項目五

ADC與DACCONTENTS項目概述任務(wù)一：熟知ADC理論任務(wù)二：ADC應(yīng)用實例任務(wù)三：熟知DAC理論任務(wù)四：DAC應(yīng)用實例00項目概述項目概述項目描述：本項目旨在構(gòu)建一個全面的ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）與DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）知識體系，通過四個基礎(chǔ)任務(wù)來逐步深入。通過深入理解ADC的基本特性和轉(zhuǎn)換流程，學(xué)會在STM32L431芯片平臺上正確應(yīng)用ADC，實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。通過掌握DAC的工作原理，學(xué)會熟練操作DAC，理解數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換。通過一個綜合性的任務(wù)，掌握ADC與DAC功能的聯(lián)合應(yīng)用，從而將所學(xué)知識融會貫通，提升實際應(yīng)用能力。項目概述理解模擬信號與數(shù)字信號的基本概念及其差異。熟悉ADC及DAC的工作原理及轉(zhuǎn)換流程。掌握基于STM32L431RCT6的配置要點及編程方法，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。知識目標能夠描述ADC和DAC的工作原理及其關(guān)鍵參數(shù)。實現(xiàn)DAC與ADC的聯(lián)合調(diào)試，并將其應(yīng)用于實際項目，提升解決實際問題的能力。能力目標培養(yǎng)耐心細致的工作態(tài)度，提升團隊協(xié)作和溝通能力，確保在項目實踐中能夠高效合作，完成任務(wù)。素養(yǎng)目標01任務(wù)一：熟知ADC理論什么是ADCADC是模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將連續(xù)的模擬信號（如電壓或電流）轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號（通常是二進制碼），以便數(shù)字系統(tǒng)（如CPU、MCU等）能夠處理。

模擬信號：模擬信號是指在時間和幅度上都連續(xù)變化的信號，如正弦波、語音信號。

離散信號數(shù)字信號是指在時間和幅度上都離散化的信號，如網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包、微處理器內(nèi)部的指令和數(shù)據(jù)。ADC的工作原理采樣在離散的時間點上測量模擬信號的瞬時值，這是ADC工作的第一步，確保信號在時間上離散化。量化編碼將每個采樣到的連續(xù)模擬電壓值，映射（近似）到有限個離散的電平值中的一個。量化后的每個電平值被賦予一個唯一的二進制碼。例如：對于一個4位ADC，0000,0001,0010,...,1111這個二進制碼流就是ADC的數(shù)字輸出。轉(zhuǎn)換精度包括量化誤差和其他系統(tǒng)誤差，高精度ADC適用于精密測量，確保轉(zhuǎn)換結(jié)果的準確性。轉(zhuǎn)換時間完成一次模數(shù)轉(zhuǎn)換所需的時間，轉(zhuǎn)換時間越短，響應(yīng)速度越快，適用于實時信號處理。采樣時間與采樣頻率采樣時間是ADC對輸入模擬信號進行采樣的時間長度，采樣頻率是單位時間內(nèi)ADC對輸入模擬信號進行采樣的次數(shù)，二者共同影響信號的還原效果。分辨率ADC數(shù)字量改變一個最小量時輸入模擬信號對應(yīng)的變化量，由ADC的量化位數(shù)決定，位數(shù)越大分辨率越高。ADC的主要技術(shù)參數(shù)ADC數(shù)字量改變一個最小量時輸入模擬信號對應(yīng)的變化量，由ADC的量化位數(shù)決定，位數(shù)越大分辨率越高。ADC的主要技術(shù)參數(shù)ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果通常用二進制數(shù)來存儲，因此可以用ADC的二進制位數(shù)（n位）來表示，即ADC的輸出是一個n位的二進制數(shù)。對于一個n位的ADC，其分辨率可以表示為滿量程電壓范圍除以2的n次方。例如，一個12位ADC滿量程輸入模擬電壓為5V，該ADC能分辨的最小電壓為：即該ADC能夠分辨出輸入電壓中最小1.22mV的變化。分辨率基于STM32L431的ADC控制STM32L431微控制器有1個ADC，屬于逐次逼近型（SAR）轉(zhuǎn)換器，支持6位、8位、10位和12位分辨率。具有16個外部通道，支持多種輸入模式和轉(zhuǎn)換模式。STM32L431ADC特性12思考：12位ADC，若參考電壓是3.3V，其最小電壓分辨率是多少？分辨率基于STM32L431的ADC控制單端輸入和差分輸入。這些外部通道可以配置為單端輸入模式或者差分輸入模式。通道16是單端通道不能與后面通道組合成差分通道，PB1無對應(yīng)的差分負端引腳，因此無法配置為差分模式。輸入模式支持多種轉(zhuǎn)換模式，包括單次轉(zhuǎn)換模式、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、掃描模式和間斷模式轉(zhuǎn)換模式3402任務(wù)二：ADC應(yīng)用實例實現(xiàn)對光照傳感器模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，STM32L431RCT6微控制器讀取這個二進制數(shù)字信號，并通過串口實時傳輸數(shù)據(jù)到PC。光照測量實例

任務(wù)描述光照測量實例

任務(wù)分析光照傳感器（如光敏電阻）感知環(huán)境光照，光敏電阻基于內(nèi)光電效應(yīng)，當光照強度增強時，電阻值迅速降低；在無光照時，呈高阻狀態(tài)。模塊通過光敏電阻的變化來檢測環(huán)境光線的亮度，并通過比較器輸出數(shù)字信號或模擬信號。光敏電阻模塊的AO引腳連接到ADC輸入通道，本次ADC采用12位的分辨率。通過ADC轉(zhuǎn)換，STM32L431RCT6微控制器讀取二進制數(shù)字信號。本次ADC采用12位的分辨率。光照傳感器原理ADC處理流程數(shù)據(jù)傳輸光照測量實例

任務(wù)實現(xiàn)——輪詢模式第1步：硬件準備（1）將光照模塊與STM32L431RCT6連接起來。（2）連接串口通信接口。（3）連接STLINK。第2步：配置STM32CubeMX，生成工程。光照測量實例

任務(wù)實現(xiàn)——輪詢模式第3步：程序設(shè)計主要HAL庫函數(shù)：（1）HAL_StatusTypeDefHAL_ADC_Start(ADC_HandleTypeDef*hadc)（2）HAL_StatusTypeDefHAL_ADC_Stop(ADC_HandleTypeDef*hadc)（3）uint32_tHAL_ADC_GetValue(ADC_HandleTypeDef*hadc)（4）HAL_StatusTypeDefHAL_ADC_PollForConversion(ADC_HandleTypeDef*hadc,uint32_tTimeout)系統(tǒng)初始化及ADC初始化后，ADC處理流程：（1）啟動ADC轉(zhuǎn)換（調(diào)用HAL_ADC_Start函數(shù)）。（2）等待ADC轉(zhuǎn)換完成（調(diào)用HAL_ADC_PollForConversion函數(shù)，設(shè)置超時時間為100ms）。（3）讀取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果（調(diào)用HAL_ADC_GetValue函數(shù)）。（4）停止ADC（調(diào)用HAL_ADC_Stop函數(shù)）。第4步：編譯、下載、驗證編譯程序并下載到開發(fā)板，通過實際運行驗證輪詢模式的ADC功能，確保程序正確運行。光照測量實例

任務(wù)實現(xiàn)——DMA模式DMA傳輸模式：通過DMA自動將ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果傳輸?shù)街付ǖ膬?nèi)存區(qū)域，同時利用中斷處理機制在數(shù)據(jù)傳輸完成或特定事件發(fā)生時進行相關(guān)操作。該模式下，CPU無需頻繁查詢轉(zhuǎn)換狀態(tài)，可將數(shù)據(jù)采集任務(wù)“委托”給DMA，從而提高數(shù)據(jù)處理效率，降低CPU負擔。光照測量實例

任務(wù)實現(xiàn)——DMA模式第1步：硬件準備（1）將光照模塊與STM32L431RCT6連接起來。（2）連接串口通信接口。（3）連接STLINK。第2步：配置STM32CubeMX，生成工程。第3步：程序設(shè)計主要HAL庫函數(shù)：HAL_StatusTypeDefHAL_ADC_Start_DMA(ADC_HandleTypeDef*hadc,uint32_t*pData,uint32_tLength)初始化后，進行ADC處理，見右圖。第4步：編譯，下載，驗證編譯程序并下載到開發(fā)板，通過實際運行驗證輪詢模式的ADC功能，確保程序正確運行。ADC處理流程任務(wù)總結(jié)本任務(wù)通過普通轉(zhuǎn)換及DMA傳輸兩種方式成功實現(xiàn)了基于ADC的光照采集，對比輪詢模式和DMA方式，輪詢模式簡單但效率低，DMA方式高效但實現(xiàn)復(fù)雜，適用于高數(shù)據(jù)量處理。03任務(wù)三：熟知DAC理論DAC是數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，用于將離散的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬信號，廣泛應(yīng)用于音頻、視頻和傳感器信號處理等領(lǐng)域。DAC概述DAC定義DAC在信號處理中起著關(guān)鍵作用，能夠?qū)?shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流信號，滿足多種應(yīng)用場景的需求。重要性DAC工作原理DAC接收二進制形式的數(shù)字信號，通過內(nèi)部電路將其轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流信號。信號接收DAC的性能參數(shù)包括分辨率（通常以位數(shù)表示）、精度、線性度和建立時間等，這些參數(shù)決定了DAC的性能和應(yīng)用范圍。性能參數(shù)STM32L431微控制器的DAC特性DAC特性STM32L431微控制器具備2個12位DAC輸出通道，能夠?qū)?shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號輸出。輸出計算12位DAC參考電壓為5V時，若輸出2V電壓，其對應(yīng)的數(shù)字信號為多少？04任務(wù)四：DAC應(yīng)用實例通過DAC將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，并通過ADC將模擬信號轉(zhuǎn)換回數(shù)字信號，完成完整的信號轉(zhuǎn)換流程。任務(wù)描述STM32L431中只有1個DAC即DAC1，DAC1有兩個通道，本任務(wù)選擇第2個輸出通道。。任務(wù)分析利用STM32Cubemx工具進行聯(lián)合配置與調(diào)試，驗證DAC和ADC的功能，確保系統(tǒng)正常運行。聯(lián)合配置DAC與ADC聯(lián)合應(yīng)用實例123任務(wù)實現(xiàn)04030102軟件配置使用STM32Cubemx進行配置，選擇DMA模式，配置ADC和DAC相關(guān)參數(shù)。程序設(shè)計采用主要HAL庫函數(shù)HAL_ADC_Start_DMA和HAL_DAC_SetValue，完成ADC-DAC處理流程。編譯下載驗證編譯程序并下載到開發(fā)板，確保程序正確運行，完成ADC-DAC聯(lián)合調(diào)試。通過串口調(diào)試助手查看轉(zhuǎn)換結(jié)果，展示實際運行結(jié)果的截圖或數(shù)據(jù)，驗證系統(tǒng)的正確性和可靠性。硬件連接實現(xiàn)ADC與DAC引腳相連，連接串口通信接口和STLINK，確保硬件連接正確無誤。ADC-DAC處理流程調(diào)用HAL_ADC_S