十七、【ESP32全栈开发指南：ADC接口使用】

一、概述
ESP32集成两个12位逐次逼近型模数转换器（SARADC），共支持18个模拟输入通道：

• ADC1：8通道（GPIO32-GPIO39）
• ADC2：10通道（GPIO0、GPIO2、GPIO4、GPIO12-GPIO15、GPIO25-GPIO27）

1.1 ADC限制

• ADC2与Wi-Fi冲突：
  ADC2在Wi-Fi驱动启用时不可用，需在未启动Wi-Fi时使用。
• 硬件限制：
  • 绑带引脚限制（GPIO 0/2/15）
  • ESP32 DevKitC：GPIO0被编程电路占用
  • ESP-WROVER-KIT：GPIO 0/2/4/15因外设连接不可用

1.2 ADC采样模式

模式	适用场景
单次采样模式	低频采样（如传感器读取）
连续采样模式	高频采样（需DMA支持）

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二、API说明
关键头文件：

• driver/adc.h
• driver/adc_common.h
• esp_adc_cal.h

1. 位宽配置 - adc1_config_width()

esp_err_t adc1_config_width(adc_bits_width_t width);

• 功能：设置ADC1的采样分辨率（9~12位）
• 参数：

  typedef enum {
      ADC_WIDTH_BIT_9  = 0,  // 9位（量程0~511）
      ADC_WIDTH_BIT_10 = 1,  // 10位（0~1023）
      ADC_WIDTH_BIT_11 = 2,  // 11位（0~2047）
      ADC_WIDTH_BIT_12 = 3   // 12位（0~4095，推荐）
  } adc_bits_width_t;
  

• 注意：分辨率越高精度越高，但转换时间稍长；ADC2需在每次读取时单独设置位宽。

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2. 衰减配置 - adc1_config_channel_atten()

esp_err_t adc1_config_channel_atten(adc1_channel_t channel, adc_atten_t atten);

• 功能：配置指定通道的输入电压衰减倍数，扩展测量范围
• 衰减等级与量程对照：

  衰减枚举	量程（VDD=3.3V）	适用场景
  ADC_ATTEN_DB_0	0~0.8V	精密传感器（如光敏）
  ADC_ATTEN_DB_2_5	0~1.1V	低电压信号
  ADC_ATTEN_DB_6	0~1.35V	中等电压
  ADC_ATTEN_DB_11	0~2.6V	电池电压（需分压）

• 硬件设计关键：超出0.8V必须使用衰减，否则可能损坏ADC模块。

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3. 原始值读取 - adc1_get_raw()

int adc1_get_raw(adc1_channel_t channel);

• 返回值：12位原始数据（0~4095），需配合校准转换为实际电压
• 阻塞特性：单次采样约10μs，适用低频场景（如温度采集）。

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三、ADC校准核心API

1. 校准初始化 - esp_adc_cal_characterize()

esp_adc_cal_value_t esp_adc_cal_characterize(
    adc_unit_t unit,
    adc_atten_t atten,
    adc_bits_width_t bitwidth,
    uint32_t default_vref,
    esp_adc_cal_characteristics_t *chars
);

• 作用：生成ADC电压特征曲线，补偿芯片间Vref差异（±100mV）
• 校准源优先级：
  1. eFuse存储的两点校准值（工厂校准）
  2. eFuse的Vref参考电压
  3. 用户提供的default_vref（默认1100mV）
• 输出校验：

  if (val_type == ESP_ADC_CAL_VAL_EFUSE_TP) {
      printf("使用eFuse两点校准\n");
  } else if (val_type == ESP_ADC_CAL_VAL_EFUSE_VREF) {
      printf("使用eFuse Vref校准\n");
  } else {
      printf("使用默认Vref\n");  // 精度最低
  }
  

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2. 原始值转电压 - esp_adc_cal_raw_to_voltage()

uint32_t esp_adc_cal_raw_to_voltage(
    uint32_t adc_reading,
    const esp_adc_cal_characteristics_t *chars
);

• 输入：adc1_get_raw()的原始值 + 校准结构体
• 输出：实际电压值（单位mV）
• 示例：

  uint32_t voltage = esp_adc_cal_raw_to_voltage(raw_val, &adc_chars);
  printf("电压值: %dmV\n", voltage);  // 输出如 "电压值: 1234mV"
  

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四、专用功能API

1. ADC2冲突处理 - adc2_get_raw()

esp_err_t adc2_get_raw(adc2_channel_t channel, adc_bits_width_t width, int *raw_out);

• Wi-Fi冲突：返回ESP_ERR_INVALID_STATE表示被Wi-Fi占用
• 正确用法：

  int raw_val;
  esp_err_t ret = adc2_get_raw(ADC2_CHANNEL_7, ADC_WIDTH_BIT_12, &raw_val);
  if (ret == ESP_ERR_INVALID_STATE) {
      // 需延迟重试或关闭Wi-Fi
  }
  

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2. 内部霍尔传感器 - hall_sensor_read()

int hall_sensor_read(void);

• 硬件要求：自动占用GPIO36(SVP)和GPIO39(SVN)，不可复用
• 示例：

  adc1_config_width(ADC_WIDTH_BIT_12);  // 需先配置位宽
  int hall_val = hall_sensor_read();    // 返回值受外部磁场影响
  

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3. 参考电压输出 - adc_vref_to_gpio()

esp_err_t adc_vref_to_gpio(adc_unit_t unit, gpio_num_t gpio);

• 功能：将内部Vref输出至GPIO（如GPIO25），方便万用表实测校准
• 使用场景：当eFuse无校准值且需要高精度时，手动测量真实Vref。

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五、关键实践技巧

1. 噪声抑制

   • 输入引脚并联100nF陶瓷电容
   • 软件多次采样取平均（推荐64次）：

     uint32_t sum = 0;
     for (int i=0; i<64; i++) {
         sum += adc1_get_raw(channel);
     }
     int avg = sum >> 6;  // 等效除以64
     

2. 分压电路设计
   锂电池检测典型电路：

   VBAT+ ─ 20kΩ ──┬── 10kΩ ── GND
                   │
                   └─ 100nF ── GND
                   │
                   └─ GPIO35 (ADC1_CH7)
   

   • 分压比 = R2/(R1+R2) = 1/3，适配3.7V电池
   • 电容滤除高频干扰

六、编程流程

3.1 配置参数

1. 位宽配置

typedef enum {  
    ADC_WIDTH_BIT_9  = 0,  // 9位精度  
    ADC_WIDTH_BIT_10 = 1,  // 10位精度  
    ADC_WIDTH_BIT_11 = 2,  // 11位精度  
    ADC_WIDTH_BIT_12 = 3   // 12位精度（默认）  
} adc_bits_width_t;  

2. 衰减系数与量程

衰减值	量程范围 (VDD=3.3V)
ADC_ATTEN_DB_0	0 ~ 0.8V
ADC_ATTEN_DB_2_5	0 ~ 1.1V
ADC_ATTEN_DB_6	0 ~ 1.35V
ADC_ATTEN_DB_11	0 ~ 2.6V

3. 通道映射

// ADC1通道与GPIO对应  
ADC1_CHANNEL_0 → GPIO36  
ADC1_CHANNEL_4 → GPIO32  // 注意索引顺序  

// ADC2通道示例  
ADC2_CHANNEL_0 → GPIO4  
ADC2_CHANNEL_9 → GPIO26  

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七、应用实例

4.1 ADC1单次采样（GPIO35）

#include   

void read_adc1() {  
    adc1_config_width(ADC_WIDTH_BIT_12);  
    adc1_config_channel_atten(ADC1_CHANNEL_7, ADC_ATTEN_DB_0);  
    int val = adc1_get_raw(ADC1_CHANNEL_7);  // 读取GPIO35  
    printf("ADC1 Value: %d\n", val);  
}  

4.2 ADC2单次采样（GPIO27）

#include   

void read_adc2() {  
    int raw_val;  
    adc2_config_channel_atten(ADC2_CHANNEL_7, ADC_ATTEN_DB_11);  
    esp_err_t ret = adc2_get_raw(ADC2_CHANNEL_7, ADC_WIDTH_BIT_12, &raw_val);  

    if (ret == ESP_OK) {  
        printf("ADC2 Value: %d\n", raw_val);  
    } else if (ret == ESP_ERR_INVALID_STATE) {  
        printf("Error: Wi-Fi占用ADC2!\n");  // 处理冲突  
    }  
}  

4.3 ADC校准与电压转换

#include "esp_adc_cal.h"  

void adc_calibration() {  
    esp_adc_cal_characteristics_t adc_chars;  
    esp_adc_cal_value_t cal_type = esp_adc_cal_characterize(  
        ADC_UNIT_1, ADC_ATTEN_DB_11, ADC_WIDTH_BIT_12, 1100, &adc_chars  
    );  

    int raw = adc1_get_raw(ADC1_CHANNEL_5);  
    uint32_t voltage = esp_adc_cal_raw_to_voltage(raw, &adc_chars);  
    printf("Voltage: %dmV\n", voltage);  
}  

4.4 读取内部霍尔传感器

#include   

void read_hall_sensor() {  
    adc1_config_width(ADC_WIDTH_BIT_12);  
    int hall_val = hall_sensor_read();  // 自动使用GPIO36/39  
    printf("Hall Effect: %d\n", hall_val);  
}  

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关键注意事项

1. ADC2与Wi-Fi冲突时返回ESP_ERR_INVALID_STATE
2. 校准需在每次修改衰减/位宽后重新执行
3. 霍尔传感器会占用ADC1的通道0和3（GPIO36/39）

本文基于ESP-IDF v4.4+编写，完整示例见ESP-IDF示例目录：

• examples/peripherals/adc
• examples/peripherals/adc2