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類比訊號轉換（ADC）對控制器領域來說是非常重要的機制，它可以將真實世界的訊號，利用數位的方式進行轉換，使其變成系統較易判讀的標準，後續得進行控制或保存。而影響 ADC 的數值的因素眾多，像解析度、輸入電壓範圍等，今天這篇主要來分享如何使用 ADC Function，並針對我們的需求，對相關設定進行調整。

1. ADC Function 使用

MicroPython 在 ESP32 平台上類比訊號轉換可以使用的腳位從 Gpio 32~39，以Nodemcu-32s 來說也就是 Gpio32、33、34、 35、36、39 這六支腳位可以使用，下面為建立 ADC 物件的範例： 

from machine import ADC,Pin
adc0=ADC(Pin(32))
adc_value=adc0.read()

這邊注意一下，ADC 物件跟 PWM 的類別一樣，因有指定腳位，所以需要同時import Pin 類別，在初始化時需同時指定腳位編號，如果要讀取 ADC 的數值就需要使用到 adc0.read() 這個方法( adc0 為自訂的物件名稱)，軟體基本上就可以開始使用。

實務上來說，我們同時還會設定兩個參數，一個輸入的電壓範圍，另一個就是解析度。這兩個參數會決定我們轉換的數值的精度。舉個實際的例子說明，如果有一個輸入訊號，它的輸入範圍是 0-1V，此時如果我們選擇最大 3.3V 的電壓範圍，並採用 9bit 解析度的採樣（也就得到數位值最大511），0-1V 的類比電壓轉換成數位值時的範圍就是 0-155，每一個數位值代表就是 0.006V（3.3/512），這在一般的運用已經是 OK 的，但如果在某些特殊應用想要在提高我們轉換時的精度應該如何做？

很簡單，適當的選擇輸入電壓範圍與解析度 bit，既然我們的類比電壓上限是 1V，所以我們就選擇 1V 的電壓範圍，在搭配上 12bit 的取樣，結果每個數位值就會變成 1/4056=0.00024V，這樣就可以獲得更為精確的電壓轉換值，不過在實務當然要考量的東西更多，並不是一昧的提高就是好，像是現實世界的雜訊、ADC 轉換時間等等，待日後有機會再來分享。回到上述討論的兩個參數，ESP32 也提供了對應的方法可以設定：

  1. ADC  電壓輸入範圍：這個就是可以設定輸入的電壓範圍，因為 ESP32 的內部類比數入電壓可以接收的範圍就是 1V，所以這邊有提供 4 個將調整外部電壓範圍的設定：ADC.ATTN_0DB、ADC.ATTN_2_5DB、ADC.ATTN_6DB、ADC.ATTN_11DB，可以參考 MicorPython 官網的ADC使用說明 來進行調整，程式方法如下：adc0.atten(ADC.ATTN_11DB)
  2. ADC取樣解析度：一樣有4種參數可以設定 ADC.WIDTH_9BIT、ADC.WIDTH_10BIT、ADC.WIDTH_11BIT、ADC.WIDTH_12BIT，設定的方法為 adc0.width(ADC.WIDTH_9BIT)

2. 電路接法

現在我們來實際利用一個簡單的可變電阻來進行實驗，或者可找一個輸出類比電壓上限為 3.3V 的感測器模組也行，記得 ESP32 硬體的腳位上限電壓是 3.6V，超過就會損壞IC腳位（而且通常是不可恢復的），下面為利用可變電阻的實驗範例：（利用 Gpio32 讀取電壓）

ADC Function
ADC Function

3. 程式功能

這次我們練習一個簡單的功能，利用 Gpio32 讀取可變電阻的分壓，當電壓低於0.8V 時，開啟 ESP32 模組內建的 LED(Gpio2)，分壓大於 0.8V 時就關閉 LED，這個應用其實就是類似小夜燈的概念，把可變電阻換成光敏電阻的模組即可。

from machine import ADC,Pin
import time
adc0=ADC(Pin(32))
adc0.atten(ADC.ATTN_11DB)  
led0=Pin(2,Pin.OUT)     

try:
    while 1:
        adc_val=(adc0.read()/4095*3.3)
        if adc_val>0.8:
            led0.value(0)
        else:
            led0.value(1)
        print('{}v'.format(adc_val))
        time.sleep(0.5)
except Exception as e:
    print(e)

> 程式講解

from machine import ADC,Pin
import time
adc0=ADC(Pin(32))
adc0.atten(ADC.ATTN_11DB)  
led0=Pin(2,Pin.OUT)

匯入 machine 的 ADC、Pin 模組，並建立 Gpio32 的類比轉換物件 adc0，設定該腳位的輸入電壓上限為 3.6V，JIMI哥沒有設定 ADC 的解析度是因為預設為 12 bit輸出值（adc0.width(ADC.WIDTH_12BIT)）。同時將 Gpio2 設為 output 輸出。

while 1:
        adc_val=(adc0.read()/4095*3.3)
        if adc_val>0.8:
            led0.value(0)
        else:
            led0.value(1)
        print('{}v'.format(adc_val))
        time.sleep(0.5)

在 while 的主要迴圈內，第 9 行讀取該腳位的轉換值後，將其轉換成實際的電壓值放入 adc_val 這個變數內；第 10-13 行判斷電壓的準位決定是否點亮 LED 或關閉，接續程式碼每隔 0.5 秒印出目前的電壓值。

4. 結語

ADC 可以應用的範圍廣泛，像光敏電阻、聲音感測模組等，數值取樣進控制器後，也可以搭配所謂的演算法濾波，實踐純硬體較難實現的功能，而 ESP32 目前可以提供 6 支腳位可以進行類比轉換功能，一般應用應該足夠，如果不夠的話，也可以用所謂外接ADC IC 透過 I2C 或 SPI 通訊協定進行擴充也是可以的，今天這篇就先分享到這邊，如果各位朋友實驗上有遇到任何問題，歡迎下面留言討論，謝謝囉！

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