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刚拿到树莓派 Pico 的那几天，我干的第一件事就是翻出抽屉里的 10K 电位器，想做一个最常见的模拟量采集实验。过程比想象中磕绊：read_u16()读出来的值不是预想中的 0-4095，转速快一点数据像心电图一样跳，光看串口数字完全没法判断噪声到底多大。这篇我把从硬件接线、MicroPython 代码到 PC 端串口波形调试的完整链路摊开讲一遍，核心关键词就三个：Pico ADC、电位器采集、SerialPlot 波形。适合手头有 Pico 板子、想把模拟采集吃透的读者，也适合想快速搭一套波形观察环境来调试其它传感器的人。

1. Pico 的 ADC 到底有多少位：硬件规格与 MicroPython 返回值的关系

1.1 RP2040 集成的 SAR ADC 架构与可用通道

树莓派 Pico 用的芯片是 RP2040，内置 ADC 是一个 12 位逐次逼近型（SAR）ADC。逐次逼近的工作方式很像猜数字游戏：先把电压和参考电压的一半比较，判断高了还是低了，再在二分之一的区间内继续二分，循环 12 次，最终得到一个 0-4095 的整数编码。这种方式的好处是转换速度可以做得比较快，坏处是它需要“采样保持”，也就是在转换前把输入电压冻结在一个采样电容上，如果信号源内阻太大，电容充不满，测量就会偏低或者抖动。

规格表我整理了一份，方便对照：

这里最容易被忽略的是：Pico 虽然名义上有 5 个 ADC 通道，但真正可以从引脚引出的模拟输入只有 GPIO26、27、28 三个。ADC3 是芯片内部的温度传感器，ADC4 在 Pico 开发板上已经固定接到了 AGND，用来做偏移误差校准。如果你在代码里写machine.ADC(3)或者machine.ADC(4)，得到的数据并不是一个外部电压。所以设计电路时，默认你有且只有三个可用的模拟输入脚。

1.2read_u16()为什么返回 0-65535 而不是 0-4095

用 MicroPython 操作 Pico 的 ADC，最常见的困惑就是：

import machine adc = machine.ADC(26) print(adc.read_u16())

输出范围是 0-65535，而不是 12 位 ADC 应该有的 0-4095。这不是板子坏了，也不是 MicroPython 把底层 ADC 换成了 16 位，而是 MicroPython 为了统一不同开发板 ADC 的返回语义，把底层结果扩大到了 16 位返回。你可以理解为：12 位原始结果左移 4 位变成了 16 位，4095 × 16 = 65520，接近 65535。

我在实际代码里通常这样处理：

raw_16 = adc.read_u16() raw_12 = raw_16 >> 4 # 恢复 12 位原始值 voltage = raw_16 * 3.3 / 65535 # 换算电压

这样做的好处是：当你想看真实 ADC 分辨率时，用raw_12；当你想控制同样是 16 位语义的 PWM 时，直接用raw_16减少一次映射。两套量纲各留一份，后面写联动控制会非常顺手。

1.3 输入阻抗对采样精度的影响

SAR ADC 的一个隐蔽坑在于输入阻抗。ADC 采样时，内部采样电容需要在采样窗口内充到输入电压。如果信号源是高阻抗的，充电时间常数变大，采样电容最终充不满，读出来的值就会偏低。用 10K 电位器时，抽头位置的等效源阻抗大约等于上半段和下半段电阻的并联值。旋到中间时，10K 电位器等效输出阻抗约 2.5K，这个量级对 Pico 的 ADC 是完全友好的。但如果拿 1M 电位器来做这个实验，波形就会明显不稳定，数值不光偏低，还会伴随随机抖动。所以这个实验固定用 10K 电位器，不是为了偷懒，是为了让初学者避开一个可能根本意识不到的硬件坑。

2. 电路搭建：电位器和 LED 该接在哪，限流电阻怎么算

2.1 元器件清单和一个合理的接线表

这次的元器件非常简单，我列一下：

• 树莓派 Pico 开发板一块
• 10K 单圈旋转电位器一个
• 普通 5mm 红色 LED 一个
• 220Ω 限流电阻一个
• 面包板一块
• 杜邦线若干

接线表如下：

为什么 LED 放在 GPIO15 而不是 GPIO25？GPIO25 是板载 LED，你当然也可以拿它来做亮度控制实验，但用 GPIO15 的好处是：你会被迫把“板载 LED”和“外接 LED”分开，代码和电路更接近真实项目的结构。另外 GPIO15 没有和 ADC 通道冲突，离 GPIO26 右侧引脚区也比较近，面包板上走线会很整齐。

2.2 LED 限流电阻的取值计算，不能拍脑袋

LED 不能直接接 3.3V，否则电流过大容易烧毁。红色 LED 正向压降通常在 1.8-2.1V 左右。如果用 220Ω 电阻串联进回路，那么电阻两端电压约为 3.3V - 2.0V = 1.3V，流过 LED 的电流约 1.3V / 220Ω ≈ 6mA。这个电流足够让普通 LED 清晰发光，而且对 Pico 的 GPIO 来说负载很轻。

如果你换成蓝色或者白色 LED，正向压降接近 3V，同样的 220Ω 电阻下，电流会小很多甚至接近熄灭。所以换 LED 颜色时，限流电阻也要跟着换，这是一个很容易被忽略的细节。

3. 代码分三步走：ADC 读取、PWM 调光、软件滤波

3.1 第一步：裸读 ADC，确认电位器输出是线性的

先用一段最基础的代码把数据读出来，不要急着接 LED，避免问题叠加。

import machine import utime adc = machine.ADC(26) while True: raw_16 = adc.read_u16() raw_12 = raw_16 >> 4 voltage = raw_16 * 3.3 / 65535 print(raw_16, raw_12, round(voltage, 4)) utime.sleep(0.1)

用 Thonny 运行后旋转电位器，正常情况下应该看到三个数值跟随旋转角度平滑变化。如果旋到两端读数不是 0 和 65535，而是卡在某个小范围，极有可能是接线问题而不是 ADC 问题。我遇到过旋到底读数还剩一百多的情况，检查发现是接地端松了，抽头浮空，ADC 悬空输入在读取浮空电压。这里有个关键提示：ADC 输入脚不要悬空，不接传感器时至少用一个电阻拉到 GND 或 3.3V，否则读数会随机漂移。

3.2 第二步：用 PWM 让 LED 亮度跟随电位器

确认 ADC 读数正常后，加入 GPIO15 的 PWM 输出：

import machine import utime adc = machine.ADC(26) led = machine.PWM(machine.Pin(15)) led.freq(1000) led.duty_u16(0) while True: value = adc.read_u16() led.duty_u16(value) print(value) utime.sleep(0.05)

这里直接使用read_u16()的值作为 PWM 占空比，是因为 MicroPython 的 PWM 设置接口duty_u16()同样接收 0-65535，两边的语义刚好对齐。省掉了一次比例换算，逻辑更简洁。

PWM 频率我选择 1000Hz。人眼对超过 100Hz 的亮度变化基本没有闪烁感，1000Hz 既能保证肉眼无闪烁，功耗也不会太高。如果你将来用同样的思路驱动电机，频率要重新按电机特性选，LED 不需要那么讲究。

3.3 第三步：加滑动平均滤波，解决波形毛刺

ADC 裸读数直接传给 LED，低速旋转时能明显看到亮度在某个角度区间轻微抖动。这不一定是电位器坏了，更多是环境噪声耦合到模拟引线上。最直接的解决办法是硬件加一个 RC 低通滤波，但为了先验证问题，我通常会先上软件滤波。

import machine import utime adc = machine.ADC(26) led = machine.PWM(machine.Pin(15)) led.freq(1000) buf_size = 10 buf = [] while True: value = adc.read_u16() buf.append(value) if len(buf) > buf_size: buf.pop(0) avg = sum(buf) // len(buf) led.duty_u16(avg) print(avg, value) utime.sleep(0.02)

滑动平均的原理很简单：维护一个固定长度的队列，每次取队列平均值。这个滤波对白噪声型毛刺非常有效，但代价是延迟。buf_size为 10，采样间隔 20ms，那么滤波窗口约 200ms，也就是说快速旋转电位器时，LED 亮度会滞后约 0.2 秒。这个延迟对于调光灯效没问题，但如果你要做一个需要快速响应的控制系统，就要缩短窗口，比如 4-5 点，延迟降到 0.1 秒以内，噪声抑制能力稍微弱一些，但手感好很多。

如果遇到的是偶发强脉冲干扰，滑动平均反而不如中位滤波。中位滤波取队列里排序后的中间值，对尖峰更鲁棒，但计算量略大。Pico 跑这两种滤波都毫无压力，具体用哪种取决于你面对的噪声类型。

4. SerialPlot 串口波形：把 ADC 数值变成看得见的实时曲线

4.1 为什么需要波形调试，而不是只看串口数字

串口终端打印一堆数字，你很难直观感受“数值到底稳不稳”。人眼看一串数字跳动几百个 LSB，和看一条曲线上下波动，完全是两种体验。SerialPlot 是一个轻量的跨平台串口波形显示软件，它的工作方式是：读取串口发来的文本行，一行里如果是空格或逗号分隔的多个数值，就自动解析成多通道数据并画成实时曲线。

用它来观察 ADC 波形，比单纯打印数字高效得多。我还经常拿它来调试其它传感器，比如光敏电阻、热敏电阻，甚至是 IMU 的原始数据。搭一次环境，后面可以反复用。

4.2 配置文件格式与 MicroPython 代码的配合

SerialPlot 默认按文本模式解析数据。每行数据以换行符结束，一行里可以有多个数值，数值之间用空格、逗号或制表符分隔。SerialPlot 会根据一行里值的个数自动创建对应数量的曲线。

打开 SerialPlot 后，在右侧面板设置串口参数：选择 Pico 对应的 COM 端口，波特率选 115200，数据位 8，停止位 1，无校验。这里有个细节：Pico 通过 USB 连接电脑时，在电脑端枚举出来的是虚拟串口，波特率设置实际上不影响 USB CDC 传输，但为了匹配调试习惯，统一填 115200 没有坏处。

配套的 MicroPython 代码里，最关键的一条纪律是：主循环只输出固定格式的数据行，不要混入任何调试文本。比如上面带滑动平均的代码里：

print(avg, value)

这一行输出两个空格分隔的数字，SerialPlot 就会识别为两通道数据。第一通道是滤波后的均值，第二通道是原始 ADC 读数。一屏里同时显示两条曲线，滤波效果一目了然。

如果你想看的是电压值而不是 ADC 整数，可以这样输出：

print(avg * 3.3 / 65535, value * 3.3 / 65535)

然后在 SerialPlot 的坐标设置里把 Y 轴范围设成 0-3.3V。我在实际调试中更喜欢同时看原始 ADC 整数和电压值，因为原始整数能直接反映 LSB 抖动幅度，电压值则方便和其他仪器读数对照。

4.3 SerialPlot 不工作时的排查思路

连接 SerialPlot 常见的问题无非这几种：

• 端口被占用。如果 Thonny 或者其他串口工具还开着，COM 口被占用，SerialPlot 会打开失败。先关掉其它占端口的程序。
• 串口数据乱码或者曲线不更新。检查代码里是不是在某些分支打出了非数字内容。MicroPython 运行时报错信息也会输出到串口，一旦混入，SerialPlot 解析就会卡住。
• 换行符问题。Windows 下 SerialPlot 通常能自动识别\n，但如果你在 Thonny 里看到输出正常而 SerialPlot 不显示，可以确认一下 Thonny 是否还连着该串口，同一时间只能有一个程序打开虚拟串口。

4.4 从波形能读出哪些信息

接上 SerialPlot 后，旋转电位器，你会看到类似“三角波”的曲线。缓慢旋转时，曲线平滑上升或下降；快速旋转时，曲线呈现陡峭台阶。如果波形上有大量高频毛刺，说明环境干扰比较明显；如果某几个角度反复出现跳变，可能是电位器碳膜磨损，属于机械噪声。

滤波后的波形和原始波形同时显示时，你能直观观察到滑动平均的延迟。两个波形之间横向错开的那段时间，就是滤波窗口带来的相位滞后。这个现象在数值终端里是看不出来的，但波形图上一眼就能看懂。

5. 实测中的坑与调试心得：从接线到波形显示的完整排错清单

5.1 电位器引脚顺序的方向坑

电位器三个引脚是一个圆弧排列，1、2、3，但不同厂家可能方向和定义不一样。你只要记住：中间抽头必须接 ADC，另外两个固定端头接电源和 GND。如果发现旋转方向是反的，交换接 3V3 和 GND 的两根线即可，抽头永远不要接电源或 GND，否则 ADC 输入会被钳位在固定电平，读数不随旋钮变化。

5.2 USB 供电带来的 50Hz 纹波

用电脑 USB 口供电时，波形上偶尔能看到周期性波浪纹，频率接近交流电的 50Hz 或 100Hz。这种情况源头通常在供电，而不是 ADC。可以尝试换一根短 USB 线，或者把 Pico 的 3V3 引出给传感器，但一定要和 Pico 共地。如果条件允许，用锂电池或者独立稳压电源供电，纹波会小很多。我实测下来，电脑前置 USB 口和机箱后置 USB 口的供电质量都有差异，换接口有时比改代码更有效。

5.3 PWM 亮度阶梯感和非线性映射

在低速旋转电位器时，我最早发现 LED 亮度有肉眼可见的阶梯感，中低亮度区间尤其明显。原因有两层：一是 ADC 低位抖动会让 PWM 占空比微微突变；二是人眼对低亮度的变化比对高亮度的变化更敏感，同样的占空比变化，在低亮度段被感知得更明显。

软件滑动平均能解决一部分抖动问题，但阶梯感仍然存在，这时候可以用非线性映射让亮度变化更自然：

duty = (value * value) // 65535 led.duty_u16(duty)

平方曲线让低亮度段的占空比变化变缓，亮度过渡更平滑。我试过之后发现，电位器转到一半时，亮度明显低于线性映射，整体视觉更柔和。缺点是如果你想要“线性亮度可预测”的调光方式，非线性映射会引入额外的心理物理对应关系，需要按使用场景取舍。

5.4 滤波器延迟对响应速度的影响

这个项目里 LED 亮度对延迟不敏感，10 点滑动平均可以放心用。但如果你换到舵机或者电机控制，200ms 延迟会直接体现在手感上，整个系统会变得粘滞。控制器项目中优先用 3-5 点窗口，或者只在必要时开滤波。我在控制实验里通常先看原始波形，判断噪声量级，再决定滤波强度，而不是一上来就默认开启重滤波。

5.5 关于 MicroPython REPL 粘贴长代码的碎碎念

用 Thonny 往 Pico 的 REPL 里粘贴多行代码，如果之前已经运行过某个程序，很容易出现缩进错乱或者代码被拆成多段执行的情况，报各种莫名其妙的IndentationError。我的建议是：不要直接在 REPL 里粘贴长程序，而是把代码保存为main.py，然后在 Thonny 里运行文件。这样无论是代码保存、重启上电自动运行，还是排查语法错误，都更接近正式项目的流程。

踩过几次坑之后，我对这类“入门级”实验的看法是：电位器 + ADC + LED 看起来简单，但它是理解整套模拟量采集链路的最佳载体。硬件上涉及传感器输入、阻抗匹配、限流计算，代码上涉及数据转换、滤波、PWM 控制，调试上又涉及串口波形观察。这一圈走通之后，后面再接光敏电阻、热敏电阻、土壤湿度传感器，本质上都是同一个套路：把物理量变成电压，把电压变成 ADC 数字，把数字变成可读信息或控制量。做完这个实验我最大的体会是，不管采样后边的算法多复杂，先用 SerialPlot 看一遍原始波形永远是第一步，很多藏着的数据问题，光靠数字终端真的发现不了。