树莓派 Pico ADC温度测量

1 工作原理

1.1 ADC基础原理介绍

树莓派Pico内置5个ADC引脚，其中4引脚接入了内置的温度传感器。

ADC(analogue-digital converter) 也即模拟数字转换器，也就是把模拟信号转换为数字信号。

RP2040芯片上搭载的ADC能够支持12比特的数模转换: 000~2122^{12}212
RP2040工作电压范围为: 0~3.3V。

可以得到电压与ADC采集参数的换算关系如下：

factor=3.3212factor = \frac {3.3}{ 2^{12}} \qquad factor=2123.3

设ADC读数为 nnn ，那么电压vvv为：

v=n∗3.3212v = n * \frac {3.3}{ 2^{12}} \qquad v=n∗2123.3

详见 [1] 4.9. ADC and Temperature Sensor

1.2 温度传感器

由于ADC直连温度传感器，温度传感器将会把温度以电压的形式反馈输出到ADC中，由ADC转换为数值。

根据官方给出的物理参数可知：

ADC 4通道接入温度传感器，见ADC图电路图。
温度27°C时，电压为 0.706V。
温度与电压变换的函数的斜率为 -1.721mV/°C，翻译一下就是每增加1°C那么电压下降0.001721V。

设温度为TTT，当前温度传感器的电压为vvv，可得到如下关系：

T=27−(v−0.706)0.001721T = 27 - \frac {(v - 0.706)}{0.001721} \qquad T=27−0.001721(v−0.706)

电压vvv可以通过ADC的读数nnn通过转换公式得到，这样我们就可以通过ADC读数计算出当前温度：

T=27−(n∗3.3212−0.706)0.001721T = 27 - \frac {(n * \frac {3.3}{ 2^{12}} \qquad - 0.706)}{0.001721} \qquad T=27−0.001721(n∗2123.3−0.706)

详见 [1] 4.9.4

2. 开发

为了能够直观看到温度，我们需要通过串口将温度打印出来需要启用USB UART。
由于这次还需要使用ADC硬件外设，因此还需需要链接hardware_adc库。

Makefile.txt关键内容如下：

add_executable(adc_temp main.c)
target_link_libraries(adc_temp pico_stdlib hardware_adc)pico_enable_stdio_usb(adc_temp 1)
pico_enable_stdio_uart(adc_temp 0)pico_add_extra_outputs(adc_temp)

程序方面：

初始化IO。
初始化ADC
启用温度传感器。
ADC选择4号引脚读取。
循环读取计算温度。

#include "pico/stdio.h"
#include "hardware/adc.h"
#include "pico/stdlib.h"
#include <stdio.h>// 数模转换器为 0~3.3v 最大值为 12bit
const float conversion_factor = 3.3f / (1 << 12);int main() {float v;float t;stdio_init_all();printf("Use adc channel 4, measuring temptutre\n");// ADC初始化adc_init();adc_set_temp_sensor_enabled(true);adc_select_input(4);while (true) {// 数字转换为电压v = adc_read() * conversion_factor;t = 27 - (v - 0.706) / 0.001721;printf("%.2f\n", t);sleep_ms(1000);}return 0;
}

程序烧录后读数如下：

可以发现读数并不准确，根据官方说法根据设备情况的不同，温度随电压的斜率可能会不一致，需要用户校准，才可以获得较为准确的读数。

参考文献

[1]. raspberrypi . rp2040 datasheet . 2021.11. https://datasheets.raspberrypi.com/rp2040/rp2040-datasheet.pdf
[2]. raspberrypi . pico-examples . hello_adc . https://github.com/raspberrypi/pico-examples/blob/master/adc/hello_adc/hello_adc.c