前言

NodeMCU ESP8266 上有一个引脚可以快速采集模拟信号，并将其转成数字信号。

这就是我们经常听到的模数转换器（ADC, Analog-to-Digital Converter ），今天我们将介绍如何使用NodeMCU ESP8266上的ADC进行模拟信号的采集。

原理介绍

什么是ADC？在真实的世界中，到处都是模拟信号，比如声波，水波，电流，这些都是模拟信号，而在计算机世界里，如果需要处理这些数据，就需要进行量化。

在计算机中是识别0和1的数字信号，这里1是逻辑高电平，0是逻辑低电平。

对于模拟电信号，这里就需要ADC将模拟信号转换成计算机可以识别的逻辑数字信号。具体如下所示；

ADC的原理比较复杂，由于篇幅原因，这里不予介绍。

准备知识

在使用ADC之前，有一些相关的概念和术语，我们需要提前了解，在NodeMCU ESP8266 12-E 中，会经常提到这些术语：

• ADC 的概念；
• TOUT；
• A0引脚；
• Analog Pin 0；

下面我们会进行相关知识的介绍；

ADC分辨率

ESP8266 中的 ADC 具有 10 位分辨率，因为在微控制器或者计算机系统中，以二进制进行计算，10位相当于2的10次幂，10 位分辨率意味着输出值的范围为 0 到 1023。具体如下所示；

输入电压范围

ESP8266芯片内部的ADC的电压输入范围0V~1V，不过一般开发板上都集成了电阻进行分压，所以输入范围可以到0~3.3V。

这一点需要慎重，输入电压过高会直接烧毁芯片。

这里有个简单的办法去反推输入电压的范围。

设置1V的输入电压，然后读取ADC的值大小；

• 如果ADC的值接近1023，则输入电压的范围是0V~1V；
• 如果ADC的值接近310，则输入电压的范围是0V~3.3V；

Analog Pin

Analog Pin是模拟输入的引脚，在NodeMCU ESP8266 12-E开发板上可以非常轻松地将这个引脚使用起来，这里已经用插针引出，是A0引脚，具体如下所示；

电路搭建

在搭建电路之前，我们在这里先列一下所需要的清单，具体如下；

• NodeMCU ESP8266开发板；
• 电位器；
• 100Ω电阻，220Ω电阻；
• 面包板；
• 跳线；

因为前面提到过输入电压的范围，保险起见，我们在面包板上用220Ω和100Ω搭建一个分压器，这样保证输入的电压范围在0到1V之间，避免烧毁芯片；

这里大致可以计算出分压的值，具体公式如下所示；
$$V_{OUT}=\frac{R_2}{R_1+R_2}$$

示例代码

这里简单写一个代码进行ADC的测试，具体如下所示；

const int analogInPin = A0;  // ESP8266 Analog Pin ADC0 = A0

int sensorValue = 0;  

void setup() {
  // initialize serial communication at 115200
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  // read the analog in value
  sensorValue = analogRead(analogInPin);
 
  // print the readings in the Serial Monitor
  Serial.print("sensor = ");
  Serial.print(sensorValue);
  
  delay(1000);
}

1. 首先，开发板的ADC引脚是A0，这个在前面已经介绍过，所以我们定义一个变量保存ADC引脚；

   const int analogInPin = A0; 
   

2. 输入的电压值会随着电位器旋转而变化，实际上改变的是分压的大小；

   int sensorValue = 0;
   

3. 初始化串口，将传感器的数值上传到PC，方便观察实验结果；

   void setup() {
     Serial.begin(115200);
   }
   

4. 最后在循环里，不断读取ADC的值，并通过串口发送到PC进行打印；

   void loop() {
     // read the analog in value
     sensorValue = analogRead(analogInPin);
    
     // print the readings in the Serial Monitor
     Serial.print("sensor = ");
     Serial.print(sensorValue);
     
     delay(1000);
   }
   

最终的实验结果，先旋转电位器，这时候观察串口上报的ADC值，发现随着电位器的旋转，输入电压的变化，ADC值也发生了变化，具体如下所示；

结论

本文介绍了使用 NodeMCU ESP8266 开发板的 ADC 进行模拟信号采集的教程。简单介绍 ESP8266EX SoC 中 ADC 的一些重要规格、ADC 的输入电压范围、如何使用分压器来扩展输入电压范围、以及 ESP8266 ADC 采集信号的演示，并在串行监视器上打印输出值。