ADC模数转换：硬件设计要点与软件开发实践

ADC模数转换的性能优化需从硬件与软件两方面入手。硬件设计需解决信号噪声、参考源精度及电源去耦问题；软件开发需合理配置ADC外设、实现数据滤波及异常处理。本文将从硬件设计要点到软件开发实践，系统梳理ADC转换的关键技术，为嵌入式系统中的ADC应用提供实用方案。

本文将分享硬件参考设计及LuatOS开发相关API，带你快速了解ADC的软硬件实现要点。

01. 模组相关管脚

Air780EPM系列模组与ADC相关的管脚，包括：

ADC0，PIN9；

ADC1，PIN96；

ADC2，PIN77；

ADC3，PIN76；

02. 主要功能说明

虽然我们在沟通和交流中习惯称为ADC，但更为准确的称呼应该是AUXADC，AUXADC是芯片内部的辅助ADC通道，主要用于温度监测、电池电量检测等。

Air780EPM系列模组共有4个AUXADC通道，包含以下三个主要功能：

1）外接模拟电压信号检测通路

选择内部分压电路，适用于外接信号电压范围为0~3.3V；

选择直通AUXADC输入端的通路，适用于电压范围0~1.6V；或经外部分压后在1.6V，分压后电压范围需控制 0~1.6V。

2）VBAT电压检测通路

VBAT电压经过分压电路到达AUXADC输入口。

3）温度传感器检测通路

模组芯片内部温度检测：芯片温度发生变化时，片内Thermal Sensor的电压信号也会随之变化，将THM_VBE信号送至AUXADC测试。

▼ ADC内部框图 ▼

相关注意事项如下：

图中用AIO表示从外部输入到模组内部AUXADC的部分，可以理解为直接连接到模组ADC管脚的电平；

片内电阻绝对偏差：
MAX= ±8.5%(-40~85 ℃)；

片内电阻的相对偏差，阻值比误差：
MAX=+/-0.15%(-40~85 ℃)；

AUXADC可以选择内部分压，也可以选择外部分压，不管选择外部分压还是内部分压，都需要调整合适的分压比，保证AUXADC输入端电压在0~1.6V范围；

当被测电压低于1.6V时：
外部无需分压，内部也无需分压；

LuatOS ADC函数对应选择：

adc.ADC_RANGE_MIN

当被测电压低于3.3V时：
外部无需分压，内部需要分压至1.6V以内，LuatOS已将该部分在底层做好，ADC函数对应选择：

adc.ADC_RANGE_MAX

当被测电压大于3.3V时：
内部无需分压，外部需要分压至1.6V以内，LuatOS已将该部分在底层做好，ADC函数对应选择：

adc.ADC_RANGE_MIN

读取模组芯片温度的常量为：

adc.CH_CPU
可检测温度范围为-40 °C~85 °C ，外部硬件电路上无需任何操作；

读取VBAT电压的常量为：

adc.CH_VBAT
电压范围为2.2_{4.8V；在VBAT输入电压范围3.3}4.35V之内，外部硬件电路上无需任何操作。

03. ADC性能参数

分辨率：12bit

时钟频率（Fc）：1.625MHz~6.5MHz

采样频率：Fc/16

典型功耗：500μA

更多参数说明，详见下方图表：

04. 注意事项及硬件参考设计

AUXADC的有效输入范围为0.1_1.5V，在00.1V和1.5~1.6V范围可能存在较大误差，不建议使用；

外部分压时，如果AUXADC输入电压无法满足低于1.6V，以NTC电阻为例，可使用如下图右侧所示电路进行分压设计：

如果不希望ADC变化太快，可以通过软件算法处理，过滤掉变化较大的数值，也可以在硬件电路上增加滤波电路；

比如，外部分压时，可以增加滤波电容增加ADC输入稳定性，但缺点是ADC的细微变化会被过滤掉，请根据实际需要谨慎选择。

特别说明：
R300可以增加ESD能力，阻值建议为510Ω，不建议使用K级阻值的电阻。

参考设计如下图示：

**05. 与ADC相关的LuatOS API

关于LuatOS中ADC相关API的介绍，详见：

https://docs.openluat.com/osapi/core/adc/

特别说明：

所有ADC共用一个通道，同时只能调用一路ADC采样，包括芯片温度、VBAT电压；

ADC打开( adc.open() )后，会产生约500μA的功耗，如需低功耗控制，请将ADC关闭( adc.close() )；

示例代码：

今天的内容就分享到这里了~