单片机C语言ADC与DAC：模拟信号与数字信号的转换器

# 1. 单片机C语言ADC与DAC概述**

单片机C语言中的ADC（模数转换器）和DAC（数模转换器）是两个重要的外设，用于在模拟信号和数字信号之间进行转换。ADC将模拟信号（如电压、电流）转换为数字信号，而DAC则将数字信号转换为模拟信号。

这些外设在单片机系统中具有广泛的应用，包括数据采集、控制和调节。例如，ADC可用于测量温度、压力和光照强度，而DAC可用于生成模拟波形、控制电机和调节温度。

了解ADC和DAC的基本原理、类型和在单片机中的应用对于开发高效可靠的嵌入式系统至关重要。

# 2. ADC（模数转换器）理论与实践

### 2.1 ADC的基本原理和类型

#### 2.1.1 ADC的量化过程

模数转换器（ADC）是一种将模拟信号（连续的电压或电流）转换为数字信号（离散的二进制值）的电子器件。量化过程是ADC的核心，它涉及将连续的模拟信号转换为有限数量的离散值。

ADC的量化过程通常遵循以下步骤：

1. **采样：**ADC定期从模拟信号中获取样本，每个样本代表信号在特定时间点的值。
2. **保持：**在采样之后，ADC将样本值保持一段时间，以便后续处理。
3. **比较：**ADC将保持的样本值与内部参考电压进行比较。
4. **编码：**根据比较结果，ADC将样本值编码为二进制值。

#### 2.1.2 ADC的采样率和分辨率

**采样率**是指ADC每秒采样模拟信号的次数，单位为赫兹（Hz）。采样率越高，ADC捕捉信号变化的能力就越强。

**分辨率**是指ADC能够区分的模拟信号最小变化量，单位为位（bit）。分辨率越高，ADC可以表示的数字信号值就越多，从而获得更精细的模拟信号表示。

### 2.2 ADC在单片机中的应用

#### 2.2.1 ADC的初始化和配置

在单片机中使用ADC之前，需要进行初始化和配置，包括：

1. **选择ADC通道：**指定ADC将从哪个模拟输入通道获取信号。
2. **设置采样率：**配置ADC的采样频率。
3. **设置分辨率：**选择ADC的位分辨率。
4. **使能ADC：**启动ADC并开始转换。

#### 2.2.2 ADC数据的读取和处理

ADC转换完成后，可以从ADC寄存器中读取数字信号值。读取的数据通常需要进行处理，包括：

1. **缩放：**将ADC值转换为实际的模拟信号值。
2. **滤波：**去除ADC数据中的噪声和干扰。
3. **存储：**将ADC数据存储在内存中以供进一步处理或分析。

**代码块：**

// ADC初始化和配置
ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
ADC_InitStruct.ADC_Channel = ADC_CHANNEL_1;
ADC_InitStruct.ADC_SampleTime = ADC_SAMPLETIME_480CYCLES;
ADC_InitStruct.ADC_Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStruct);

// ADC数据读取
uint16_t ADC_Value;
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_CHANNEL_1, 1, ADC_SAMPLETIME_480CYCLES);
ADC_StartConversion(ADC1);
while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET) {}
ADC_Value = ADC_GetConversionValue(ADC1);

**逻辑分析：**

* 初始化ADC_InitStruct结构体，设置ADC通道、采样时间和分辨率。
* 调用ADC_Init()函数初始化ADC1。
* 调用ADC_RegularChannelConfig()函数配置ADC1的常规通道。
* 调用ADC_StartConversion()函数启动ADC1转换。
* 循环等待转换完成标志（ADC_FLAG_EOC）置位。
* 调用ADC_GetConversionValue()函数获取转换结果。

# 3.1 DAC的基本原理和类型

**3.1.1 DAC的输出方式**

DAC（数模转换器）是一种将数字信号转换为模拟信号的电子器件。其基本原理是将数字信号中的二进制位逐位转换为模拟信号中的电压或电流值。根据输出方式的不同，DAC可分为以下两类：

- **电压输出型DAC：**将数字信号转换