ADC的读取调整

步骤1：什么是AD转换器？

AD转换器是一种能够将模拟（连续）量转换为数字（离散）值的电路。这意味着什么？这意味着尽管数字值只能假设零和一的组合所形成的离散值，但模拟量可以假设范围内的任何值。例如，如果我们测量理想AA电池的电压，则可以找到0V至1.5V之间的任何值，因为这是模拟量。理想灯的输出状态必须仅假设两个状态（关闭或打开），这是一个离散的幅度。由于微控制器使用这种离散逻辑工作，因此我们需要一种能够将模拟量转换为数字量（或离散量）的电路。

步骤2：使用的资源

•一根Lolin32 Lite卡v1.0.0

•一台用于捕获的Tektronix TDS1001C示波器

•一根用于ESP32的USB电缆

•将Hantek DSO4102C示波器用作信号发生器

步骤3：ESP32 ADC

根据Espressif数据，ESP32芯片可能在测量结果中，从一个芯片到另一个芯片的误差为+/- 6％。

此外，该转换对于每个可用的读取范围都没有线性答案。乐鑫提供了一种校准方法，建议用户在认为有必要达到所需精度时采用其他方法。

我们将进行数据采集，并从中显示ADC响应和应用数学过程读取调整的示例。

有几种（更简单或更复杂的）方法可以完成这些修正。由您决定最适合您的项目。

此处显示的内容具有说明性目的，并尝试解决在调整过程中可以观察到的有趣点。

步骤4：使用的电路

我使用了示波器，其信号发生器的频率高达25 MHz，即Hantek DSO4102C。我们产生了由ESP A/D和示波器读取的波形。收集的数据记录在csv和电子表格中，我将在文章末尾进行下载。

第5步：使用过的符号

我们选择了一个低频梯形信号，该信号可以访问整个转换范围内的斜坡。

步骤6：示波器获得的数据

捕获由示波器执行。数据存储在csv文件中。请注意信号的上升和下降斜率上的轻微弯曲。

步骤7：示波器获得的数据（Excel中的csv文件）

我们在这里进行采样。

步骤8：ADC获得的数据

通过更改传输串行速率，我们可以查看ADC捕获的数据。观察梯形信号的变形。

在Arduino IDE串行绘图仪上观察到的数据

步骤9：ADC获得的数据-Excel

使用更高的速率和串行终端，我们可以捕获值并将其应用到Excel中进行比较。

步骤10：爬坡的比较

我们比较两个挡块的两个攀登坡道。

请注意两个坡道上出现的曲率。

请注意同样，对于相同的斜坡，ESP32的采样数要比示波器多。

步骤11：计算采样数

由于ESP32提供的样本数量比示波器多，因此我们需要将这些值均等化，因为它们将用作比较两条曲线的指标。

为此，我们将进行直接比较。

我们有305个示波器斜坡样本和2365个ADC斜坡样本。

因为这些斜坡属于在相同的范围内，可以说每个示波器大约有7.75个ADC采样。

将每个示波器采样的索引乘以相同的曲线，但是索引等于ADC和重新分配的数据。

要填充新职位的缺失数据，我们将应用一条曲线，以统计方式拟合已知数据。

步骤12：填补空白-趋势线

选择已知数据（蓝点），方法是单击，然后用右键单击，我们选择：“添加趋势线。. 。”

在出现的窗口中，我们选择多项式类型（阶数2就足够了。）

我们还选中了“在图表中查看方程式”和“显示”图表中的R平方值”。

我们单击“关闭”。

步骤13：填补空白-2级多项式曲线

Excel为我们提供了两条新信息：

请记住，距离1越近，方程越合适。

我们不需深入研究所涉及的数学，而仅将其用作工具即可。

步骤14：填补空白-评估函数

让我们填补用等式生成的数据在采样间隙中。然后，逐点比较它们。

y = -9E-08x2 + 0，0014x + 0，1505

R²= 0 ，9999

示波器电压= -9E-08 * index2 + 0，0014 * index + 0，1505

步骤15：将示波器电压转换为等效值以与ADC进行比较

让我们利用这一点还将示波器电压的值转换为等效ADC

由于在ESP32的ADP中获得的最高值为4095，相当于相同索引的2.958V读数，我们可以这样说：

每个示波器的测量电压大约等于AD的1384.4单位。因此，我们可以将示波器的所有测量值乘以该值。

步骤16：比较获得的两个斜坡

可视化

步骤17：ADC读数差异的行为（错误）

下面的曲线显示了ADC读数的差异如何随测量变化的行为。通过收集这些数据，我们可以找到校正函数。

要找到此曲线，我们只需绘制每个度量中的差异作为每个可能AD位置（0至4095）的函数即可。

p》

步骤18：ADC读取差异行为-查找校正函数

我们可以在Excel中通过添加趋势线来确定校正函数，现在已达到较高的程度，直到它完全适合我们的数据为止。

步骤19：使用其他软件

用于确定曲线的其他有趣软件是PolySolve，可直接在以下链接上使用：https：//arachnoid.com/polysolve/或作为Java应用程序下载

它允许应用高级多项式回归和格式化函数以及其他功能的交付。

要使用它，只需在第一行文本中输入数据即可。框。数据必须遵循X，Y的顺序，并以逗号或制表符分隔。请谨慎使用正确的点作为小数点。

如果正确设置了输入数据的格式，则会在下一个框中显示一个图表。

这是我们ADC误差曲线的变化方式。

此窗口将显示回归的结果，包括函数充足性数据，该数据可以用几种方式格式化其输出：作为C/C ++函数，系数列表，函数

注意：注意小数点分隔符

步骤20：常量和设置（）

I在此处指出用于模拟捕获的GPIO。我初始化了串行端口以及用于模拟捕获的引脚。

const int pin_leitura = 36; //GPIO usado para captura analógica

void setup（） {

Serial.begin（1000000）; //Iniciciando a porta serial somente para debug

pinMode（pin_leitura， INPUT）; //Pino utilizado para captura analógica

}

步骤21：循环（）和校正函数

我们会捕获调整后的电压，然后打印带有或不带有正确校正的值。

void loop（） {

int valor_analogico = analogRead（pin_leitura）; //realiza a captura da tensão ajustada

//Serial.print（valor_analogico + f（valor_analogico））; //imprime os valores para debug （COM CORREÇÃO）

Serial.print（valor_analogico）; //imprimime os valores para debug （SEM CORREÇÃO）

Serial.print（“，”）;

Serial.print（4095）;//cria uma linha para marcar o valor máximo de 4095

Serial.print（“，”）;

Serial.println（0）; //cria uma linha para marcar o valor mínimo de 0

}

第12行中的通知中，我们可以选择使用

步骤22：使用PolySolve校正函数

在这里，我们在Arduino IDE内部使用PolySolve函数

/*

Mode： normal

Polynomial degree 6， 2365 x，y data pairs

Correlation coefficient （r^2） = 9，907187626418e-01

Standard error = 1，353761109831e+01

Output form： C/C++ function：

Copyright © 2012， P. Lutus -- http://www.arachnoid.com. All Rights Reserved.

*/

double f（double x） {

return 2.202196968876e+02

+ 3.561383996027e-01 * x

+ 1.276218788985e-04 * pow（x， 2）

+ -3.470360275448e-07 * pow（x， 3）

+ 2.082790802069e-10 * pow（x， 4）

+ -5.306931174991e-14 * pow（x， 5）

+ 4.787659214703e-18 * pow（x， 6）;

}

注意逗号分隔作为小数点分隔符。

步骤23：带有校正的捕获-绘图仪序列

步骤24：计算成本

要执行多项式计算，处理器必须处理此任务。这可能会导致执行延迟，具体取决于源代码和可用的计算能力。

在这里，我们看到了使用多项式多项式的测试结果表。注意使用pow（）函数的时间与不使用pow（）函数的时间之间的时差。

步骤25：测试代码-设置（）和循环启动（）

在这里，我们有测试中使用的代码。

void setup（） {

Serial.begin（1000000）; //Iniciando a porta serial somente para debug

}

void loop（） {

float valor_analogico = 500.0; //um valor arbtrario

float quantidade = 10000.0; //quantidade de chamadas

float contador = 0.0; //contador de chamadas

步骤26：测试代码-循环（）和处理

我使用了micros（）函数来获取以微秒为单位的值。

//============= inicia o processo

float agora = micros（）; //marca o instante inicial

while （contador 《 quantidade） {

//v（valor_analogico）; //função vazia

//r（valor_analogico）; //função com retorno

//f0（valor_analogico）; //grau 0

//f1（valor_analogico）; //grau 1

//f2（valor_analogico）; //grau 2

//f3（valor_analogico）; //grau 3

//f4（valor_analogico）; //grau 4

//f5（valor_analogico）; //grau 5

//f6（valor_analogico）; //grau 6

//f13_semPow（valor_analogico）; //grau 13º SEM a função POW

//f13_comPow（valor_analogico）; //grau 13º COM a função POW

contador++;

}

agora = （micros（） - agora） / quantidade; //determina o intervalo que se passou para cada iteração

//============= finaliza o processo

步骤27：测试代码-循环（）-结果

我们打印从13级函数返回的值（带有和不带有POW进行比较）以及处理间隔。

//imprime o valor retornado da função de grau 13 com e sem POW para comparação

Serial.print（f13_semPow（valor_analogico））; //grau 13º SEM a função POW

Serial.print（“ - ”）;

Serial.print（f13_comPow（valor_analogico））; //grau 13º COM a função POW

Serial.print（“ - ”）;

//imprime o intervalo do processamento

Serial.println（agora， 6）;

}

步骤28：测试代码-使用的函数

空度为0和1的函数（仅带返回）。

//FUNÇÃO VAZIA

double v（double x） {

}

//FUNÇÃO SOMENTE COM RETORNO

double r（double x） {

return x;

}

//FUNÇÃO DE GRAU 0

double f0（double x） {

return 2.202196968876e+02;

}

//FUNÇÃO DE GRAU 1

double f1（double x） {

return 2.202196968876e+02

+ 3.561383996027e-01 * x;

}

2、3和4级函数。

//FUNÇÃO DE GRAU 2

double f2（double x） {

return 2.202196968876e+02

+ 3.561383996027e-01 * x

+ 1.276218788985e-04 * pow（x， 2）;

}

//FUNÇÃO DE GRAU 3

double f3（double x） {

return 2.202196968876e+02

+ 3.561383996027e-01 * x

+ 1.276218788985e-04 * pow（x， 2）

+ -3.470360275448e-07 * pow（x， 3）;

}

//FUNÇÃO DE GRAU 4

double f4（double x） {

return 2.202196968876e+02

+ 3.561383996027e-01 * x

+ 1.276218788985e-04 * pow（x， 2）

+ -3.470360275448e-07 * pow（x， 3）

+ 2.082790802069e-10 * pow（x， 4）;

}

5和6级函数。

//FUNÇÃO DE GRAU 5

double f5（double x） {

return 2.202196968876e+02

+ 3.561383996027e-01 * x

+ 1.276218788985e-04 * pow（x， 2）

+ -3.470360275448e-07 * pow（x， 3）

+ 2.082790802069e-10 * pow（x， 4）

+ -5.306931174991e-14 * pow（x， 5）;

}

//FUNÇÃO DE GRAU 6

double f6（double x） {

return 2.202196968876e+02

+ 3.561383996027e-01 * x

+ 1.276218788985e-04 * pow（x， 2）

+ -3.470360275448e-07 * pow（x， 3）

+ 2.082790802069e-10 * pow（x， 4）

+ -5.306931174991e-14 * pow（x， 5）

+ 4.787659214703e-18 * pow（x， 6）;

}

使用POW的13级函数。

//FUNÇÃO DE GRAU 13 USANDO O POW

double f13_comPow（double x） {

return 2， 161282383460e+02

+ 3， 944594843419e-01 * x

+ 5， 395439724295e-04 * pow（x， 2）

+ -3， 968558178426e-06 * pow（x， 3）

+ 1， 047910519933e-08 * pow（x， 4）

+ -1， 479271312313e-11 * pow（x， 5）

+ 1， 220894795714e-14 * pow（x， 6）

+ -6， 136200785076e-18 * pow（x， 7）

+ 1， 910015248179e-21 * pow（x， 8）

+ -3， 566607830903e-25 * pow（x， 9）

+ 5， 000280815521e-30 * pow（x， 10）

+ 3， 434515045670e-32 * pow（x， 11）

+ -1， 407635444704e-35 * pow（x， 12）

+ 9，871816383223e-40 * pow（x，13）;

}

不使用13级函数POW。

//FUNÇÃO DE GRAU SEM USAR O POW

double f13_semPow（double x） {

return 2， 161282383460e+02

+ 3， 944594843419e-01 * x

+ 5， 395439724295e-04 * x * x

+ -3， 968558178426e-06 * x * x * x

+ 1， 047910519933e-08 * x * x * x * x

+ -1， 479271312313e-11 * x * x * x * x * x

+ 1， 220894795714e-14 * x * x * x * x * x * x

+ -6， 136200785076e-18 * x * x * x * x * x * x * x

+ 1， 910015248179e-21 * x * x * x * x * x * x * x * x

+ -3， 566607830903e-25 * x * x * x * x * x * x * x * x * x

+ 5， 000280815521e-30 * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x

+ 3， 434515045670e-32 * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x

+ -1， 407635444704e-35 * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x

+ 9， 871816383223e-40 * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x;

}

责任编辑：wv