ADC电路介绍

一、概述

ADC 通常指模拟/数字转换器，是指将连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号的器件；

ADC 接口主要用来检测模拟电压信号量，用于电池电压检测，按键检测，温湿度检测，TDS 检测等应用；

本文主要从硬件设计的角度，着重讲解Air8101 ADC设计中的一些关键注意点，软件开发方面不做深入探讨；

二、外部ADC

和外部ADC有关的管脚参考下图方框标注的几个引脚

使用时注意：

这些ADC管脚存在复用功能，除了可以做为ADC来使用之外，还可以用做GPIO、UART、PWM、I2C、SPI、RGB等功能使用；项目设计时，如果用做了其他复用功能，就不能做为ADC使用；

Air8101有ADC1，ADC2，ADC3，ADC4，ADC5，ADC6，ADC10，ADC12，ADC13，ADC14，一共10路外部ADC；

这10路ADC复用的对应关系为：

ADC1 对应 ADC10；

ADC2 对应 ADC12；

ADC3 对应 ADC13；

ADC4 对应 ADC14；

ADC5 和 ADC6没有对应的其他ADC通道；

这里的对应关系如何理解呢？以ADC1 对应 ADC10为例，意思是在Air8101内部，ADC1和ADC10是同一个ADC通道，ADC1和ADC10不能同时使用；

Air8101的外部ADC分辨率为12bit；

Air8101的外部ADC的测量电压范围为0到2.4V，不支持内部分压；

测量不超过2.4V的外部电压时

如果外接电路的被测电压不超过2.4V时，被测电压可以直连ADC，不需要做任何电路处理；

测量超过2.4V的外部电压时

如果外部电路的北侧电压超过2.4V时，必须将外部电压使用电阻分压，使挂在ADC上的电压不超过2.4V；

那么，分压电阻怎么选择呢？

首先，取决于被测电压的值，测量最大电压5V 和最大电压12V 时的分压电阻肯定是不一样的；

其次，电阻一定要使用1%精度，这样才能尽可能的使分压比符合要求；

再次，可以在ADC输入处增加1个滤波电容，抑制高频噪声，避免ADC读数波动；

以上都是经验之谈；

现在我们以被测外部电压为5V，分压后挂在ADC上的电压为1.5V，来举例说明：

分压比要求：

Vout/Vin=1.5V/5V=0.3,

即 R2=0.3×(R1+R2),

解得 R1:R2≈2.33:1。

推荐电阻值：

上拉电阻 R1=2.4MΩ（±1%精度）

下拉电阻 R2=1.0MΩ（±1%精度）

实际分压比：

1.0MΩ/(2.4MΩ+1.0MΩ)≈0.294，

5V分压后为 5V×0.294≈1.47V，满足量程不超过2.4V的要求；

相应的，假设通过 ADC 测得的电压值时 1.47V，则可以换算出来被测电压值为：1.47V/0.294=5V；

需要特别指出的使，即便使用 MΩ 级别的电阻，系统也会存在固定的功耗浪费：

总电流： I=5V/(2.4MΩ+1.0MΩ)≈1.47μA

总功耗： P=5V×1.47μA=7.35μW

功耗极低，适合电池供电的低功耗场景。

三、内部占用的用于检测VBAT电压的ADC

Air8101每部占用了一路ADC，用于检测VBAT引脚的电压；

不需要外接任何硬件电路，直接通过软件API读取VBAT电压即可；

电压测量范围是Air8101可以正常工作的VBAT供电范围：2.5V-4.35V；

可以使用如下代码读取 VBAT 电压：

-- adc.CH_VBAT,VBAT供电电压的通道id,内部通道，直接获取，不外接任何电路

-- 打开VBAT检测的ADC通道
adc.open(adc.CH_VBAT)
-- 读取VBAT供电电压, 单位为mV
local vbat = adc.get(adc.CH_VBAT)
-- 关闭VBAT检测的ADC通道
adc.close(adc.CH_VBAT)

四、内部占用的用于检测CPU温度的ADC

Air8101每部占用了一路ADC，用于检测CPU的温度；

不需要外接任何硬件电路，直接通过软件API读取VBAT电压即可；

温度测量范围是；

可以使用如下代码读取 CPU 温度：

-- adc.CH_CPU,CPU温度检测的通道id,内部通道，直接获取，不外接任何电路

-- 打开CPU温度检测的ADC通道
adc.open(adc.CH_CPU)
-- 读取CPU温度, 单位为0.001摄氏度
local temprature = adc.get(adc.CH_CPU)
-- 关闭CPU温度检测的ADC通道
adc.close(adc.CH_CPU)

五、硬件设计指导

ADC 模拟键盘参考电路见下图

完整的Air8101硬件开发参考设计以及电源设计总体说明，参考：Air8101硬件参考设计；