单片机C语言程序设计中的ADC与DAC：模拟与数字信号转换，解锁更多应用可能

# 1. 单片机C语言程序设计概述

单片机C语言程序设计是利用C语言对单片机进行编程，实现各种控制和处理功能。它具有代码简洁、可移植性强、易于维护等优点。

单片机C语言程序设计的基本流程包括：

- **需求分析：**确定程序的功能和要求。
- **算法设计：**设计实现程序功能的算法。
- **代码编写：**使用C语言编写程序代码。
- **编译和链接：**将代码编译成可执行程序。
- **调试和测试：**检查程序的正确性和性能。

# 2. 模拟与数字信号转换原理

### 2.1 模数转换（ADC）

#### 2.1.1 ADC的基本原理和类型

**基本原理：**
模数转换器（ADC）是一种将模拟信号（连续时间和幅度的信号）转换为数字信号（离散时间和幅度的信号）的电子器件。转换过程涉及将模拟信号采样、量化和编码。

**类型：**
根据转换技术，ADC可分为以下类型：

- **逐次逼近型ADC (SAR ADC)：**通过逐次比较模拟信号和参考电压来确定数字输出。
- **积分型ADC (Integrating ADC)：**将模拟信号积分一定时间，然后将积分值转换为数字输出。
- **Σ-Δ型ADC：**使用过采样和数字滤波技术来提高分辨率和精度。
- **流水线型ADC：**将转换过程分成多个阶段，每个阶段执行部分转换，从而提高转换速度。

#### 2.1.2 ADC的性能指标和选型

**性能指标：**
选择ADC时需要考虑以下性能指标：

- **分辨率：**以位数表示，表示ADC可以区分的模拟信号最小变化。
- **采样率：**以每秒采样次数 (SPS) 表示，表示ADC将模拟信号转换为数字信号的频率。
- **精度：**表示ADC输出的数字信号与实际模拟信号之间的接近程度。
- **线性度：**表示ADC输出与输入之间的线性关系的程度。
- **噪声：**表示ADC输出中不想要的随机信号的幅度。

**选型：**
ADC的选型取决于应用的特定要求，包括：

- **所需的分辨率和采样率**
- **精度和线性度要求**
- **噪声容限**
- **成本和功耗**

### 2.2 数模转换（DAC）

#### 2.2.1 DAC的基本原理和类型

**基本原理：**
数模转换器（DAC）是一种将数字信号转换为模拟信号的电子器件。转换过程涉及将数字输入解码并输出相应的模拟信号。

**类型：**
根据转换技术，DAC可分为以下类型：

- **电阻型DAC (R-2R DAC)：**使用电阻网络来生成模拟输出。
- **电流型DAC (I-V DAC)：**将数字输入转换为电流，然后将其转换为模拟电压。
- **电压型DAC (V-DAC)：**直接输出模拟电压，与数字输入成正比。
- **Σ-Δ型DAC：**使用过采样和数字滤波技术来提高分辨率和精度。

#### 2.2.2 DAC的性能指标和选型

**性能指标：**
选择DAC时需要考虑以下性能指标：

- **分辨率：**以位数表示，表示DAC可以生成的最小模拟信号变化。
- **输出范围：**表示DAC可以输出的模拟信号的最小和最大值。
- **精度：**表示DAC输出的模拟信号与实际数字输入之间的接近程度。
- **线性度：**表示DAC输出与输入之间的线性关系的程度。
- **噪声：**表示DAC输出中不想要的随机信号的幅度。

**选型：**
DAC的选型取决于应用的特定要求，包括：

- **所需的分辨率和输出范围**
- **精度和线性度要求**
- **噪声容限**
- **成本和功耗**

# 3.1 ADC初始化和配置

#### 3.1.1 ADC时钟和采样率的设置

ADC的时钟源通常由单片机的内部时钟或外部时钟提供。内部时钟的频率一般较低，而外部时钟的频率可以更高，从而提高ADC的采样率。采样率是指ADC每秒钟转换模拟信号的次数，采样率越高，ADC获取数据的速度越快。

// 设置ADC时钟源和采样率
ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
ADC_InitStruct.ADC_ClockPrescaler = ADC_ClockPrescaler_Div2; // 时钟分频系数为2
ADC_InitStruct.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b; // 分辨率为12位
ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE; // 单次转换模式
ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; // 非连续转换模式
ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; // 数据右对齐
ADC_InitStruct.ADC_NbrOfConversion = 1; // 转换次数为1
HAL_ADC_Init(&hadc1, &ADC_InitStruct);

**代码逻辑逐行解读：**

* 第一行：定义ADC初始化结构体`ADC_InitStruct`。
* 第二行：设置ADC时钟分频系数为2，即ADC时钟为系统时钟的一半。
* 第三行：设置ADC分辨率为12位。
* 第四行：设置ADC为单次转换模式，即每次触发ADC转换后，只转换一次。
* 第五行：设置ADC为非连续转换模式，即转换完成后，需要重新触发才能进行下一次转换。
* 第六行：设置ADC数据右对齐，即转换结果的高位字节存储在数据寄存器的低地址端。
* 第七行：设置ADC转换次数为1，即每次触发ADC转换后，只转换一个