你好，我是愛吃魚香ROS的小魚。上面兩節(jié)通過LED和按鍵學(xué)習(xí)了GPIO的輸出和輸入。

但這種輸入和輸出只有兩種狀態(tài)HIGH或者LOW，我們稱這種為數(shù)字邏輯，這也是輸入輸出函數(shù)稱為數(shù)字輸入和數(shù)字輸出的原因。

但是電池的電壓是一個(gè)在一個(gè)范圍內(nèi)不斷變化的值，明顯無法通過HIGH和LOW來表示，所以本節(jié)我們學(xué)習(xí)使用ADC，將電壓值這個(gè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

本教程所使用硬件平臺(tái)為MicroROS學(xué)習(xí)板V1.0.0，可點(diǎn)擊閱讀原文購買及查看詳情

一、ADC介紹

ADC（analog to digital converter）模數(shù)轉(zhuǎn)換器是一種非常常見的外設(shè)，用于 將電壓等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式 ，以便微控制器可以讀取和處理。

ADC在控制和監(jiān)控應(yīng)用中非常有用，因?yàn)榇蠖鄶?shù)傳感器（例如溫度、壓力、力）都是輸出的模擬電壓，所以我們需要掌握ADC。

與ADC相對應(yīng)的DAC——用于將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，比如將一段二進(jìn)制的音樂文件轉(zhuǎn)換成一段連續(xù)的電壓信號(hào)播放出來就需要DAC。

二、電池電壓測量原理

在我們的開發(fā)板所使用的ESP32單片機(jī)上，自帶了ADC模塊，我們只需要將需要測量的模擬電壓接入相應(yīng)引腳，接著調(diào)用ADC相關(guān)API即可讀取。

因?yàn)锳DC原理是采用電壓比較方式進(jìn)行測量，而我們的單片機(jī)的供電電壓為3.3V，所以測量的電壓范圍最大不能超過3.3V，但我們采用的電池電壓和板子的供電電壓分別是12V和5V的。

所以想要使用單片機(jī)測量電池電壓，那么就要想辦法將板子測量的電壓按照比例縮小即可，根據(jù)初中物理知識(shí)，串聯(lián)分壓原理，小魚就設(shè)計(jì)了這樣的電路。

串聯(lián)分壓，左邊接電機(jī)電壓輸入引腳，右側(cè)接地，R18是40.2千歐阻值的電阻，R19是10千歐的，假如此時(shí)VMOTOR的輸入電壓為5V，那么ESP_IO34的電壓就是

那么如果此時(shí)通過ADC測量出上的電壓，通過下面的等式就可以算出的電壓值。

三、Arduino ADC API

了解了原理，我們來看看Arduino為我們提供了哪些API可以直接獲取到引腳上的電壓。

3.1 設(shè)置ADC衰減系數(shù)（analogReadResolution）

這個(gè)函數(shù)用來設(shè)置ADC讀取時(shí)的衰減系數(shù)。

輸入到引腳的電壓在輸入到ADC之前可能會(huì)衰減。有 4 種可用的衰減選項(xiàng)，衰減越高，可測量的輸入電壓就越高，為了能夠測量到12V以上的電壓，我們采用最高的衰減比-ADC_11db。

typedef enum {
    ADC_0db,
    ADC_2_5db,
    ADC_6db,
    ADC_11db,
} adc_attenuation_t;

3.2 讀取ADC值（analogRead）

此函數(shù)用于獲取給定引腳或ADC通道的ADC原始值，默認(rèn)是12位分辨率，所以這個(gè)讀出來的值的范圍就是0-2^12，也就是最大4096。

uint16_t analogRead(uint8_t pin);

• pin 要讀取ADC值的GPIO 引腳

返回值：ADC原始值

3.3 讀取電壓值（analogReadMillivolts）

此函數(shù)用于獲取給定引腳或ADC 通道的 ADC 值（以毫伏為單位）。

uint32_t analogReadMilliVolts(uint8_t pin);

• pin 要讀取ADC值的GPIO 引腳

返回值：此函數(shù)將以毫伏為單位返回模擬值。

四、編寫程序

利用上面的三個(gè)API和計(jì)算公式就可以實(shí)現(xiàn)電壓的測量，新建example04_adc工程，在main.cpp輸入代碼。

/**
 * @file main.cpp
 * @author fishros@foxmail.com
 * @brief 4.電池電壓測量-學(xué)會(huì)使用ADC
 * @version 0.1
 * @date 2023-01-04
 *
 * @copyright Copyright(c) fishros.com  2023
 *
 */
#include < Arduino.h >

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  pinMode(34, INPUT);
  analogSetAttenuation(ADC_11db);
}

void loop()
{
  int analogValue = analogRead(34);                     // 讀取原始值0-4096
  int analogVolts = analogReadMilliVolts(34);           // 讀取模擬電壓，單位毫伏
  float realVolts = 5.02 * ((float)analogVolts * 1e-3); // 計(jì)算實(shí)際電壓值

  Serial.printf("ADC analog value = %d\\n", analogValue);
  Serial.printf("ADC millivolts value = %d\\n", analogVolts);
  Serial.printf("realVolts value = %f\\n", realVolts);
  delay(100);
}

五、測試

根據(jù)第三節(jié)中的原理圖，我們測量的是VMOTOR的電壓，VMOTOR是通過一個(gè)跳線帽選擇連接到5V還是12V上的，詳情可以看下面的原理圖。

對應(yīng)板子上的位置

這里我們把跳線帽調(diào)整到左側(cè)，讓VMOTOR和5V連接，接著打開串口觀察測量到的電壓值。

可以看到我們成功的測量到了實(shí)際的電壓值為5.045V，符合正常電壓值。

如果你有整臺(tái)FishBot小車，可以將跳線帽調(diào)整到12V的位置，打開電池電源開關(guān)，看看是否可以正常測量到12V的電壓。

六、總結(jié)

本節(jié)我們通過電池電壓測量的例程，學(xué)習(xí)了ADC的使用，電池電壓測量對我們機(jī)器人來說是非常重要的，當(dāng)電壓低的時(shí)候可以進(jìn)行自動(dòng)返回充電，然后等充電完成后再繼續(xù)工作。