【大學(xué)課件】單片機(jī)與數(shù)模及模數(shù)轉(zhuǎn)換器的接口

單片機(jī)與數(shù)模及模數(shù)轉(zhuǎn)換器的接口本課程介紹單片機(jī)與數(shù)模及模數(shù)轉(zhuǎn)換器的接口技術(shù)，涵蓋單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理、常用接口、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及在不同應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用。單片機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理核心處理器負(fù)責(zé)執(zhí)行程序指令，控制系統(tǒng)運(yùn)行。存儲(chǔ)器系統(tǒng)存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)參數(shù)。輸入/輸出接口與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器提供精確的計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能。單片機(jī)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單片機(jī)運(yùn)行的程序指令。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單片機(jī)運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)。堆棧存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)函數(shù)調(diào)用和中斷處理的臨時(shí)數(shù)據(jù)。單片機(jī)的輸入/輸出接口通用IO口可配置為輸入或輸出，用于控制和采集數(shù)據(jù)。定時(shí)/計(jì)數(shù)器提供精確的計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能，可用于控制時(shí)間間隔和計(jì)數(shù)事件。中斷系統(tǒng)響應(yīng)外部事件，及時(shí)處理突發(fā)狀況。串行通信接口用于與其他設(shè)備進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳輸。單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)功能1定時(shí)器2計(jì)數(shù)器3捕獲/比較單片機(jī)的中斷系統(tǒng)1中斷請(qǐng)求外部事件觸發(fā)中斷請(qǐng)求。2中斷響應(yīng)單片機(jī)暫停當(dāng)前程序執(zhí)行，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序。3中斷服務(wù)程序處理中斷事件，恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基本概念數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，是單片機(jī)控制模擬量輸出的關(guān)鍵部件。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的分類和特性按輸出類型電壓型、電流型、電荷型。按轉(zhuǎn)換方式逐次逼近型、并行型、Σ-Δ型。按分辨率8位、10位、12位等。常見數(shù)模轉(zhuǎn)換器芯片的應(yīng)用音頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生各種音頻波形，用于音樂合成、語音合成等。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向等，實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度控制、位置控制等。溫度控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定溫度，調(diào)節(jié)加熱器或制冷器的輸出功率，實(shí)現(xiàn)溫度穩(wěn)定控制。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本概念模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，是單片機(jī)采集模擬量數(shù)據(jù)的關(guān)鍵部件。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分類和特性1逐次逼近型精度高，速度較慢。2并行型速度快，精度較低。3Σ-Δ型高精度，低功耗。常見模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片的應(yīng)用音頻信號(hào)采集卡將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，用于錄音、音頻處理等。溫度傳感器測量環(huán)境溫度，并將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，用于溫度監(jiān)測、控制等。光電傳感器測量光強(qiáng)度，并將光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，用于光強(qiáng)監(jiān)測、控制等。單片機(jī)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的接口單片機(jī)通過控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)來實(shí)現(xiàn)模擬量輸出，例如控制電機(jī)轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)LED亮度等。單片機(jī)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的接口單片機(jī)通過讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)來獲取模擬量數(shù)據(jù)，例如測量溫度、光強(qiáng)、電壓等。單片機(jī)系統(tǒng)的模擬量采集與處理傳感器信號(hào)將模擬量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。單片機(jī)處理處理數(shù)字信號(hào)，完成數(shù)據(jù)分析、控制等。單片機(jī)系統(tǒng)的模擬量輸出控制數(shù)字信號(hào)單片機(jī)輸出數(shù)字信號(hào)。數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)模擬信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)模擬量控制。單片機(jī)系統(tǒng)的溫度檢測與控制1溫度傳感器2模數(shù)轉(zhuǎn)換器3單片機(jī)4加熱器單片機(jī)系統(tǒng)的光強(qiáng)檢測與控制1光強(qiáng)傳感器2模數(shù)轉(zhuǎn)換器3單片機(jī)4LED燈單片機(jī)系統(tǒng)的電壓檢測與控制1電壓傳感器2模數(shù)轉(zhuǎn)換器3單片機(jī)4電源單片機(jī)系統(tǒng)的壓力檢測與控制1壓力傳感器2模數(shù)轉(zhuǎn)換器3單片機(jī)4控制閥單片機(jī)系統(tǒng)的流量檢測與控制1流量傳感器2模數(shù)轉(zhuǎn)換器3單片機(jī)4泵單片機(jī)系統(tǒng)的位置檢測與控制1位置傳感器2模數(shù)轉(zhuǎn)換器3單片機(jī)4執(zhí)行機(jī)構(gòu)單片機(jī)系統(tǒng)的電機(jī)控制1驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。2反饋電路監(jiān)測電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。3控制算法根據(jù)反饋信息，調(diào)整電機(jī)運(yùn)行參數(shù)。單片機(jī)系統(tǒng)的變頻控制單片機(jī)通過控制變頻器的頻率來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度控制。單片機(jī)系統(tǒng)的功率控制單片機(jī)通過控制功率器件的開關(guān)狀態(tài)來調(diào)節(jié)輸出功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的功率控制。單片機(jī)系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)控制單片機(jī)通過控制伺服電機(jī)的位置、速度等參數(shù)來實(shí)現(xiàn)精確的位置控制、速度控制等。單片機(jī)系統(tǒng)的PID控制PID控制是一種常用的反饋控制算法，通過比例、積分、微分三個(gè)環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。單片機(jī)系統(tǒng)的模糊控制模糊控制利用模糊邏輯來處理不確定性信息，適合解決傳統(tǒng)控制方法難以處理的復(fù)雜問題。單片機(jī)系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來模擬人類的學(xué)習(xí)能力，能夠?qū)?/p>