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💬本系列哔哩哔哩江科大51单片机的视频为主以及自己的总结梳理📚
前言：
本文是根据哔哩哔哩网站上"江协科技51单片机"视频的学习笔记，在这里会记录下江协科技51单片机开发板的配套视频教程所作的实验和学习笔记内容。本文大量引用了江协科技51单片机教学视频和链接中的内容。
引用：
(十七）51单片机------AD/DA转换_51单片机的ad转换-CSDN博客
51单片机学习笔记-14 ADDA_51单片机adda-CSDN博客
单片机学习笔记---AD/DA工作原理（含运算放大器的工作原理）_单片机_Vera工程师养成记-GitCode 开源社区
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基于51单片机的霍尔直流电机PWM调速系统_基于51单片机的直流电机pwm调速控制系统-CSDN博客
正文：
0. 🌿概述
在淘宝上购买了江协科技51单片机开发板套件（普中科技STC51单片机A2型号），就上在上一篇博文里说的自己计划学习下江协科技51单片机开发教程，通过STC51单片机这种MCU这种贴近于裸机的开发来增加对于系统硬件层面知识的了解和掌握。
术语和缩略语
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| 缩写 | 全称 | 说明 |
| AD | Analog to Data | 模拟到数字，将模拟信号转换为计算机可操作的数字信号 |
| DA | Data to Analog | 数字到模拟，将计算机输出的数字信号转换为模拟信号 |
| ADC | Analog to Data Convert | 模拟到数字转换 |
1. 🚀 AD/DA介绍
AD/DA数字量/模拟量转换的介绍：
AD/DA转换打开了计算机与模拟信号的大门，极大的提高了计算机系统的应用范围，也为模拟信号数字化处理提供了可能。
AD通常是对电压进行转换（注意电阻阻值应大致相同），并且AD转换通常有多个输入通道，用多路选择开关连接至AD转换器，以实现AD多路复用的目的，提高硬件利用率。AD/DA与单片机数据传送可使用并口（速度快、原理简单），也可使用串口（接线少、使用方便），看需求而定。另外也可以将AD/DA模块直接集成在单片机内，这样直接写入/读出寄存器就可进行AD/DA转换，单片机的IO口可直接复用为AD/DA的通道。
🌳光敏电阻，热敏电阻，它们的电阻阻值随着光线的亮度或者温度而变化，如果我们将光敏电阻或者热敏电阻和一个电阻串联起来进行分压，那么随着光敏电阻/热敏电阻阻值的变化它们的电压分压值也就会发生改变。
🌳一般传感器的电阻的阻值会随着一些环境模拟量参量的变化而变化，AD转换一般对电压进行转化的它只能读取电压，如果我们要把电阻的变化转换为电压的变化就需要对它串一个电阻（串一个和它阻值差不多的电阻）。
- 🌵AD转换通常有多个输入通道，用多路选择开关连接至AD转换器，以实现AD多路复用的目的，提高硬件利用率
- 🌵AD/DA与单片机数据传送可使用并口（速度快、原理简单），也可使用串口（接线少、使用方便）
- 🌵可将AD/DA模块直接集成在单片机内，这样直接写入/读出寄存器就可进行AD/DA转换，单片机的IO口可直接复用为AD/DA的通道
AD通常由多个输入通道，用多路选择开关连接至AD转换器，以实现AD多路复用的目的，提高硬件的利用率，一般AD转换器都会有多个通道的，如果一个AD只有一个通道会有点浪费啊。
1.1 开发板上AD,DA模块
在我们使用的单片机开发板原理图中（普中科技51单片机开发板A2）使用的ADC其实是一个触摸屏的芯片，如果你自己了解就知道它其实是一个触摸屏芯片，当然这触摸屏的原理也是AD转换，但它直接用触摸屏的芯片来做这个ADC的实验有点不方便理解哈，因为它（手册）内部经常会出现一些触摸屏的姿势啊，触摸屏如何检测的，然后就比较复杂不是很好理解。当然它的时序还是比较简单的，我们用时序直接读出来就行了，内部其它的触摸屏哪些就不需要管了。
然后DAC哪它用的是一个PWM型的，不过现在DAC的主流的，不过我觉的PWM型的DAC也有一些弊端，它需要输出我们PWM的波形，PWM距我们DA只剩下一步了哈，就是比较简单只剩一下一两步了，我们PWM信号本身就可以代表DA，怎样讲PWM转换为模型信号哪，只需要一个低通滤波就可以将PWM转换为模拟信号，所以PWM信号在一定程度上就是DA的另一种形式吧。我用一个低通滤波就可以直接转换为连续变化的波形。
这片开发板上使用的AD和DA模块都不是很主流的，用模拟屏芯片作为我们通用的了解上DA的内部原理上，有点闭塞封装起来了比较不方便理解，然后DAC PWM，起始我们现在用的话，更倾向于电阻网络DA，它比较简单原理更容易理解。
1.2 经典AD和DA芯片
下面是古老的（也非常经典的）AD转换芯片ADC0809、DA转换芯片DAC0832，由于芯片体积大且接口太多，目前已经逐渐淘汰。
因为它芯片比较老，接线也太多，所以也不推荐大家使用这些芯片，可以用一些新的ADC转换芯片，比如说这个在其它开发板上或者电子制作上也会经常使用的，就是 PCF8591 这个芯片，它是一个I2C总线的，它有4个AD转换，和一个DA转换，它的使用是比较简单的用通信总线直接读出来就可以了。
1.3 AD（模拟到数字）
这是一个简单的AD芯片（ADC0809），首先选择模拟开关，之后进行AD转换，再通过缓存器输出，就可以了。
- START：开始转换
- EOC：转换结束
- CLOCK：时钟
- OE：使能
1.4 DA（数字到模拟）
这是一个简单的DA芯片（ADC0832），首先输入数据，通过控制电路控制寄存器，最后通过一个DA转换器输出就成了。
经过两路缓存，这个缓存器的做啥用的，就是用来多路同步的。比如说有两个DAC，我要求两个DAC同时输出，我可以想把数据放到缓存器里面，然后两个都放好之后再同时给这个输出信号，然后两个DAC就可以同步输出了。
1.5 DA转换的一个原理（运算放大器）
- 📚️运算放大器（简称"运放"）是具有很高放大倍数的放大电路单元。它是一个集成电路，内部集成了差分放大器、电压放大器、功率放大器三级放大电路，是一个性能完备、功能强大的通用放大电路单元，由于其应用十分广泛，现已作为基本的电路元件出现在电路图中
- 📚️运算放大器可构成的电路有：电压比较器、反相放大器、同相放大器、电压跟随器、加法器、积分器、微分器等
- 📚️运算放大器电路的分析方法：虚短、虚断（负反馈条件下）
1.理想运算放大器具备以下性质：
- 无限大的输入阻抗： 理想的运算放大器输入端不容许任何电流流入，即输入信号V+与V-两端点的电流信号恒为零，即输入阻抗无限大。
- 趋近于零的输出阻抗： 理想运算放大器的输出端是一个完美的电压源，无论流至放大器负载的电流如何变化，放大器的输出电压恒为一定值，即输出阻抗为零。
- 无限大的开回路增益： 理想运算放大器的开回路的状态下，输入端的差动信号有无限大的电压增益，这个特性使得运算放大器十分适合在实际应用时加上负反馈组态。
- 无限大的共模抑制比： 理想运算放大器只能对V+与V-两端点电压的差值(差分信号)有反应，即只放大V+−V− 的部份。对于两输入信号的相同的部分(共模信号)将完全忽略不计。
- 注：共模信号：双端输入时，两个信号相同。差模信号：双端输入时，两个信号的相位相差180度。
2.集成运算放大器有两种工作状态：
- 线性状态：当给集成运算放大器加上负反馈电路时，工作在线性状态。工作特点：
具有虚断特性及流入和流出输入端的电流都为0，I- = I+ = 0A。
具有虚短的特性及两个输入端的电压相等，U+ = U-。- 非线性状态：如果给集成运算放大器加正反馈电路或当其在开环工作时，工作在非线性状态。工作特点：
当同相输入端电压大于反向输入端电压时，输出电压为高电平。
当同相输入端电压小于反向输入端电压时，输出电压为低电平。
3.运算放大器的分析方法
运算放大器的分析方法是：虚短和虚断（负反馈条件下）
- 虚短： 集成运算放大器的开环放大倍数很大，一般通用型的运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB以上，但是运放的输出电压是有限制的，一般 在10V～14V，然而运放的差模输入电压不足1 mV，因此可以输入两端可以近似等电位，就相当于短路。 开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等，这种特性称之为虚短。
- 虚断： 集成运算放大器具有输入高阻抗的特性，一般同向输入端和反向输入端的输入电阻都在1MΩ以上，所以输入端流入运放的电流往往小于1uA，远小于输入端外电路的电流。所以这里通常可把运放的两输入端视为开路，并且运放的输入电阻越大，同向和反向输入两端越接近开路。在运放处于线性状态时，根据这个特性可以把两输入端视为等效开路，简称虚断。
1.5.1运放电路-电压比较器
电压比较器会比较同向输入端和反向输入端的电压值，然后输出高低电平的方式来体现，它是一个在开环状态下，就是没有负反馈的情况下用的这个状态。
- 电压比较器：开环工作，非线性状态。利用运放的放大倍数无穷大，来进行数字化。同相输入电压更大输出VCC；反之输出GND。
这是电压比较器的作用，当+大于-的时候（只要大一点点），输出VCC，当-大于+的时候，输出GDN。
1.5.2运放电路-反向放大器
反相放大器。根据"虚短"中间的电势都为0，根据"虚断"流经R1和R2的电流大小及方向都相同。依次推算出输入电压与输出电压的关系。
公式推导（反向放大器，利用集成运算放大器的虚短和虚断的特性分析）：
反向放大器，输出为负的时候需要双电源。
1.5.3运放电路-同向放大器
同向放大器。分析思路同上。
公式推导（正向放大器，利用集成运算放大器的虚短和虚断的特性分析）：
1.5.4运放电路-电压跟随器
电压跟随器。主要用于提高电路的驱动能力。放大倍数为1时，虽然没有电压放大特性，但是可以放大功率。（提高信号的驱动能力）
1.6 DA的原理-T型电阻网络DA转换器
运放工作在负反馈状态，所以 I01 和 I02 所在的两个线上的电压都相当于接在GND上，这样就不会影响上面电阻网络的分压分流等状态。根据电阻的串并联状态，I7 ~ I0 的大小为公比为0.5的等比数列，即 I7 ~ I0 为位权。注意总电流 I=Verf/R，所以通过Rfb的电流大小就是I的 [D7~D0]/256 倍，并且这个输出精度就是256不可变。即，输出电压
当 Rfb = R 时
T型电阻网络DA转换器公式推导（负反馈的情境下）
而开发板上搭载的是 PWM型DA转换器，下图14-9所示。注意这种电路结构相比于图14-8所示的电路结构来说，极大的节省端口且精度高，但缺点就是需要更多资源来产生PWM波，并且低通滤波器性能不好时平均电压还会自带纹波。
