单片机C语言程序设计模拟量处理：ADC和DAC的深入解析

 # 1. 单片机C语言程序设计基础** 单片机C语言是一种专为单片机设计的C语言方言，它继承了C语言的语法和特性，同时针对单片机的特点进行了优化。单片机C语言具有以下特点： - **紧凑性：**代码体积小，适合于资源受限的单片机。 - **高效性：**编译后的代码执行效率高，能够充分利用单片机的硬件资源。 - **可移植性：**代码可以在不同的单片机平台上移植，无需进行大的修改。 单片机C语言程序设计的基础包括： - 数据类型和变量 - 运算符和表达式 - 控制结构 - 函数和数组 # 2. 模拟量处理理论** 模拟量处理是单片机系统中非常重要的一个环节，它可以将模拟信号转换为数字信号，也可以将数字信号转换为模拟信号。模拟量处理在单片机系统中有着广泛的应用，如温度测量、电机控制、数据采集等。 **2.1 模数转换原理** 模数转换器（ADC）是一种将模拟信号转换为数字信号的器件。ADC的转换过程可以分为以下几个步骤： 1. **采样：**ADC首先对模拟信号进行采样，采样是指在某个时刻对模拟信号进行测量，得到一个数字值。采样速率是指ADC每秒钟采样的次数，单位为赫兹（Hz）。 2. **量化：**采样得到的数字值是一个连续的值，ADC需要将其量化为离散的值。量化是指将连续的值划分为有限个等级，每个等级对应一个数字值。量化位数是指ADC能够区分的等级数量，单位为位（bit）。 3. **编码：**量化后的数字值需要编码成二进制数，以便于存储和传输。编码方式有多种，常用的编码方式有格雷码和二进制补码。 **2.1.1 ADC转换过程** ADC的转换过程可以用一个流程图来表示，如下图所示： ```mermaid graph LR subgraph ADC转换过程 A[采样] --> B[量化] --> C[编码] end ``` **2.1.2 ADC性能指标** ADC的性能指标主要有以下几个： * **分辨率：**分辨率是指ADC能够区分的最小电压变化，单位为伏特（V）。分辨率越高，ADC的精度就越高。 * **转换速率：**转换速率是指ADC每秒钟能够转换的次数，单位为赫兹（Hz）。转换速率越高，ADC的实时性就越好。 * **输入范围：**输入范围是指ADC能够转换的模拟信号的电压范围，单位为伏特（V）。输入范围越宽，ADC的适用性就越广。 * **线性度：**线性度是指ADC的转换曲线与理想直线的偏离程度，单位为百分比（%）。线性度越高，ADC的转换精度就越高。 **2.2 数模转换原理** 数模转换器（DAC）是一种将数字信号转换为模拟信号的器件。DAC的转换过程可以分为以下几个步骤： 1. **解码：**DAC首先对数字信号进行解码，解码是指将二进制数转换为一个数字值。解码方式有多种，常用的解码方式有格雷码和二进制补码。 2. **加权：**解码后的数字值需要加权，加权是指将数字值乘以一个权重系数，权重系数由DAC的位数决定。 3. **求和：**加权后的数字值需要求和，求和是指将所有加权后的数字值相加，得到一个模拟信号的电压值。 **2.2.1 DAC转换过程** DAC的转换过程可以用一个流程图来表示，如下图所示： ```mermaid graph LR subgraph DAC转换过程 A[解码] --> B[加权] --> C[求和] end ``` **2.2.2 DAC性能指标** DAC的性能指标主要有以下几个： * **分辨率：**分辨率是指DAC能够输出的最小电压变化，单位为伏特（V）。分辨率越高，DAC的精度就越高。 * **转换速率：**转换速率是指DAC每秒钟能够转换的次数，单位为赫兹（Hz）。转换速率越高，DAC的实时性就越好。 * **输出范围：**输出范围是指DAC能够输出的模拟信号的电压范围，单位为伏特（V）。输出范围越宽，DAC的适用性就越广。 * **线性度：**线性度是指DAC的转换曲线与理想直线的偏离程度，单位为百分比（%）。线性度越高，DAC的转换精度就越高。 # 3. 单片机ADC和DAC编程 ### 3.1