模数转换器 (ADC) 校准驱动程序
简介
在 ESP32-C2 中,模数转换器 (ADC) 比较输入的模拟电压和参考电压,以确定每一位数字输出结果。ESP32-C2 设计的 ADC 参考电压为 1100 mV。然而,不同芯片的真实参考电压可能会略有变化,范围在 1000 mV 到 1200 mV 之间。本文介绍了 ADC 校准驱动程序,可以降低参考电压不同带来的影响,获取更准确的输出结果。
功能概述
下文将分节概述安装和使用 ADC 校准驱动程序的基本步骤:
创建校准方案 - 介绍如何创建和删除校准方案句柄。
结果转换 - 介绍如何将原始 ADC 结果转换为校准后的结果。
线程安全 - 列出由驱动程序认证为线程安全的 API。
减少噪声 - 介绍一种常见的降低噪声的方法。
创建校准方案
ADC 校准驱动程序会提供 ADC 校准方案。对于驱动程序来说,每个 ADC 校准方案对应一个 ADC 校准句柄 adc_cali_handle_t
。
使用 adc_cali_check_scheme()
可以查看芯片支持的校准方案。若已了解芯片支持的校准方案,可以跳过该步骤,直接调用对应函数创建校准方案句柄。
使用自定义 ADC 校准方案时,可以选择调整函数 adc_cali_check_scheme()
,或直接跳过该步骤,调用自定义函数创建校准方案句柄。
ADC 校准线性拟合方案
ESP32-C2 支持 ADC_CALI_SCHEME_VER_LINE_FITTING
方案。要创建此方案,请先根据以下配置选项,设置 adc_cali_line_fitting_config_t
。
adc_cali_line_fitting_config_t::unit_id
,表示 ADC 原始结果来自哪个 ADC 单元。adc_cali_line_fitting_config_t::atten
,表示 ADC 原始结果的衰减程度。adc_cali_line_fitting_config_t::bitwidth
,表示 ADC 原始结果的位宽。
设置完上述配置结构体后,请调用 adc_cali_create_scheme_line_fitting()
创建线性拟合校准方案句柄。
ESP_LOGI(TAG, "calibration scheme version is %s", "Line Fitting");
adc_cali_line_fitting_config_t cali_config = {
.unit_id = unit,
.atten = atten,
.bitwidth = ADC_BITWIDTH_DEFAULT,
};
ESP_ERROR_CHECK(adc_cali_create_scheme_line_fitting(&cali_config, &handle));
ADC 校准使用完毕后,请调用 adc_cali_delete_scheme_line_fitting()
,删除线性拟合校准方案句柄。
删除线性拟合校准方案句柄
ESP_LOGI(TAG, "delete %s calibration scheme", "Line Fitting");
ESP_ERROR_CHECK(adc_cali_delete_scheme_line_fitting(handle));
备注
要使用自定义校准方案,可以通过提供创建函数,创建自己的校准方案句柄。请参阅 components/esp_adc/interface/adc_cali_interface.h
中的函数表 adc_cali_scheme_t
,了解 ESP ADC 校准接口。
结果转换
对驱动程序进行完上述配置和初始化工作后,可以调用 adc_cali_raw_to_voltage()
,将原始 ADC 结果转换为校准结果,校准结果以 mV 为单位。该函数可能因参数无效而调用失败。如果函数返回 ESP_ERR_INVALID_STATE
,说明校准方案尚未创建。因此你需要创建一个校准方案句柄,通过 adc_cali_check_scheme()
可以了解当前芯片支持的校准方案;你也可以提供自定义校准方案,创建对应的校准方案句柄。
备注
ADC 校准仅在 ADC_ATTEN_DB_0
和 ADC_ATTEN_DB_12
时支持。在 ADC_ATTEN_DB_0
时,ADC 的衰减程度设置为 0 dB,仅支持低于 950 mV 的输入电压;在 ADC_ATTEN_DB_12
时,ADC 的衰减程度设置为 12 dB,仅支持低于 2800 mV 的输入电压。
获取电压
ESP_ERROR_CHECK(adc_cali_raw_to_voltage(adc_cali_handle, adc_raw[0][0], &voltage[0][0]));
ESP_LOGI(TAG, "ADC%d Channel[%d] Cali Voltage: %d mV", ADC_UNIT_1 + 1, EXAMPLE_ADC1_CHAN0, voltage[0][0]);
线程安全
驱动程序会确保工厂函数 esp_adc_cali_new_scheme()
的线程安全,使用时,可以直接从不同的 RTOS 任务中调用此类函数,无需额外锁保护。
其他以 adc_cali_handle_t
作为第一个位置参数的函数均非线程安全,在没有设置互斥锁保护的任务中,应避免从多个任务中调用这类函数。
减少噪声
ESP32-C2 ADC 对噪声敏感,可能导致 ADC 读数出现较大偏差。根据不同使用场景,要减少噪声影响,你可能需要将旁路电容(如 100 nF 陶瓷电容)连接到 ADC 使用的输入管脚。此外,也可以通过多次采样,进一步减轻噪声的影响。
API 参考
Header File
Functions
-
esp_err_t adc_cali_check_scheme(adc_cali_scheme_ver_t *scheme_mask)
Check the supported ADC calibration scheme.
- 参数
scheme_mask -- [out] Supported ADC calibration scheme(s)
- 返回
ESP_OK: On success
ESP_ERR_INVALID_ARG: Invalid argument
ESP_ERR_NOT_SUPPORTED: No supported calibration scheme
-
esp_err_t adc_cali_raw_to_voltage(adc_cali_handle_t handle, int raw, int *voltage)
Convert ADC raw data to calibrated voltage.
- 参数
handle -- [in] ADC calibration handle
raw -- [in] ADC raw data
voltage -- [out] Calibrated ADC voltage (in mV)
- 返回
ESP_OK: On success
ESP_ERR_INVALID_ARG: Invalid argument
ESP_ERR_INVALID_STATE: Invalid state, scheme didn't registered
Type Definitions
-
typedef struct adc_cali_scheme_t *adc_cali_handle_t
ADC calibration handle.