树莓派PICO ADC读取

Question

为什么在Raspberry Pi Pico上获取ADC读数时不得到零？即使我将ADC引脚接地，模拟读数总是在10到20之间波动。如何将模拟读数减少到零？

Answer 1

问题

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如何让Rpi Pico做ADC，输出范围从0开始，并且希望没有10到20的波动？

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回答

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1. 我用 google 搜索，发现 How2Electronics 有一个关于 Pico ADC 的新手友好教程，其中包含简短的演示代码（参考文献 1、2。附录 B、C）。

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2. 演示代码似乎没有 OP 报告的任何问题。所以我决定在我的 Pico 设置中尝试演示代码，看看是否可以重复 OP 的情况。

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3. 我读过 Pico 数据表，其中说 Pico ADC 的内部偏移约为 30mV，并且可以通过使用 3.0V 的外部电压来减少其偏移（附录 D）。

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4. 现在OP说他的0V（信号接地）ADC结果总是在10和20之间波动。所以让我计算一下这个10~20偏移是否在Pico数据表的20~30mV内部/固有零偏移之内。由于 Pico ADC 分辨率为 12 位，如果使用 3V3 电源轨作为模拟参考，则本征值为 30mV / 3V * 4096 ~= 30/3000 * 4096 ~= 5 < 10。换句话说，OP 的零偏移似乎是规格的两倍。

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5. 我还没有验证我一贯狡猾的计算。也许我可以通过向后工作来验证它：如果偏移值为 20/4096，则以 mV 为单位的偏移量是多少。假设模拟参考为 3V3，则偏移量 mV = 3V3 * (20/4096) = 3300mV * 20 / 4096 = 16mV，看起来不错。

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6. 不管怎样，也许我可以重复OP的测试并与他的零偏移量进行比较。

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7. 我修改/扩展了 How2Electronics 的演示程序，以执行以下操作：\n(a) 使用三个 ADC 引脚 ADC0、ADC1、ADC2 进行 ADC，(b) 查找最大值、最小值、平均值并打印结果（附录F）。

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8. 然后，我使用该程序查找连接到 (a) 模拟地、(b) 启用 3V3 的 ADC0、1、2 引脚的输出。ADC 结果总结如下：

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   --- 样本输出 ---\n%Run -c $EDITOR_CONTENT\n名称 = testPicoAdcV01()\n功能 = 测试 Pico ADC 引脚 GP26, 27, 28\n日期 = 2022apr25hkt1111

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   ADC 结果 = [368, 368, 336]（ADC0、1、2 连接模拟地）\n最大值 = 368\n最小值 = 336\n平均值 = 357

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   ADC 结果 = [65391, 65519, 65519]（ADC0、1、2 连接 3V3）\n最大值 = 65519\n最小值 = 65391\n平均值 = 65476

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(a) 3V3 输入的 ADC 输出平均值为 65476，(b) 模拟接地平均值为 357，或者

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ADC 零偏移量 357/65476 = 5.45% ~= 5%，或 3V3 = 3300mV * 5% ~= 165mV。

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9. 3V3 测量范围的Pico ADC 误差规格为5% 或 150mV（尚未验证）似乎不太好。所以我正在考虑为 Pico Analog Reference 引脚使用外部 3V0 电压基准，希望能够提高精度。我将使用电压基准 IC TL431 来检查它是否良好（附录 H，参考文献 5）。

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10. 使用 2.5V 外部基准，零偏移已改善至0.4%，但仍然不是很好。我更喜欢使用 AD7705，它具有两个真正的差分输入通道，内置 PGA，并带有板载 LM285-2.5 电压基准的组装模块。

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/ 接着说， ...

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参考

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(1)如何在Raspberry Pi Pico中使用ADC - How2Electronics，2021年4月21日

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(2) Raspberry Pi Pico 完整指南 [引脚分配 + 功能 + ADC (08:56) + I2C + OLED + 内部温度传感器 + DHT11 - How2Electronics

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(3) Rpi Pico 数据表 (4.3. 使用 ADC) - Rpi

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(4) Raspberry Pi Pico 3.3V_EN 引脚控制电压查询 - EE.SE，提问于 2021jun22，浏览 1k 次

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(5) TL431/TL432精密可编程参考IC - TI

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(6) LM385B-2.5 2.5V 微功耗电压基准 - TI

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(7) Zonri ADS1256 24位采样模块，ADC模块，单/差分输入-速卖通 US$26

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(8) AD7705 SPI 2 全差分输入通道 16 位 \xce\xa3-\xce\x94 ADC、PGA 数据表 - Analog Devices

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(9) AD7705/TM7705 16位ADC模块，输入增益，可编程SPI接口，（LM285-2.5外部参考电压）- AliExpress US$1.2

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/ 接着说， ...

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附录

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附录 A - Rpi Pico ADC 引脚分配

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附录 B - 用于测试 ADC 程序 v0.1 的 Rpi Pico 接线

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------------------------------------------------------------------------------------\nPin name         Pin #   Connected to\n-------------------------------------------------------------------------------------\nRpi 3V3 Output   36      -\nRpi 3V3 Enable   37      -\nAnalog Gnd       33      Rpi Pico Ground\nAnalog Ref       35      Rpi 3V3\nADC0             26      Rpi Ground\nADC1             27      Rpi 3V3\nADC2             28      2V5\nADC3             -       Not available, connected to Pico internal temperature sensor\n-------------------------------------------------------------------------------------\n

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附录 C - How2Eloectronics 的 ADC 演示代码

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附录 D - 如何提高 ADC 性能

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Rpi Pico 数据表（4.3. 使用 ADC）- Rpi

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4.3. 使用 ADC

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RP2040 ADC 没有板载基准，因此使用自己的电源作为基准。

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在 Pico 上，ADC_AVDD 引脚（ADC 电源）是通过使用 RC 滤波器（201 欧姆进入 2.2\xce\xbcF）从 SMPS 3.3V 生成的。这是一个简单的解决方案，但有以下缺点：

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1. 我们依赖 3.3V SMPS 输出精度，这不是很好

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2. 我们只能做这么多过滤，因此 ADC_AVDD 会有些噪音

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3. ADC 消耗电流（如果温度检测二极管被禁用，则约为 150\xce\xbcA，但因芯片而异），因此将存在约 150\xce\xbcA 200 = ~30mV *的固有偏移。当 ADC 采样时，电流消耗存在微小差异（约 +20\xce\xbcA），因此偏移也会随着采样和工作温度的变化而变化。

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更改 ADC_VREF 和 3V3 引脚之间的电阻可以减少偏移，但代价是增加噪声 - 这可能没问题，特别是如果用例可以支持多个样本的平均值。

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将 SMPS 模式引脚 (GPIO23) 驱动为高电平，强制电源进入 PWM 模式，可以大大减少轻负载时 SMPS 的固有纹波，从而减少 ADC 电源上的纹波。这确实会降低轻负载时电路板的电源效率，因此可以通过再次将 GPIO23 驱动为低电平，在不频繁的 ADC 测量之间重新启用低功耗 PFM 模式。参见第 4.4 节。

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通过将 ADC 的第二个通道接地并使用此零测量作为偏移的近似值，可以减少 ADC 偏移。

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为了大大提高 ADC 性能，可以将外部 3.0V 分流基准（例如 LM4040）从 ADC_VREF 引脚连接到地。

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请注意，如果这样做，ADC 范围仅限于 0-3.0V 信号（而不是 0-3.3V），并且分流基准将通过 200R 滤波电阻器汲取连续电流 (3.3V-3.0V)/200 = ~1.5嘛。

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请注意，Pico (R9) 上的 1R 电阻器旨在（可能）帮助分流基准，否则当直接连接到 2.2\xce\xbcF 时，分流基准会变得不稳定。它还确保即使在 3.3V 和 ADC_VREF 短路在一起的情况下也能进行一点滤波（如果您不关心噪声并希望减少固有偏移，则这是有效的做法）。

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最后，R7 是一个物理尺寸较大的 1608 公制 (0603) 封装电阻，因此如果用户想要隔离 ADC_VREF 并使用 ADC 电压做自己的事情，例如使用完全独立的电压（例如 2.5五）。请注意，RP2040 上的 ADC 仅在 3.0/3.3V 下合格，但应工作在 2V 左右。

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附录 E - 用于启用 3V3 电源的 Pico 3V3 启用引脚

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Raspberry Pi Pico 3.3V_EN 引脚控制电压查询 - 2021jun22 提问，浏览 1k 次

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附录 F - 测试 Pico 的 3 个 ADC 引脚 V0.1

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programName     = \'testPicoAdcV01()\'\nprogramFunction = \'test Pico ADC pins GP26, 27, 28\'\nprogramDate     = \'2022apr25hkt1111\'\nprogramAuthor   = \'tlfong01\'\nsystemInfo      = \'Chinese Windows 10, Thonny IDE 3.3.13, Python 3.7.9, Rpi Pico\'\n\nimport machine\nimport utime\n \n# *** Configuration *** \n\nadcPinNum0 = 26\nadcPinNum1 = 27\nadcPinNum2 = 28\n\nadcPin0    = machine.ADC(adcPinNum0)\nadcPin1    = machine.ADC(adcPinNum1)\nadcPin2    = machine.ADC(adcPinNum2)\n\nadcPinDict = \\\n    { \n    \'0\' : {\n            \'AdcPinNum\': 0,\n            \'AdcPin\'   : adcPin0,\n          },              \n    \'1\' : {\n            \'AdcPinNum\': 1,\n            \'AdcPin\'   : adcPin1,\n          },   \n    \'2\' : {\n            \'AdcPinNum\': 2,\n            \'AdcPin\'   : adcPin2,\n          },\n    }\n\n# *** Adc Functions ***\n\ndef getAdcResults(adcPinNum):\n    adcPin = adcPinDict[str(adcPinNum)][\'AdcPin\']\n    adcResults = adcPin.read_u16()\n    return adcResults\n\n# *** Sample Test ***\n#adcResults = getAdcResults(adcPinNum = 0)\n#print(adcResults)\n\ndef getAdcResultsList(adcPinNumList):\n    adcResultsList = [0] * len(adcPinNumList)\n    for adcPinNum in adcPinNumList:\n        adcResults = getAdcResults(adcPinNum)\n        adcResultsList[adcPinNum] = adcResults\n    return adcResultsList          \n\n# *** Sample Tests ***\n#adcResultsList = getAdcResultsList([0, 1, 2])\n#print(adcResultsList)\n\ndef printAdcResultsList(adcResultsList):\n    print(\'ADC Results =\', adcResultsList)\n    print(\'Max         =\', max(adcResultsList))\n    print(\'Min         =\', min(adcResultsList))\n    print(\'Avg         =\', (sum(adcResultsList)) / len(adcResultsList))    \n    return\n\n# *** Sample Tests ***\n#adcResultsList = getAdcResultsList([0, 1, 2])\n#printAdcResultsList(adcResultsList)\n\ndef testPicoAdcV01():\n    print(\'Name        =\', programName)\n    print(\'Function    =\', programFunction)\n    print(\'Date        =\', programDate)\n    adcResultsList = getAdcResultsList([0, 1, 2])\n    printAdcResultsList(adcResultsList)    \n    return\n\n# *** Main ***\n\ntestPicoAdcV01()\n\n# *** End of Program ***\n\n# *** Sample Output ***\n\'\'\'\n>>> %Run -c $EDITOR_CONTENT\nName        = testPicoAdcV01()\nFunction    = test Pico ADC pins GP26, 27, 28\nDate        = 2022apr25hkt1102\nADC Results = [208, 20645, 17828]\nMax         = 20645\nMin         = 208\nAvg         = 12893.67\n>>> \n\'\'\'\n# *** End of sample output ***\n

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附录 G - ADC0、1、2 连接到 (a) 模拟地，(b) 启用 3V3 输出时的 ADC 结果

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带有示例输出的完整程序列表

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# *** Sample Output ***\n\'\'\'\n>>> %Run -c $EDITOR_CONTENT\nName        = testPicoAdcV01() \nFunction    = test Pico ADC pins GP26, 27, 28\nDate        = 2022apr25hkt1111\n\nADC Results = [368, 368, 336] (ADC0, 1, 2 connected Aanlog Gound) \nMax         = 368\nMin         = 336\nAvg         = 357\n\nADC Results = [65391, 65519, 65519] (ADC0, 1, 2 connected 3V3)\nMax         = 65519\nMin         = 65391\nAvg         = 65476\n>>> \n\'\'\'\n

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附录 H - 使用 TL431 的 Rpi Pico ADC 外部模拟电压基准

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附录 I - 使用 TI LM385B25 2V5 电压基准的 Rpi Pico ADC 外部模拟电压基准

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LM385B-2.5 微功耗电压基准 - TI

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附录 J - 用于校准 Rpi Pico ADC 引脚的 Zonri ADS1256 24 位 ADC 模块

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附录 K - 用于校准 Rpi Pico ADC 的 AD7705 16 位 ADC

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(8) AD7705 SPI 2 全差分输入通道 16 位 \xce\xa3-\xce\x94 ADC 数据表 - Analog Devices

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(9) AD7705 16位ADC模块，输入增益，可编程SPI接口，TM7705-速卖通 US$1.2

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/ 继续在TEAMS 齐思中，...

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。结尾

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