ESP32入门六(读取引脚的模拟信号[2]:信号出现误差的原因)

在之前的章节中，我们测试了用ESP32来接收模拟电压信号，在测试中，读取到的数据与现实存在一定的误差，在这一篇中，我们尝试了解出现误差的原因和解决方法。

对于出现的误差，有多种软件和硬件方面的原因:

一、官方设置原因

二、代码原因

三、硬件原因

四、电源原因

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我们对应这几个原因，一步一步来测试并尝试解决。

我们所使用的ESP32版本有许多(esp32,esp32-s2,esp32-c3,esp32-s3等)，对于ADC的更新和优化也一直在进行。在本系列章节中所使用的版本为esp32，而该版本的ADC功能在使用过程中，体现是比较差的一个版本。

我们在官方文档中可以查到该版本的ADC功能的量程

ADC_ATTEN_DB_0?? ?? 100 mV ~ 950 mV????? (0.1V~0.95V)
ADC_ATTEN_DB_2_5?? 100 mV ~ 1250 mV?? (0.1V~1.25V)
ADC_ATTEN_DB_6????? 150 mV ~ 1750 mV??? (0.15V~1.75V)
ADC_ATTEN_DB_11??? 150 mV ~ 3100 mV??? (0.15V~3.1V)

也就是说，在默认设置下，我们可以读取的电压范围为0.15V~3.1V，但是我们在上一章中所使用的是3.3V的引脚，也就是说，当电压为3.1V时，我们读取到的数据已经等于4095，但电压继续上升时,我们读取到的数据并不会继续增加。

我们可以用代码来测试这个现像，我们用ESP32的DAC功能来生成一个电压，同时用ADC功能来读取这个生成的电压，测试生成的电压和读取的电压是否相同。

#include <esp32-hal-adc.h>
uint8_t dac_value = 0;                            //DAC值,2^8长度
void setup() {
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  dac_value++;                              //DAC值累加
  float vout = (dac_value) * 3.3  / 255;    //DAC值转为电压值
  Serial.print("vout = ");
  Serial.print(vout);                     //串口输出当前输出的电压值
  dacWrite(25,dac_value);                   //25号引脚输出对应电压

  int adc_value = analogRead(4);            //4号引脚读取25号引脚输出的模拟值
  float vin = (adc_value*3.3)  / 4095;      //读取到的数据转为电压值
  Serial.print(" | ");
  Serial.print("vin = ");
  Serial.println(vin);                      //串口输出当前输入的电压值
  delay(1000);
}

?查看串口输出

我们可以观察到

当输出的电压到达0.06V时，读取到的电压为0.01V。误差为0.06

在观察过程中，误差慢慢增加，当输出电压到达2.47V时，读取到的电压为2.12V，误差达到最大误差值，为0.35。

之后，误差慢慢减少，当输出电压到达3.30V时，读取到的电压为3.25V，误差为0.05。

这时，我们发现，这与官方文档所说明的量程为0.15V~3.10V的又出现了偏差。

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所以，我们继续尝试用另一个函数:analogReadMillivolts()来读取4号引脚的电压:

#include <esp32-hal-adc.h>
uint8_t dac_value = 0;                            //DAC值,2^8长度
void setup() {
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  dac_value++;                              //DAC值累加
  float vout = (dac_value) * 3.3  / 255;    //DAC值转为电压值
  Serial.print("vout = ");
  Serial.print(vout);                     //串口输出当前输出的电压值
  dacWrite(25,dac_value);                   //25号引脚输出对应电压

  float vin = analogReadMillivolts(4)/1000.0;   //4号引脚读取25号引脚的电压值
  Serial.print(" | ");
  Serial.print("vin = ");
  Serial.print(vin);                      //串口输出当前输入的电压值
  
  Serial.print(" | ");
  Serial.print("deviation = ");
  Serial.println(vout - vin);             //串口输出当前输出与输入的误差
  
  delay(100);
}

读取的结果同样并不完美，同样出现误差的变化，但对比之前，误差已经在一定的范围内

当读取到的电压到达3.1V时，超量了0.04V，误差最大为0.14。

至此，我们大概已经可以了解到，在代码层面出现误差的原因有两点:

一、官方设置的量程问题

二、与analogRead()相比较，使用analogReadMillivolts()函数能更精确地读取对应的电压值。

??????? 我们在官方文档中详细地了解一下这两个函数:ADC — Arduino-ESP32 2.0.14 documentation

analogRead()函数的作用是用于读取指定引脚的ADC值，返回的结果未经过校准。

????????

analogReadMillivolts()函数的作用是用于读取指定引脚的ADC值，并返回转换为以毫伏为单位的校准结果。

至此，我们在本章中已经了解了软件方面导致数据出现误差的原因，在下一章中，我们将介绍在硬件方面导致数据出现误差的原因。