第 10 课：电位器与 ADC

我是吴老师。这节课是「模块熟悉」单元的开篇，也是整套课里一个重要的分界线。

前面几节课你接触的输入，都是数字的——按钮要么按下、要么没按，没有中间状态。非黑即白。

从这节课开始，我们进入模拟的世界——连续变化的量。光线有多亮、温度有多高、声音有多响，这些都不是"是/否"，而是"多少"。

而电位器，是最适合入门模拟输入的东西。因为它最简单：你转一下旋钮，数值就变。

一、先认识电位器

电位器就是一个能拧的旋钮。你家里的音响音量旋钮、老式台灯的调光旋钮，都是这东西。

它长这样：一个蓝色的方块，上面有个小十字槽，可以用小螺丝刀拧。

注意最后一行——模拟引脚只有 6 个。 这件事第 4 课提过：

ESP32-C3 能用的引脚有 13 个，但支持模拟输入的只有 GPIO0 到 GPIO5 这 6 个。

你手上的光敏、热敏、麦克风、电位器，全都要往这 6 个里面挤。 接之前先规划好。

好，接好了。现在跑一下程序，拧旋钮看数字——你大概会看到它从 0 慢慢变到 4095。

为什么是 4095？ 这就是这节课要讲的东西。

二、ADC：把电压翻译成数字

先抛出一个问题。

你的手拧旋钮，这是个物理动作。板子读到的是一串数字。这中间发生了什么？

答案叫 ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）。

它干的事，说白了就是"翻译"：

• 引脚上的电压是连续的——理论上可以是 1.23456…… 伏，有无数种可能
• 而数字只能是一格一格的，不能有无穷多种

ADC 把电压切成 4096 格，看它在第几格。

为什么要切成 4096 格？ 因为 ESP32-C3 的 ADC 是 12 位的。

"12 位"的意思是：用 12 个二进制位来表示一个数。 2 的 12 次方 = 4096，所以能表示 0 到 4095 这 4096 个值。

打个比方：你用一把尺子量东西。尺子上有多少条刻度线，你就能量得多细。

• 8 位 ADC = 尺子上 256 条刻度 → 比较粗
• 10 位 ADC = 1024 条刻度 → 中等（这是老式 Arduino Uno 的水平）
• 12 位 ADC = 4096 条刻度 → 比较细（我们的板子）

这里有个特别容易搞混的地方，我要提醒你：

网上很多教程写"模拟读数范围是 0~1023"——那是 Arduino Uno，不是我们的板子。

你要是照着一份 Uno 的教程写 if (读数 > 500)，在你的板子上可能完全不 work，因为你的范围是 0~4095，500 在那上面是非常暗的水平。

看教程先看它是哪块板子。 这个坑很常见。

三、电位器凭什么能调电压

现在回答另一个问题：转旋钮，电压为什么会变？

答案是分压。

电位器内部其实是两个电阻串联，而那个旋钮控制的是两个电阻的比例：

• 你往一头拧 → 上面那个电阻变小，中间点的电压接近 3.3V
• 你往另一头拧 → 下面那个电阻变小，中间点的电压接近 0V
• 拧到中间 → 电压大概是一半

而板子读的，就是那个"中间点"的电压。

所以：

这套"两个电阻分压"的结构，不只是电位器有——光敏、热敏内部也是同样的原理。

区别只是：电位器是你用手转，光敏是光线强弱自动改变其中一个电阻的阻值，热敏是温度改变。

所以这节课学明白了，后面光敏、热敏、麦克风那几节课，你就只需要学"是什么在改变电阻"，原理部分是共通的。

四、动手：读一个模拟值

代码跟读按钮几乎一样，就一个词的区别：

int value = analogRead(0);    // 读 GPIO0 上的模拟值

注意是 analogRead（模拟读），不是 digitalRead（数字读）。

完整代码：

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  // 模拟输入不需要 pinMode
}

void loop() {
  Serial.println(analogRead(0));
  delay(200);
}

有个细节要说明

你注意到没有——我没有写 pinMode。

按钮那节课我写了 pinMode(4, INPUT_PULLUP)，这里为什么不用？

因为模拟引脚不需要设置方向。它天生就是用来读的，不存在"输入还是输出"的选择，所以不用 pinMode。

那要不要 INPUT_PULLUP 呢？也不要。

上拉电阻是为了让数字引脚有个确定的默认电平（还记得那个"悬空乱飘"的问题吗）。

而模拟引脚读的是电压值本身——如果给它加上拉，那就等于给读数加了个偏移量，反而读不准了。模拟输入要的就是那个原始电压。

烧进去，打开串口监视器，然后慢慢拧旋钮。

你会看到数字平滑地变化，从 0 到 4095，中间有无数个值。

这就是"模拟"和"数字"的直观区别。 按钮只有两种可能，而它有你拧不完的中间值。

五、把数字变回电压

现在你已经会"读"了。再往前一步：怎么知道它对应的电压是多少？

其实很简单——反着算：

所以换算公式是： 电压 = 读数 ÷ 4095 × 3.3

这里有个坑： 严格来说，4095 对应的是 3.3V，但实际板子上不一定正好是 3.3V。

而且 ADC 本身有误差，参考电压也可能有偏差。所以别指望换算出小数点后两位——你的读数大概有个百分之几的误差是正常的。

想知道准不准？用万用表量一下那个引脚的实际电压，跟你算出来的比一比。 这就是第 5 课那个本事用在这儿。

验证一下：你把旋钮拧到中间，代码读出来 2048，然后拿万用表量 OUT 脚——应该是 1.65V 左右。

对上了，说明你理解了；对不上，那就有意思了——去查为什么。

六、这节课真正的意义

表面上看，你只是学会了读一个旋钮。

但实际发生的事比这大得多。

你回想一下：

• 按钮只能告诉你"按了"或"没按"——两种可能
• 电位器能告诉你 0 到 4095 之间的4096 种可能

这个跳跃，就是数字世界和模拟世界的分界线。

为什么这件事重要？ 因为真实世界绝大多数东西都是连续的：

"是/否"类的问题，用 digitalRead；"多少"类的问题，用 analogRead。

你后面要学的光敏、热敏、麦克风，全是第二类。所以这节课的 analogRead 和那个 0~4095，你会反复用到。

还有一件事值得你自己想一想：既然 ADC 把连续的电压切成了 4096 格，那切掉的那些部分去哪了？

答案是——丢掉了。1.23456V 和 1.23457V 可能落在同一格里，读出来是同一个数。

这就是"精度"的含义：格子越密，丢失的信息越少。这就是为什么大家追求"16 位 ADC""24 位 ADC"——不是为了显示更多位数，是为了少丢一点信息。

自测

本节你要动手做的事

• [ ] 接好电位器：VCC→3.3V，GND→GND，OUT→ 一个模拟引脚（GPIO0~GPIO5）
• [ ] 跑通读数：拧旋钮，看着数字在 0~4095 之间变化
• [ ] 记两个极端：拧到两个尽头，记下最大和最小的读数分别是多少
• [ ] 用万用表验证：拧到中间，看代码读数是多少；再用万用表量 OUT 脚的电压，看看跟你算出来的一样不一样
• [ ] 做个"亮度调节"：用这个读数去控制 LED 的亮灭——比如"读数过半就亮灯"（提示：这需要 if，第 9 课学的）

这节课的内容不多，但它的位置很关键。

后面你要学的光敏、热敏、麦克风，全是模拟输入——它们读回来的都是一段连续的值，都用 analogRead，都在 0~4095 之间。

而它们内部的原理，跟今天这个电位器一模一样：都是"某个东西改变了电阻，导致分压点电压变化"。

区别只是——电位器是手拧的，光敏是光控制的，热敏是温度控制的。

你今天把这一套走通了，后面那几节课，你就只需要关心一件事：是什么在改变那个电阻。

下一节我们学光敏——你用手一遮，数字就变。那是模拟输入里最直观的一个。