单片机读取传感器数据：获取真实信号，实现数据采集

# 1. 单片机传感器的基础知识

单片机传感器是将物理量或化学量转换为电信号的器件，广泛应用于工业控制、医疗设备、智能家居等领域。

传感器主要由敏感元件、转换元件和信号处理电路组成。敏感元件负责检测物理量或化学量，转换元件将检测到的信号转换为电信号，信号处理电路对电信号进行放大、滤波等处理，输出标准的电信号。

# 2. 传感器数据采集技术

### 2.1 传感器接口类型及通信协议

#### 2.1.1 模拟传感器接口

模拟传感器接口采用模拟信号传输，将传感器输出的连续电信号直接传输到单片机。常见的模拟传感器接口类型包括：

- **电压输出型：**传感器输出一个与被测参数成正比的电压信号，例如温度传感器、光照传感器。
- **电流输出型：**传感器输出一个与被测参数成正比的电流信号，例如压力传感器、流量传感器。

**优点：**

- 精度高，分辨率可达 12 位或更高。
- 适用于需要高精度测量的场合。

**缺点：**

- 抗干扰能力较差，容易受噪声和温度变化的影响。
- 需要额外的模数转换器 (ADC) 将模拟信号转换为数字信号，增加系统复杂度。

#### 2.1.2 数字传感器接口

数字传感器接口采用数字信号传输，将传感器输出的数字信号直接传输到单片机。常见的数字传感器接口类型包括：

- **I2C：**一种串行通信协议，使用两根信号线 (SCL 和 SDA) 进行数据传输。
- **SPI：**一种串行通信协议，使用四根信号线 (SCLK、MOSI、MISO 和 SS) 进行数据传输。
- **UART：**一种串行通信协议，使用两根信号线 (TX 和 RX) 进行数据传输。

**优点：**

- 抗干扰能力强，不易受噪声和温度变化的影响。
- 系统复杂度低，无需额外的 ADC。

**缺点：**

- 精度一般较低，分辨率通常为 8 位或 10 位。
- 适用于需要低精度测量的场合。

### 2.2 数据采集方法

#### 2.2.1 中断方式

中断方式是一种数据采集方法，当传感器输出信号发生变化时，会触发单片机中断，然后单片机执行中断服务程序，读取传感器数据。

**优点：**

- 响应速度快，能及时采集到传感器数据。
- 节省 CPU 资源，只有在传感器数据发生变化时才会执行中断服务程序。

**缺点：**

- 中断服务程序执行时间不能太长，否则会影响其他任务的执行。
- 需要编写中断服务程序，增加编程复杂度。

#### 2.2.2 轮询方式

轮询方式是一种数据采集方法，单片机定期轮询传感器，读取传感器数据。

**优点：**

- 编程简单，无需编写中断服务程序。
- 可以同时采集多个传感器的数据。

**缺点：**

- 响应速度慢，无法及时采集到传感器数据。
- 浪费 CPU 资源，即使传感器数据没有变化，也会定期轮询。

#### 2.2.3 DMA 方式

DMA (直接内存访问) 方式是一种数据采集方法，由 DMA 控制器直接将传感器数据传输到单片机内存中，无需 CPU 参与。

**优点：**

- 响应速度快，能及时采集到传感器数据。
- 节省 CPU 资源，CPU 只需设置 DMA 控制器即可。

**缺点：**

- 需要硬件支持，单片机必须具有 DMA 控制器