ESP32 for Arduino 模拟信号开发学习笔记

一、基础概念与核心函数

（一）模拟输入

ESP32 可通过 analogRead(pin) 读取模拟信号，默认 ADC 分辨率 12 位，返回值范围 0~4095，对应电压 0~3.3V 。若需调整精度，用 analogSetWidth(bits) ，bits 取 9~12 ，如设为 10 ，返回值范围变为 0~1023 。

（二）模拟输出

ESP32 无 Arduino 传统 analogWrite() ，改用 LEDC、SigmaDelta、DAC 三种方式。常用 LEDC（基于 PWM ，16 通道），需三步配置：

1. ledcSetup(channel, freq, bit_num) ：设通道参数（通道 0~15 、频率、占空比分辨率 1~16 ）。
2. ledcAttachPin(pin, channel) ：关联引脚与通道。
3. ledcWrite(channel, value) ：输出占空比，控制设备（如 LED 亮度）。

二、代码实践与解析

（一）基础模拟输入（读取电位器值）

const int potPin = A0; // 定义模拟输入引脚（接电位器）
void setup() {
  pinMode(potPin, INPUT); // 设为输入模式
  Serial.begin(115200); // 初始化串口，波特率115200
  analogSetWidth(10); // 设ADC精度为10位，返回值0~1023
}
int val;
void loop() {
  val = analogRead(potPin); // 读模拟值
  Serial.println(val); // 串口打印
  delay(10); // 延时防抖
}

说明：通过电位器改变电压，analogRead 读取后串口输出，analogSetWidth 灵活调整精度适配场景。

（二）基础模拟输出（LED 亮灭控制）

const int ledPin = 27; // 定义LED引脚
void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT); // 设为输出
  ledcSetup(0, 5000, 10); // 通道0，频率5000Hz，占空比分辨率10位（0~1023）
  ledcAttachPin(ledPin, 0); // 引脚27关联通道0
}
void loop() {
  ledcWrite(0, 1023); // 占空比最大，LED最亮
  delay(1000); 
  ledcWrite(0, 0); // 占空比0，LED灭
  delay(1000); 
}

说明：ledcSetup 配置通道，ledcAttachPin 绑定引脚，ledcWrite 控制占空比实现亮灭循环。

（三）模拟输入控制输出（电位器调 LED 亮度）

const int ledPin = 27; 
const int potPin = A0; 
void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  pinMode(potPin, INPUT);
  ledcSetup(0, 5000, 10); // 通道0，频率5000Hz，分辨率10位
  ledcAttachPin(ledPin, 0); 
  Serial.begin(115200);
  analogSetWidth(10); // ADC精度10位
}
int val;
void loop() {
  val = analogRead(potPin); // 读电位器值
  Serial.println(val); 
  ledcWrite(0, val); // 直接用读取值控制占空比
  delay(10); 
}

说明：电位器值实时改变 ledcWrite 占空比，实现 LED 亮度随电位器转动渐变，体现“输入 - 处理 - 输出”闭环。

（四）进阶：映射函数适配范围（精准调亮度）

const int ledPin = 27; 
const int potPin = A0; 
void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  pinMode(potPin, INPUT);
  ledcSetup(0, 5000, 8); // 通道0，分辨率8位（0~255）
  ledcAttachPin(ledPin, 0); 
  Serial.begin(115200);
  analogSetWidth(12); // ADC精度12位（0~4095）
}
int val;
void loop() {
  val = analogRead(potPin); // 读12位值（0~4095）
  Serial.println(val); 
  val = map(val, 0, 4095, 0, 255); // 映射到8位范围（0~255）
  ledcWrite(0, val); // 控制LED
  delay(10); 
}

说明：map 函数将 12 位输入（0~4095）映射到 8 位占空比范围（0~255），解决输入输出分辨率不匹配问题，让亮度调节更线性、精准。

（五）双 LED 渐变控制（循环亮暗）

const int ledPin1 = 27; 
const int ledPin2 = 26; 
void setup() {
  pinMode(ledPin1, OUTPUT);
  pinMode(ledPin2, OUTPUT);
  ledcSetup(0, 5000, 8); // 通道0，分辨率8位（0~255）
  ledcSetup(1, 5000, 8); // 通道1，参数同通道0
  ledcAttachPin(ledPin1, 0); // 引脚27-通道0
  ledcAttachPin(ledPin2, 1); // 引脚26-通道1
}
void loop() {
  // 从暗到亮
  for (int light = 0; light <= 255; light++) { 
    ledcWrite(0, light); // 通道0占空比递增
    ledcWrite(1, light); // 通道1占空比递增
    delay(10); // 延时控制渐变速度
  }
  // 从亮到暗
  for (int light = 255; light >= 0; light--) { 
    ledcWrite(0, light); // 通道0占空比递减
    ledcWrite(1, light); // 通道1占空比递减
    delay(10); 
  }
}

说明：用 for 循环实现双 LED 同步渐变，ledcWrite 按循环变量调整占空比，delay 控制渐变节奏，打造灯光呼吸效果。

三、总结与扩展

通过上述代码，可掌握 ESP32 模拟信号 输入读取、输出控制、分辨率适配 核心逻辑。实际开发中，可结合传感器（如光敏、温度）拓展应用：

• 光敏电阻接模拟输入，实时调节 LED 亮度模拟“环境光感应”；
• 温度传感器（模拟型）读取值映射为 PWM 占空比，驱动风扇调速。

多尝试不同函数组合、引脚配置，就能用 ESP32 玩转模拟信号，搭建创意硬件项目啦！

ESP32 for Arduino 模拟信号入门教程

一、模拟信号基础概念

在电子设备中，信号分为数字信号和模拟信号：

• 数字信号：只有0和1两种状态（高低电平）
• 模拟信号：可以是连续变化的数值（如声音、光线、温度等）

ESP32作为一款功能强大的单片机，支持模拟信号的输入和输出，这为我们制作调光、调速、传感器数据采集等项目提供了可能。

二、ESP32模拟信号输入

1. 核心函数：analogRead()

用于从指定引脚读取模拟信号，基本语法：

int value = analogRead(pin); // pin为指定的模拟输入引脚

2. 输入特性

• 默认精度为12位，返回值范围：0～4095
• 对应电压范围：0～3.3V（4095对应3.3V，0对应0V）
• 可用引脚：共15个，推荐使用A0、A3、A4、A5、A6、A7（尤其开启WiFi时）

3. 精度设置：analogSetWidth()

可以通过该函数修改模拟输入的精度，语法：

analogSetWidth(bits); // bits取值范围9～12

不同精度对应的返回值范围：

• 9位：0～511
• 10位：0～1023
• 11位：0～2047
• 12位：0～4095（默认）

4. 基础示例：读取电位器值

const int potPin = A0; // 定义电位器连接的引脚
int val; // 存储读取到的数值

void setup() {
  pinMode(potPin, INPUT); // 设置引脚为输入模式
  Serial.begin(115200); // 初始化串口通信
  // 可选：设置精度
  // analogSetWidth(10); // 设置为10位精度，返回值0-1023
}

void loop() {
  val = analogRead(potPin); // 读取模拟值
  Serial.print("电位器值：");
  Serial.println(val); // 串口打印数值
  delay(100); // 延时100ms
}

三、ESP32模拟信号输出

ESP32没有Arduino UNO的analogWrite()函数，而是提供了三种模拟输出方式：

• LEDC：基于PWM的16通道输出（最常用）
• SigmaDelta：8通道输出
• DAC：硬件2通道输出

我们主要学习最常用的LEDC方式。

1. LEDC输出三步骤

步骤1：设置通道参数 ledcSetup()

ledcSetup(channel, freq, bit_num);

• channel：通道编号（0～15）
• freq：PWM频率（如5000Hz）
• bit_num：占空比分辨率（1～16），决定输出值范围
  • 8位：0～255
  • 10位：0～1023

步骤2：绑定引脚 ledcAttachPin()

ledcAttachPin(pin, channel);

• pin：输出引脚（除34、35、36、39外的大多数引脚）
• channel：要绑定的通道（与步骤1设置的通道一致）

步骤3：输出PWM信号 ledcWrite()

ledcWrite(channel, value);

• channel：通道编号
• value：输出值（范围由步骤1的bit_num决定）

2. 基础示例：LED闪烁

const int ledPin = 27; // LED连接的引脚

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  // 步骤1：设置通道0，频率5000Hz，8位分辨率（0-255）
  ledcSetup(0, 5000, 8);
  // 步骤2：将引脚27绑定到通道0
  ledcAttachPin(ledPin, 0);
}

void loop() {
  ledcWrite(0, 255); // 最大亮度（8位分辨率的最大值）
  delay(1000);       // 亮1秒
  ledcWrite(0, 0);   // 熄灭
  delay(1000);       // 灭1秒
}

四、综合应用：模拟输入控制模拟输出

1. 电位器控制LED亮度（同范围）

const int ledPin = 27;   // LED引脚
const int potPin = A0;   // 电位器引脚
int val;                 // 存储读取值

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  pinMode(potPin, INPUT);
  
  // 设置LED输出通道：通道0，5000Hz，10位分辨率（0-1023）
  ledcSetup(0, 5000, 10);
  ledcAttachPin(ledPin, 0);
  
  Serial.begin(115200);
  analogSetWidth(10); // 输入也设为10位（0-1023），与输出范围匹配
}

void loop() {
  val = analogRead(potPin);  // 读取电位器值（0-1023）
  Serial.println(val);       // 打印数值
  ledcWrite(0, val);         // 直接用于控制LED亮度
  delay(10);
}

2. 范围映射：map()函数的使用

当输入和输出范围不同时，使用map()函数进行转换：

val = map(原数值, 原最小值, 原最大值, 目标最小值, 目标最大值);

示例：12位输入控制8位输出

const int ledPin = 27;
const int potPin = A0;
int val;

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  pinMode(potPin, INPUT);
  
  // 输出：8位分辨率（0-255）
  ledcSetup(0, 5000, 8);
  ledcAttachPin(ledPin, 0);
  
  Serial.begin(115200);
  analogSetWidth(12); // 输入：12位（0-4095）
}

void loop() {
  val = analogRead(potPin); // 读取0-4095
  Serial.print("原始值：");
  Serial.print(val);
  
  // 将0-4095映射到0-255
  val = map(val, 0, 4095, 0, 255);
  Serial.print("，映射后：");
  Serial.println(val);
  
  ledcWrite(0, val); // 控制LED
  delay(10);
}

3. 高级应用：LED渐变效果

使用循环实现LED从暗到亮再到暗的渐变：

const int ledPin1 = 27;
const int ledPin2 = 26;

void setup() {
  pinMode(ledPin1, OUTPUT);
  pinMode(ledPin2, OUTPUT);
  
  // 设置两个通道，都用8位分辨率（0-255）
  ledcSetup(0, 5000, 8);
  ledcSetup(1, 5000, 8);
  
  // 绑定引脚到通道
  ledcAttachPin(ledPin1, 0);
  ledcAttachPin(ledPin2, 1);
}

void loop() {
  // 从暗到亮（for循环版）
  for(int i = 0; i <= 255; i++){
    ledcWrite(0, i); // 控制第一个LED
    ledcWrite(1, i); // 控制第二个LED
    delay(15);       // 控制渐变速度
  }
  
  // 从亮到暗（while循环版）
  int light = 255;
  while(light >= 0){
    ledcWrite(0, light);
    ledcWrite(1, light);
    delay(15);
    light--; // 递减
  }
}

五、ESP32与Arduino UNO的区别

特性	ESP32	Arduino UNO
模拟输入范围	0～4095（12位）	0～1023（10位）
模拟输出函数	无analogWrite()，用LEDC系列函数	有analogWrite()
输出通道数	16个（LEDC）	6个PWM引脚
工作电压	3.3V	5V

六、常见问题解决

1. 读取值不稳定：

   • 确保接线牢固
   • 增加delay()时间
   • 尝试软件滤波（如取多次平均值）

2. 引脚冲突：

   • 开启WiFi时，避免使用特定引脚
   • 推荐使用A0、A3-A7作为模拟输入

3. 范围不匹配：

   • 始终注意输入输出的范围是否一致
   • 不同范围时务必使用map()函数转换

通过本教程，你已经掌握了ESP32模拟信号的基本用法。尝试将这些知识应用到实际项目中，比如制作一个光线感应灯、温度控制器或音乐可视化装置吧！