、模拟值映射

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传的都是0和1。但现实世界不是这样的。温度、光照、声音、压力……这些物理量都是连续变化的，也就是模拟量。

ESP32要感知这些模拟量，靠的就是ADC——模数转换器。这一章，我就带你彻底搞懂ESP32的ADC怎么用。

4.1 ADC原理：从连续到离散

ADC的全称是Analog-to-Digital Converter。它的工作说白了就三步：

1. 采样：在某个时间点“拍一张照”，把模拟电压值固定下来。
2. 量化：把连续的电压范围分成若干等级，每个等级对应一个数字码。
3. 编码：把这个数字码转成二进制，输出给CPU。

举个例子。假设ADC的参考电压是0~3.3V，分辨率是12位。12位意味着什么？2的12次方等于4096个等级。也就是说，3.3V被分成了4096份，每份大约是0.8mV。

你想想看，如果传感器输出变化1mV，ADC就能检测到。这在大多数物联网场景下完全够用。

我在一个水质监测项目里用过10位的ADC，分辨率只有3.2mV，测pH值的时候误差大得离谱。后来换成12位，数据一下就稳了。所以，位数直接决定了你能测多细。

4.2 ESP32的ADC通道

ESP32有两个ADC模块：ADC1和ADC2。它们各有各的通道，但有个坑——ADC2在某些情况下会被Wi-Fi占用。

ADC模块	可用通道	GPIO引脚	注意事项
ADC1	CH0 ~ CH7	GPIO36, 39, 34, 35, 32, 33, 25, 26	Wi-Fi开启时不受影响，推荐使用
ADC2	CH0 ~ CH9	GPIO4, 0, 2, 15, 13, 12, 14, 27, 25, 26	Wi-Fi开启时部分通道不可用

另外注意，ADC1的通道0~3（GPIO36, 39, 34, 35）是输入专用引脚，没有内部上拉/下拉。这意味着它们只能做模拟输入，不能当普通GPIO用。我习惯把传感器都接在这几个引脚上，省心。

4.3 电压读取：从原始值到真实电压

好，理论说完了，咱们直接上代码。ESP32用Arduino框架读取ADC，其实就一行：

int rawValue = analogRead(36);  // 读取GPIO36的ADC原始值，范围0~4095

但rawValue是0~4095的整数，不是电压。要转成电压，得做个简单的映射：

float voltage = rawValue * (3.3 / 4095.0);

等等，这里有个细节。为什么分母是4095而不是4096？因为ADC的原始值范围是0~4095，一共4096个值。但最大值4095对应的是参考电压3.3V。所以计算时用4095。

float readADCVoltage(uint8_t pin) {
  int raw = analogRead(pin);
  return raw * (3.3 / 4095.0);
}

调用的时候：

float v = readADCVoltage(36);
Serial.printf("ADC电压: %.3f V\n", v);

嗯，这里要注意。ESP32的ADC其实不是特别线性，尤其是在接近0V和接近3.3V的两端。我做过测试，中间段（0.2V~3.1V）还算准，但两端误差可能达到2%~3%。如果你的应用对精度要求高，建议做两点校准——用万用表测实际电压，然后修正代码里的比例系数。

4.4 模拟值映射：从电压到物理量

拿到电压只是第一步。我们真正关心的是传感器对应的物理量——温度多少度？光照多强？距离多远？

这就涉及到模拟值映射。说白了，就是找到电压和物理量之间的对应关系。

举个例子。我用一个TMP36温度传感器，它的输出是10mV/°C，0°C时输出0.5V。那么：

float temperature = (voltage - 0.5) * 100.0;  // 单位°C

再比如一个光敏电阻模块，它的输出电压和光照强度成反比。但通常没有线性公式，得靠查表或拟合曲线。

我常用的映射方式有三种：

映射方式	适用场景	示例
线性映射	传感器输出与物理量成线性关系	TMP36温度传感器
查表映射	非线性但已知曲线	NTC热敏电阻
公式映射	有明确的数学关系	分压电路计算电阻值

对于查表映射，我一般把数据点存在一个数组里，然后用插值法算出中间值。代码大概长这样：

// 假设有10个校准点
float adcValues[10] = {0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1.1, 1.3, 1.5, 1.7, 1.9};
float tempValues[10] = {85, 70, 55, 40, 25, 10, -5, -20, -35, -50};

float mapToTemperature(float voltage) {
  // 简单线性插值
  for (int i = 0; i < 9; i++) {
    if (voltage >= adcValues[i] && voltage <= adcValues[i+1]) {
      float ratio = (voltage - adcValues[i]) / (adcValues[i+1] - adcValues[i]);
      return tempValues[i] + ratio * (tempValues[i+1] - tempValues[i]);
    }
  }
  return -999;  // 超出范围
}

你看，代码不复杂，但效果很好。我在一个冷链监控项目里用这个办法，温度误差控制在±0.5°C以内。

4.5 本章知识结构

下面这张图把ADC的完整流程串起来了。从模拟信号到数字值，再到物理量，每一步都有对应的操作。

4.6 完整示例：读取光敏电阻

最后，我给你一个完整的实战例子。用光敏电阻模块检测环境光照，把ADC值映射成“亮/暗”等级。

#define LIGHT_SENSOR_PIN 34  // ADC1通道2

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(LIGHT_SENSOR_PIN, INPUT);
}

void loop() {
  int raw = analogRead(LIGHT_SENSOR_PIN);
  float voltage = raw * (3.3 / 4095.0);

  // 映射到0~100的亮度百分比
  // 假设暗处电压高(2.5V+)，亮处电压低(0.5V-)
  int brightness = map(raw, 500, 3500, 100, 0);
  brightness = constrain(brightness, 0, 100);

  Serial.printf("原始值: %d | 电压: %.2fV | 亮度: %d%%\n", raw, voltage, brightness);

  if (brightness < 20) {
    Serial.println("→ 环境很暗，建议开灯");
  } else if (brightness > 80) {
    Serial.println("→ 环境很亮，注意遮光");
  }

  delay(1000);
}

这里用了Arduino的map()函数，它本质就是线性映射。但注意，map()只做整数运算，如果你需要浮点精度，还是自己写公式更靠谱。