单片机测控与A/D、D/A转换接口解析

"单片机基础(第3版)-第10章ppt课件.ppt" 在单片机应用中，A/D（模拟到数字）和D/A（数字到模拟）转换是至关重要的环节，尤其在设计测控系统时。本章节主要介绍了单片机在测控系统中的作用以及模拟输入通道的设计原理。 10.1单片机测控系统与模拟输入通道 测控系统主要包括测量和控制两部分。测量涉及实时采集被控对象的各种物理参数，如温度、压力、流量、速度和转速等，这些参数通常是模拟量。控制则是根据采集的数据进行计算和比较，然后通过单片机输出数字指令来调整被控对象。在这一过程中，A/D和D/A转换器起到了关键作用，它们负责模拟信号和数字信号之间的转换，使得单片机能够处理模拟信号并控制实际的物理系统。 10.1.2模拟输入通道 模拟输入通道设计的核心任务是将传感器采集的微弱、易受干扰的模拟信号转化为适合A/D转换的信号。这个过程通常包括放大、采样、保持和滤波等步骤。传感器是信号采集的第一步，它们将各种非电物理量转换为电信号，如温度传感器、光电传感器、湿度传感器、流量传感器、压力传感器、机械量传感器和成分分析传感器等，每种传感器都有其特定的应用领域。 1. 传感器 - 温度传感器：用于监测温度变化，将温度转换为电压或电流信号。 - 光电传感器：通过光电效应将光强度转化为电信号。 - 湿度传感器：如毛发湿度计、干湿球湿度计、金属氧化物元件等，用于测量环境湿度。 - 流量传感器：区分速度式和容积式，测量流体的流动速率。 - 压力传感器：测量大气压力或容器内的压力。 - 机械量传感器：如电阻应变片，用于检测各种力学参数。 - 成分分析传感器：用于混合气体或混合物成分的定量分析。 - pH值传感器：用于检测水溶液的酸碱性。 2. 放大器 传感器输出的信号通常需要经过放大器增强，以适应A/D转换器的要求。放大器的选择需考虑其放大倍数和稳定性，例如高增益带深度负反馈的直接耦合放大器，可以有效地放大微弱信号，并减少噪声的影响。 此外，模拟输入通道可能还包括采样保持器，确保在A/D转换期间信号稳定，以及滤波器，去除不必要的高频噪声，保证数据的准确性和可靠性。 10.2A/D转换器接口 A/D转换器是模拟世界和数字世界的桥梁，它将模拟信号转换为数字值，使得单片机可以处理这些数值。A/D转换器的接口设计要考虑转换精度、速度和功耗等因素。 10.3D/A转换器接口 D/A转换器则相反，它将数字信号转换为模拟信号，用于驱动模拟负载，如音频设备、电机控制等。D/A转换器的接口设计同样关键，确保数字数据能准确地转化为模拟信号。 10.4A/D与D/A转换器芯片的串行接口 除了并行接口外，许多现代转换器芯片采用串行接口，如SPI、I2C或UART，以节省引脚资源和简化电路设计。串行接口在高速和低功耗应用中特别有用。 理解和掌握A/D和D/A转换器的原理及接口设计对于构建有效的单片机测控系统至关重要。这包括选择合适的传感器、放大器以及转换器，并合理设计模拟输入通道，确保信号质量和系统的稳定性。