单片机控制技术实训：模拟信号采集与处理，让单片机感知模拟世界

# 1. 单片机控制技术概述

单片机控制技术是一种利用单片机（微控制器）对各种电子设备进行控制的先进技术。单片机是一种高度集成的计算机芯片，它包含了中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口和各种外围设备。单片机控制技术具有体积小、功耗低、成本低、可靠性高、可编程性强等优点，广泛应用于工业控制、消费电子、医疗器械、汽车电子等领域。

单片机控制技术主要包括以下几个方面：

* 单片机硬件结构和工作原理
* 单片机编程语言和开发环境
* 单片机控制原理和方法
* 单片机控制技术应用

单片机控制技术的发展趋势是朝着高性能、低功耗、智能化、网络化和集成化的方向发展。

# 2. 模拟信号采集技术

### 2.1 模拟信号的特性和分类

#### 2.1.1 模拟信号的连续性和时变性

模拟信号是连续变化的，其幅度和相位随时间连续变化。与数字信号不同，模拟信号没有明确的离散值，而是可以在任何范围内变化。

#### 2.1.2 模拟信号的幅度、频率和相位

模拟信号的幅度表示信号的强度，频率表示信号在单位时间内的重复次数，相位表示信号在时间轴上的位置。这三个参数共同描述了模拟信号的特性。

### 2.2 模拟信号采集方法

#### 2.2.1 模数转换器（ADC）的工作原理

模数转换器（ADC）是将模拟信号转换为数字信号的设备。它通过比较模拟信号与内部基准电压来工作。当模拟信号高于基准电压时，ADC输出一个高电平；当模拟信号低于基准电压时，ADC输出一个低电平。通过对模拟信号进行多次比较，ADC可以将模拟信号转换为一组数字值。

#### 2.2.2 ADC的性能指标和选择

ADC的性能指标包括分辨率、采样率、转换时间和输入范围。分辨率是指ADC可以区分的最小模拟信号变化，采样率是指ADC每秒转换模拟信号的次数，转换时间是指ADC完成一次转换所需的时间，输入范围是指ADC可以处理的模拟信号范围。在选择ADC时，需要考虑这些指标以满足特定应用的要求。

### 2.3 模拟信号采集电路设计

#### 2.3.1 信号调理电路

信号调理电路用于在ADC输入之前对模拟信号进行处理，以提高ADC的性能和测量精度。信号调理电路可以包括放大器、滤波器和隔离器。放大器用于增加信号幅度，滤波器用于去除不需要的噪声，隔离器用于防止ADC受到外部干扰的影响。

#### 2.3.2 ADC接口电路

ADC接口电路用于连接ADC和微控制器或其他数字设备。接口电路通常包括缓冲器、时钟和数据总线。缓冲器用于隔离ADC和数字设备，时钟用于同步ADC和数字设备，数据总线用于传输转换后的数字数据。

**代码示例：**

// ADC初始化
void adc_init(void) {
    // 设置ADC时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
    // 设置ADC通道
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_56Cycles);
    // 使能ADC
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
}

// ADC转换
uint16_t adc_convert(void) {
    // 启动ADC转换
    ADC_SoftwareStartConv(ADC1);
    // 等待转换完成
    while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);
    // 读取转换结果
    return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}

**逻辑分析：**

* `adc_init`函数初始化ADC，包括设置时钟、通道和使能ADC。
* `adc_convert`函数启动ADC转换，等待转换完成，然后读取转换结果。
* ADC转换结果是一个16位无符号整数，表示模拟信号的数字值。

**参数说明：**

* `RCC_APB2PeriphClockCmd`函数设置ADC时钟。
* `ADC_RegularChannelConfig`函数设置ADC通道。
* `ADC_Cmd`函数使能ADC。
* `ADC_So