单片机程序设计中的模拟量处理秘籍：ADC、DAC，感知物理世界

# 1. 单片机模拟量处理概览**

单片机模拟量处理是指单片机对连续变化的模拟信号进行处理的能力，包括模拟量输入（ADC）和模拟量输出（DAC）。模拟量处理在工业控制、数据采集、医疗设备等领域广泛应用。

模拟量输入（ADC）将模拟信号转换为数字信号，以便单片机处理。ADC的量化和采样过程至关重要，影响着信号的精度和分辨率。单片机通常具有内置的ADC模块，通过配置和使用这些模块，可以实现模拟信号的采集和数字化。

模拟量输出（DAC）将数字信号转换为模拟信号，用于控制外部设备。DAC的量化和输出过程决定了输出信号的精度和稳定性。单片机也可以通过配置和使用内置的DAC模块，实现模拟信号的输出和控制。

# 2. 模拟量输入：ADC（模数转换器）**

**2.1 ADC基本原理和采样技术**

**2.1.1 ADC的量化和采样过程**

模数转换器（ADC）将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。量化过程将模拟信号的幅度范围划分为有限的离散电平，每个电平对应一个数字代码。采样过程则以特定频率对模拟信号进行采样，获取其在采样时刻的幅度值。

**2.1.2 不同类型的ADC架构**

常见的ADC架构包括：

- **逐次逼近型ADC（SAR ADC）：**逐次比较模拟信号与参考电压，通过二分法逼近模拟信号的数字值。
- **Σ-Δ型ADC：**利用过采样和数字滤波技术，将模拟信号调制为高频数字信号，然后通过积分器和抽取器提取数字值。
- **流水线型ADC：**将模拟信号分成多个级联的子ADC，每个子ADC负责将模拟信号转换为较低位数的数字值，最后将各级数字值组合成最终的数字值。

**2.2 ADC编程和应用**

**2.2.1 单片机ADC模块的配置和使用**

单片机通常内置ADC模块，需要通过寄存器配置来设置采样频率、分辨率、触发源等参数。以下代码示例展示了如何配置STM32单片机的ADC模块：

// 配置ADC模块
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ADC1EN;  // 开启ADC1时钟
ADC1->CR2 = ADC_CR2_ADON;             // 使能ADC
ADC1->SQR1 = ADC_SQR1_L_0;            // 设置单次转换模式
ADC1->SMPR2 = ADC_SMPR2_SMP_0_0;       // 设置采样时间为1.5个ADC时钟周期

**2.2.2 ADC数据处理和滤波算法**

ADC采集到的数据通常需要进行处理和滤波，以消除噪声和提高精度。常用的滤波算法包括：

- **移动平均滤波：**对采集到的数据进行平均，减少随机噪声。
- **中值滤波：**取采集到的数据的中间值，消除脉冲噪声。
- **卡尔曼滤波：**一种递归滤波算法，结合了测量值和模型预测，提高滤波精度。

以下代码示例展示了如何使用移动平均滤波算法处理ADC数据：

// 移动平均滤波
uint16_t adc_