【ESP32笔记】ADC获取NTC温度

本节目标：搞懂 ADC 单次采样与校准，能从分压电路的采样值反推 NTC 阻值，并用"查表 + 二分查找 + 线性插值"算出温度

一、本节要解决的问题

DHT11、DS18B20 这类数字传感器内部已经把模拟量处理成数字量，MCU 直接读结果就行；而 NTC 热敏电阻是最便宜的测温器件，它本身只是一个"阻值随温度变化"的电阻，没有数字接口。

要用 ESP32 读出温度，必须自己打通一条转换链：温度 → NTC 阻值 → 分压点电压 → ADC 原始码值 →（校准）电压 → 阻值 → 温度 。前半段靠硬件分压电路，后半段靠软件换算；普通 GPIO 只能读高/低两种状态，所以中间必须使用 ADC（模数转换器）。本节的重点和难点都在后半段。

二、硬件基础

2.1 NTC 与 B 参数方程

NTC 是 Negative Temperature Coefficient 的缩写，即负温度系数热敏电阻：温度越高，阻值越小 。它的阻值-温度关系是非线性的，通常用 B 参数方程描述：

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Rt  = R0 * exp(Bn * (1/T - 1/T0))                  已知温度求阻值
1/T = 1/T0 + (1/Bn) * ln(Rt/R0)                    已知阻值求温度
T(℃) = 1 / (1/T0 + ln(Rt/R0)/Bn) - 273.15          输出摄氏度

公式里的 T、T0 单位是开尔文（K），算完要减 273.15 才是摄氏度。教程给出的典型参数：T0=25℃（298.15K）时 R0=10KΩ，材料常数 Bn=3950。

注意：教程讲解了 B 参数公式，但配套工程没有用公式直接算温度，而是使用厂家 R-T 表 + 查表插值（见 3.4 节），取舍在后面说明。

2.2 分压电路

阻值没法被 MCU 直接读取，必须先转成电压：

复制代码

+3.3V ──── 10K 电阻 ────●──── NTC ──── GND
                        │
                      Vout → GPIO36

上臂是 10K 参考电阻（对应代码里的 NTC_RES），下臂是 NTC，分压点 Vout 接 ESP32 的 GPIO36（原理图中的 SENSOR_VP 网络）；
由分压公式 Vout = 3.3V × R_ntc / (10K + R_ntc) 反解：

R_ntc = Vout × 10K / (3.3V − Vout)

也就是代码 res = (voltage*NTC_RES)/(ADC_V_MAX-voltage) 的由来。温度升高 → NTC 阻值下降 → Vout 下降；25℃ 时 NTC 正好是 10K，Vout = 1.65V，工作点落在量程中间。

2.3 ESP32 的 ADC 资源

ESP32 有 ADC1、ADC2 两个转换模块，每个 8 路通道。支持 ADC1 的 GPIO 只有这 8 个：

GPIO	ADC1 通道	GPIO	ADC1 通道
GPIO36（VP）	CH0	GPIO32	CH4
GPIO37	CH1	GPIO33	CH5
GPIO38	CH2	GPIO34	CH6
GPIO39（VN）	CH3	GPIO35	CH7

注意：ADC2 与 WiFi 不能同时使用 ，教程明确不推荐 ADC2，本节只用 ADC1。这些引脚号是 ESP32 特有的，换成 ESP32-S3 后 ADC1_CH0 对应的 GPIO 完全不同；仓库里个别工程（如 ledc）已被切到 esp32s3，但 ntc/sr04/sdcard 三个工程的 sdkconfig 目标仍是 esp32。

2.4 衰减与量程

ESP32 内部 ADC 参考电压只有 1100mV，要测更大电压必须设置衰减：

衰减设置	可测范围
`ADC_ATTEN_DB_0`	100 ~ 950 mV
`ADC_ATTEN_DB_2_5`	100 ~ 1250 mV
`ADC_ATTEN_DB_6`	150 ~ 1750 mV
`ADC_ATTEN_DB_12`	150 ~ 2450 mV

注意：公式里的 3300（mV）是分压电路上端的 3.3V 参考电压，不是 ADC 量程。12dB 衰减实际只能正确测到约 2450mV，NTC 在低温时阻值变大、Vout 可能超过 2450mV 而饱和（读数停在 4095），这是模拟测温的硬件边界。

三、知识点

3.1 单次转换与连续转换

ESP-IDF 提供两类 ADC 驱动：单次转换 （adc_oneshot_*）按需触发一次，读完就停；连续转换 （adc_continuous_*）用 DMA 不停搬运，适合高速采样。教程作者实测连续转换精度差、易受其他通道影响，因此本工程只用单次转换。

3.2 分辨率决定原始值范围

12 位分辨率意味着原始码值范围是 0 ~ 2¹²−1 = 0 ~ 4095：输入 0mV 读数接近 0，输入约 2450mV 读数到 4095，超过量程则饱和为 4095、不会再变大。

3.3 校准：把原始值换成毫伏

每颗芯片出厂时在 eFuse 里预烧了 ADC 校准参数，adc_cali_raw_to_voltage() 利用它们把原始码值换算成比较准确的毫伏值。ESP32 上优先使用曲线拟合 （Curve Fitting）方案；example_adc_calibration_init() 在曲线拟合不可用时会退回线性拟合（Line Fitting），两者都不可用则返回 false、跳过校准。

3.4 从阻值到温度：查表 + 二分查找 + 线性插值（难点）

不用 B 参数公式直接算温度的原因：B 值本身有误差，不同批次、不同厂家的 NTC 并不相同；求温度要算对数，在 MCU 上不划算；而厂家会直接提供标定好的"温度-阻值"表。于是问题变成"给我一个阻值，怎么快速查到温度"，工程分三步：

建表：结构体数组保存"温度 + 该温度下的阻值"，从 -10℃ 到 50℃。温度越高阻值越小，所以表的阻值是降序排列的；
二分查找：表有 61 项，遍历最坏要看 61 次，二分查找最多 6 次比较就能定位；
线性插值：算出的阻值几乎不可能正好等于表中某一项。把相邻两点 (X1,Y1)、(X2,Y2) 当作一条直线（两点距离近时足够近似曲线），用两点式求 k、b，再代入 R 得到带小数的温度：

k = (y2 - y1) / (x2 - x1)
b = (x2 * y1 - x1 * y2) / (x2 - x1)
T = k * R + b

注意（教程与仓库代码的差异） ：教程伪代码写的是 R >= s_ntc_table[index].res 且 R < s_ntc_table[index+1].res，把表当成"阻值升序"来夹逼。但仓库的 s_ntc_table[] 是阻值降序 排列（index 越大阻值越小），find_ntc_index() 实际返回的是满足 s_ntc_table[index].res <= R 的下标，因此 s_ntc_table[index+1].res 比 R 更小。代码实际是在 index 和 index+1 两点上做直线近似；因为相邻两点很近、曲线平缓，误差很小，但阅读时应按仓库的实际行为理解，不要照抄教程的不等式。

四、代码分析

4.1 工程结构

复制代码

ntc/
├── CMakeLists.txt
├── main/
│   ├── CMakeLists.txt      # idf_component_register(SRCS "ntc.c" "main.c" INCLUDE_DIRS ".")
│   ├── main.c              # app_main()：每秒打印一次温度
│   ├── ntc.c               # ADC 初始化、采样任务、NTC 表、二分查找、线性插值
│   └── ntc.h               # 对外提供 temp_ntc_init() 和 get_temp()
└── sdkconfig               # 目标芯片 esp32

4.2 关键宏定义

c 复制代码

#define TEMP_ADC_CHANNEL     ADC_CHANNEL_0      //ADC转换通道(ADC1有8个通道，对应gpio32 - gpio39)

#define NTC_RES             10000               //NTC电阻标称值(在电路中和NTC一起串进电路的那个电阻,一般是10K，100K)
#define ADC_V_MAX           3300                //最大接入电压值

#define ADC_VALUE_NUM       10                  //每次采样的电压

ADC_CHANNEL_0 在 ESP32 上对应 GPIO36，与教程说的"Vout 接到 GPIO36"一致；ADC_V_MAX 的单位是 mV，所以能和 adc_cali_raw_to_voltage() 输出的毫伏值直接做运算。

4.3 初始化：建单元、配通道、校准、建任务

c 复制代码

void temp_ntc_init(void)
{
    adc_oneshot_unit_init_cfg_t init_config1 = {
        .unit_id = ADC_UNIT_1,  //WIFI和ADC2无法同时启用，这里选择ADC1
    };

    //启用单次转换模式
    ESP_ERROR_CHECK(adc_oneshot_new_unit(&init_config1, &s_adc_handle));

    //-------------ADC1 Config---------------//
    adc_oneshot_chan_cfg_t config = {
        .bitwidth = ADC_BITWIDTH_12,       //分辨率
        .atten = ADC_ATTEN_DB_12,
        //衰减倍数，ESP32设计的ADC参考电压为1100mV,只能测量0-1100mV之间的电压，如果要测量更大范围的电压
        //需要设置衰减倍数（下面在源码里还有一段可测量范围注释，内容与 2.4 节表格相同，此处从略）
    };
    ESP_ERROR_CHECK(adc_oneshot_config_channel(s_adc_handle, TEMP_ADC_CHANNEL, &config));
    //-------------ADC1 Calibration Init---------------//
    do_calibration1 = example_adc_calibration_init(ADC_UNIT_1, ADC_ATTEN_DB_12, &adc1_cali_handle);

    //新建一个任务，不断地进行ADC和温度计算
    xTaskCreatePinnedToCore(temp_adc_task, "adc_task", 2048, NULL,2, NULL, 1);
}

流程是四步：创建 ADC1 单次转换单元 → 配置通道（12 位、12dB 衰减）→ 初始化校准 → 创建采样任务（优先级 2、绑定内核 1、栈 2048 字节）。校准函数内部按"曲线拟合 → 线性拟合"的顺序尝试，成功返回 true，失败打印警告并返回 false。

4.4 采样任务：10 次平均滤波 + 换算

c 复制代码

static void temp_adc_task(void* param)
{
    uint16_t adc_cnt = 0;
    while(1)
    {
        adc_oneshot_read(s_adc_handle, TEMP_ADC_CHANNEL, &s_adc_raw[adc_cnt]);
        if (do_calibration1) {
            adc_cali_raw_to_voltage(adc1_cali_handle, s_adc_raw[adc_cnt], &s_voltage_raw[adc_cnt]);
        }
        adc_cnt++;
        if(adc_cnt >= 10)
        {
            int i = 0;
            //用平均值进行滤波
            uint32_t voltage = 0;
            uint32_t res = 0;
            for(i = 0;i < ADC_VALUE_NUM;i++)
            {
                voltage += s_voltage_raw[i];
            }
            voltage = voltage/ADC_VALUE_NUM;

            if(voltage < ADC_V_MAX)
            {
                //电压转换为相应的电阻值
                res = (voltage*NTC_RES)/(ADC_V_MAX-voltage);
                //根据电阻值查表找出对应的温度
                s_temp_value = get_ntc_temp(res);
            }

            adc_cnt = 0;
        }

        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));
    }
}

每轮采一次原始值存入 s_adc_raw[]，校准成功才把毫伏值存入 s_voltage_raw[]；采满 10 次求平均抑制噪声（教程说的"用平均值进行滤波"），再用分压公式算阻值、查表得温度。voltage < ADC_V_MAX 既是防除零也是防异常数据；每轮延时 100ms，所以温度大约每秒更新一次。app_main()（main.c）只做两件事：调用 temp_ntc_init()，然后每 1000ms 打印一次 get_temp()，温度的计算全部发生在采样任务里，两者通过 volatile 变量 s_temp_value 通信。

4.5 NTC 表、二分查找与线性插值

表用结构体数组保存：每一项是 temp_res_t，成员 temp（int8_t，温度）和 res（uint32_t，阻值）。表共 61 项，从 -10℃ 到 50℃，下面只摘录几项，完整表见 ntc.c：

c 复制代码

static const temp_res_t s_ntc_table[] =
{
    {-10,51815}, //......
    {25,10000},  //......
    {50,3592},
};

二分查找：因为表按阻值降序排列，可以直接折半收缩区间。

c 复制代码

/** 二分查找，通过电阻值查找出温度值对应的下标
 * @param res 电阻值，left/right 为 ntc 表的左右边界
 * @return 温度值数组下标
*/
static int find_ntc_index(uint32_t  res,uint16_t left, uint16_t right)
{
    uint16_t middle = (left + right) / 2;
    if (right <= left || left == middle)
    {
        if (res >= s_ntc_table[left].res)
            return left;
        else
            return right;
    }
    if (res > s_ntc_table[middle].res)
    {
        right = middle;
        return find_ntc_index(res,left, right);
    }
    else if (res < s_ntc_table[middle].res)
    {
        left = middle;
        return find_ntc_index(res,left, right);
    }
    else
        return middle;
}

线性插值由 linera_interpolation() 实现，算法就是 3.4 节的两点式（函数名少了一个字母 n，仓库原样如此），返回值是带小数的温度。

c 复制代码

//根据电阻值、NTC表查出对应温度
static float get_ntc_temp(uint32_t res)
{
    uint16_t left = 0;
    uint16_t right = s_us_ntc_table_num - 1;
    int index = find_ntc_index(res,left,right);
    if (res == s_ntc_table[index].res)
        return s_ntc_table[index].temp;
    if (index == 0 || index == s_us_ntc_table_num - 1)
    {
        return s_ntc_table[index].temp;
    }
    else
    {
        int next_index = index + 1;
        return linera_interpolation(res, s_ntc_table[index].res, s_ntc_table[next_index].res,
        s_ntc_table[index].temp, s_ntc_table[next_index].temp);
    }
}

get_ntc_temp() 处理三种情况：阻值正好命中表中某一项 → 直接返回整数温度；落到了表的边界（index 为 0 或最后一项）→ 返回端点温度；其余情况 → 在 index 与 index+1 两点之间做线性插值。

五、关键 API 速查

API	作用
`adc_oneshot_new_unit()`	创建 ADC 单次转换单元（选 ADC1/ADC2），拿到句柄
`adc_oneshot_config_channel()`	配置指定通道的分辨率与衰减
`adc_oneshot_read()`	触发一次转换，读出原始码值（0~4095）
`adc_cali_create_scheme_curve_fitting()`	用芯片 eFuse 参数建立曲线拟合校准方案
`adc_cali_raw_to_voltage()`	原始码值 → 毫伏值
`xTaskCreatePinnedToCore()`	创建任务并绑定到指定内核
`vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(ms))`	毫秒级延时

六、编译与现象验证

bash 复制代码

cd esp32-board/ntc        # 工程当前配置的目标就是 esp32
idf.py build
idf.py -p COM<端口> flash monitor

启动日志先打印校准信息（如 adc: calibration scheme version is Curve Fitting、adc: Calibration Success），之后每秒打印一行 I (xxxx) main: current temp:25.32。用手指捏住 NTC，读数会缓慢上升；松手后慢慢回落。