本篇内容是观看B站江科大自化协UP主的教学视频所做的笔记，对其中内容有所引用，并结合自己的单片机板块进行了更改调整。

以下笔记内容以一个视频为一个片段（内容较多，可能不适合速食，望见谅）

一些内容涉及前面的知识点，可能需要提前了解（可以翻看本人之前的文章或者去B站看UP主的视频）

文章目录

16-1 AD/DAAD/DA介绍硬件电路硬件电路模型实际硬件电路单片机上原理图：芯片原理介绍（以旧版的较为经典的芯片为例）：ADC芯片：DAC芯片：运算放大器四个运算放大器的经典电路一、电压比较器二、反向放大器三、同向放大器四、电压跟随器AD/DA原理DA原理T型电阻网络DA转换器：PWM型DA转换器：AD原理补充：AD/DA性能指标（部分）XPT2046XPT2046介绍XPT2046时序运行方式：补充：PS：16-2 AD模数转换&DA数模转换代码一Ⅰ、新建工程与main.cⅡ、添加已模块化的代码文件Ⅲ、编写XPT2046文件XPT2046.c一、定义I/O口二、编写读取AD函数XPT2046.hⅣ、编写主函数文件PS：一、SER/DFR（DFR上方一横线）部分二、PD1部分三、地址部分（A2\~A0）对命令字添加定义添加读取Ⅴ、烧录程序代码二Ⅰ、将之前直流电机文件复制粘贴一份Ⅱ、更改定义的I/O口Ⅲ、替换对应名称Ⅳ、编写主函数文件17-1 红外遥控（外部中断）Ⅰ、红外遥控简介Ⅱ、硬件电路发送部分：接受部分：基本发送与接收Ⅲ、NEC编码Ⅳ、遥控器键码Ⅴ、51单片机的外部中断外部中断寄存器17-2 红外遥控&红外遥控电机调速代码一Ⅰ、新建工程与main.cⅡ、添加需要的已模块化的文件Ⅲ、配置外部中断部分一、配置电路二、写入中断函数模板三、测试外部中断是否有效四、封装外部中断部分①建立Int0.c与Int0.h文件，进行封装②处理Int0.c部分③处理Int0.h部分PS：Ⅳ、改造定时器0模块为计数模式一、添加定时器0模块化文件二、改造初始化部分三、添加计数部分四、添加计数值返回部分五、添加计数器启动部分六、测试效果Ⅴ、编写红外解码文件一、添加初始化部分二、定义需要的变量三、写入外部中断函数①编写空闲状态部分②编写触发读取部分③编写开始解码状态四、添加接收数据与命令部分五、添加返回数据与命令部分（封装）IR.c文件IR.h文件Ⅳ、添加对应键码值的宏定义Ⅴ、编写主函数部分Ⅵ、烧录程序代码二Ⅰ、将之前直流电机调速的文件复制粘贴一份Ⅱ、调整Timer0文件部分为定时器Timer1。Ⅲ、添加代码一模块化的文件Ⅳ、将电机部分的代码模块化Motor.c文件Motor.h文件Ⅴ、编写主函数部分Ⅵ、烧录程序

16-1 AD/DA

AD/DA介绍

AD（Analog to Digital）：模拟-数字转换，将模拟信号转换为计算机可操作的数字信号。

（如单片机只能识别0与5V数字信号，当输入为2.5V——模拟信号时，就需要转化为单片机所能读取的数字信号）

DA（Digital to Analog）：数字-模拟转换，将计算机输出的数字信号转换为模拟信号。

（如单片机需要通过转换，才能发送除0、5V外的模拟信号）

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。

光敏电阻：

运行原理如上，当感光变化后，光敏电阻阻值变化，使得高电平另一端的电压（图中黑点）发生变化（模拟信号）；经过AD转化为数字信号从而读取信息。

热敏电阻：

原理同上，将光敏电阻替换为热敏电阻即可。

麦克风：

将说话的声音转化为数字信号（一连串的），然后通过AD采集，转换为计算机可读取的数字信号（因为不是所有的数字信号计算机都可以采集）。

扬声器：

通过将音乐对应的数字信号通过DA转换为实际电压（连续的电压波形），通过麦克风处理即可听到存储的音乐。

硬件电路

硬件电路模型

PS：上图的模拟量与数字量呈正比关系。（即255对应5V，0对应0V，255/2对应2.5V，以此类推）。

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。

（即一个AD可接多个模拟量检测，通过切换进行选择模拟量检测）

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）。

——这里的串口不是之前沟通两个设备的串口。

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。

补充：AD一般多个通道，而DA一般只有一个通道（因为需要输出连续的信号，多个通道容易错乱）；且DA一般可以用PWM进行替代。

实际硬件电路

单片机上原理图：

有时AD/DA会在后面加上C，但也代表AD/DA模块。

ADC模块封装在触摸屏芯片上（有兴趣可以了解触摸屏部分知识），利用的是SPI总线通信，

DAC模块约等于PWM部分（PWM模块加上一个低通滤波即可与DA效果相同）

来自搜索：低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过， 但高于 截止频率 的信号不能通过的电子滤波装置。

芯片原理介绍（以旧版的较为经典的芯片为例）：

ADC芯片：

DB0~DB7为输出的八个数据；

IN0~IN7为输入的八个通道（8路），通过8路模拟开关进入A/D转换；

ADDA~ADDC负责控制8路模拟开关的操作，选择读取哪一路的数值；

A/D转换上方的三个引脚控制A/D转换，

其中START控制A/D开始转换，

EOC为转换结束和时钟信号，可以将输出的电压转换为一定的信号，并通过锁存器进行输出缓存，

CLOCK负责锁存器的输出控制，

OE负责输出使能，将数据输出出去。

右边的图为其实际的芯片图。

DAC芯片：

D0~D7为其输入数据，存储于8位输入寄存器中；8位DAC寄存器用于多路同步输出，可以将两次数据分别放于8位输入与DAC寄存器中，然后同时给输出信号进行输出；其中CS、WR1、WR2、XFER（上方均有一横线）负责控制8位输入与DAC寄存器输出。

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（不是像电阻那样的单独元件）。

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）。

放大器符号：

正号为同相输出端，负号为反相输出端；

有时会加上集成电路的电源（即在输出端与三角形交点处上面接一个电源，下面接一个电源），也可省略（即默认有电源）。

LM358信号放大电路：

运算放大器的特性：

输入阻抗非常大（同相、反向输入端几乎不流入与流出电流），以避免对前面电路产生影响。

内部有功率输出部分，因此输出端具有驱动能力。

因为集成化之后无法调节放大倍速，

所以为了能调节，这里将内部放大倍数设置很大（理想情况可以想象为无穷大），

并利用深度负反馈规则的知识，来进行动态调节放大倍数（模电部分知识，有兴趣可以去了解）

深度负反馈部分说明（简略）：

因为放大倍数非常大，因此很容易到达深度负反馈；通过在外部接上负反馈，使得能利用外部调节放大倍数（此时放大倍数不由内部电路决定），从而实现动态调节；利用这个特性，可以不同组合负反馈部分电路来实现不同功能。

四个运算放大器的经典电路

一、电压比较器

作用：比较同相输入端与反相输入端两个信号的电压值，并以高低电平的形式输出结果。

该电路状态处于没有连接负反馈的情况下使用（开环状态）。

作用公式：Vout=A∞（V+ - V-），其中A为放大倍数。

二、反向放大器

作用公式：Vout=A×VIN，其中A=-R2/R1。

作用原理：

放大器部分：

假设IN端传入0.1V，那么反相输入端就为0.1V，经过放大器到达OUT时就为负电压（此时电压为放大后的状态），

而此时该状态又会通过R2的部分将反相输入端拉低到小于0V（负电压大于0.1V），再次经过放大器就会使得OUT端变为正电压（此时电压为放大后的状态），

同样该状态也会通过R2部分将反向输入端拉高到大于0V（因为正电压大于负电压），使得OUT又变为负电压，

以此反复（负反馈过程），最终达到稳态（即正电压与负电压相等时，影响结束）。

最终的稳态就为虚短状态（负反馈状态下，负极电压与正极电压相等）。

——虚断状态下，反相输入端（其他情况同理）电流既不流入也不流出（因为输入阻抗大）。

外部负反馈部分：

因为放大器部分的反相输入端最终因为稳态变为0V，且此时为虚断，因此电流只能流经R2，

所以R2部分的电流与R1部分电流相等，而R2的+端电压为0V，-端电压可以利用U=IR，计算为VOUT= 0-（0.1V÷R1）×R2。——这里VIN假设为0.1V。

因此，VOUT端电压为（-R2/R1）×VIN。

反向名称原因：因为输入的为正电压，反为负电压，因此得名。

三、同向放大器

作用原理：

因为放大器部分会变为虚短状态，因此反向输入端就会变为VIN电压值，

而R1另一端接地，因此利用U=IR，可计算出此时的电流 I 为（VIN - 0）÷ R1，

因为放大器部分会变为虚断状态，因此电流只流过R2，所以R2处的电流与R1相等，

因此可以计算出R2连接OUT部分的电压VOUT= I × R2-（-VIN），其中 I = VIN / R1。

作用公式：

VOUT = VIN / R1 × R2 +VIN

=（1+R2/R1）×VIN

= A×VIN（其中A为放大倍速）

PS：较反向放大器而言，输出电压与输入电压同向（均为正或均为负），且输出为正电压时，无需双电源（反向放大器需要双电源才能输出正电压）。

四、电压跟随器

该电压跟随器相当于同向放大器的特殊情况（保持原倍数）。

利用电压跟随器能提高信号的驱动能力（虽然没有电压放大特性，但具有功率放大特性），可将没有驱动能力的信号变为相同的有驱动能力的信号。

AD/DA原理

DA原理

T型电阻网络DA转换器：

说明：

由上图可知，最下端I01与I02对应两根线由于放大器虚短特性，使得电压均为0V，因此电阻无论接0还是1，均为接GND。（为了不影响前面电阻网络的分压分流）根据上方电阻分析，可知等效总电阻为R，因此最上方干路线上的 I =VREF / R。对于支路上的 I0 ~ I7 而言，I1=2×I0，I2 = 2×I1 ，以此类推（左边电流为右边电流二倍），以此来表达二进制的位权。因此 I0 = I /256 = VREF /（256×R）。—— I = 2× I7。从而通过调节电阻下方开关来汇聚 I0 电流，最终利用反向放大器原理，实现输出电压。

好处：数据输出稳定。

坏处：①占用I/O口多（可以封装起来利用串行总线进行解决）；②精度限制为256，不可调节。

PWM型DA转换器：

该转换器为本单片机开发板上的DA转换器。

说明：

其中一个电阻加一个电容接GND构成一个低通滤波器（如图中R1、C1与GND构成RC滤波器），

而图中接两根低通滤波器，称为二阶低通滤波器。

PWM信号加上加上低通滤波器可以变为稳定的直流信号。（通过滤掉变化时的交流信号，仅保持直流信号实现过滤）

因为前面的分压结构产生的电压驱动能力弱，因此加上电压跟随器使得驱动能力增强。

好处：①节省I/O口；②精度高（调节PWM占空比即可实现精度提高）。

坏处：①比较消耗单片机内部资源，需要输出PWM波形；②低通滤波器输出性能较差时，会出现一定的纹波（没过滤完的交流信号）。

AD原理

DA可以通过数字量控制开关，开关输出模拟信号；而AD无法将模拟量进行量化输出，因此需要借助DAC。这里的比较器可以使用运算放大器的电压比较器。通过比较器，将传入的模拟信号与DAC产生的信号进行对比，并不断修改DAC的信号值（DAC偏大改小，偏小改大），直到逼近传入的信号，这样间接的将未知的模拟量转换为确定的数字量。——二分法比较修改DAC的值进行查找。最终得出的高低电平传入逐次逼近寄存器中，检测DAC与传入的模拟信号大小进行运作（如果偏大或偏小，就返回继续DAC产生信号；如果趋近相等，就送入下面的锁存缓冲器中）——中间可以有定时跟控制等操作。

补充：AD/DA性能指标（部分）

分辨率：指AD/DA数字量的精细程度，通常用位数表示。例如，对于5V电源系统来说，8位的AD可将5V等分为256份，即数字量变化最小一个单位时，模拟量变化5V/256=0.01953125V，所以，8位AD的电压分辨率为0.01953125V，AD/DA的位数越高，分辨率就越高。转换速度：表示AD/DA的最大采样/建立频率，通常用转换频率或者转换时间来表示，对于采样/输出高速信号，应注意AD/DA的转换速度。

XPT2046

本单片机原理图：

XPT2046介绍

购买时附带资料（XPT2046）：

XPT2046时序

该时序使用的是SPI通信。

CS（上方一横线，片选）、DCLK（时钟）、DIN（数据输入）、DOUT（数据输出）为SPI中基本的信号线。

除CS线外的三根线可进行复用（多个芯片共用三根线），每个芯片都有单独的CS线（片选）可供选择来运行（同一时刻只运行一个芯片，否则容易出错）。

有时可以进行替换：

DIN——>MISO（主设备输入，从设备输出），

DOUT——>MOSI（主设备输出，从设备输入）。

运行方式：

①选择CS线（拉低开始通信）；

②调节DCLK，上升沿输入数据，下降沿输出数据；

③通过DIN与DOUT线进行数据传输；（当DIN进行时，DOUT空闲，此时可以进行其他芯片输出。反过来同理）

④当经过一个周期（八位）后，主从机内部数据进行一次交换；

⑤结束后将CS线拉高完成通信。

补充：

①发送字节时高位在前，低位在后（接收同理）；

②发送的第一个字节定义为控制字；

③控制字前三位负责表达控制哪一路（多路选择），后面的位负责表达控制模式（8位/12位模式，单端模式，差分模式等），参考电压，低功耗等。

④发送完一个字节后可进行读出AD值（一个字节或连续两个字节）；

⑤当读出连续两个字节时，因为为12位，因此剩余的位用0填充。

⑥通过调用时序即可将AD值读出。

PS：

滑动变阻器、热敏电阻、光敏电阻产生的模拟信号通过AIN0~AIN2将数据输入给芯片进行处理。

16-2 AD模数转换&DA数模转换

代码一

实现效果：在LCD1602液晶屏上显示电位器、热敏电阻、光敏电阻的AD值。

Ⅰ、新建工程与main.c

Ⅱ、添加已模块化的代码文件

其中LCD1602文件为液晶屏显示文件，Delay文件为延时函数文件。

Ⅲ、编写XPT2046文件

XPT2046.c

ADC模块原理图：

XPT2046时序图：

一、定义I/O口

二、编写读取AD函数

XPT2046.h

Ⅳ、编写主函数文件

手册中控制字节部分：

PS：

一、SER/DFR（DFR上方一横线）部分

本单片机硬件模式为单端模式。

（差分模式指的是读取两个值的AD，求其差值；单端模式指的是一端接 地，只读取一个值的AD）

由下图可见，X-与Y-均接地，因此为单端模式。

ADC模块原理图：

二、PD1部分

对于PD1而言，当为1时，为内部电源模式（2.5V），此时精度较高，但会损失2.5~5V的电压表达；当为0时，为外部电源模式（下图VREF正上方的VCC，5V）。

——这里不需要太高精度，因此选用外部电源，PD1给0。

内部参考电压手册图：

三、地址部分（A2~A0）

可通过配置地址部分，读取对应的AD值。

①下方图中的VBAT为电池电压，

②AUXIN为辅助输入电压，

因此按照手册图选取对应地址即可检测对应AD值。

单端模式地址部分手册图：

目标测试的原理图（画圈部分）：

对命令字添加定义

更改XPT2046.h部分

更改XPT2046.c部分

添加读取

Ⅴ、烧录程序

烧录后即可看到预期效果。

单片机开发板部分：

代码二

实现效果：第二个LED灯实现呼吸灯效果。

Ⅰ、将之前直流电机文件复制粘贴一份

Ⅱ、更改定义的I/O口

Ⅲ、替换对应名称

一、点击替换的图标。

二、填入需要替代的名称与替代的名称，点击[Replace All]，完成全部替换。

Ⅳ、编写主函数文件

划蓝线部分为更改部分。

Ⅴ、烧录程序

烧录后即可看到预期效果。

且可以看到AD/DA部分的LED灯也呈现呼吸灯效果，因为DA转换部分为二倍放大效果，因此可见该LED亮度低于LED模块的LED亮度。

17-1 红外遥控（外部中断）

Ⅰ、红外遥控简介

红外遥控是利用红外光进行通信的设备，由红外LED将调制后的信号发出，由专用的红外接收头进行解调输出通信方式：单工，异步红外LED波长：940nm通信协议标准：NEC标准

红外LED：

红外接收头：

红外遥控器：

Ⅱ、硬件电路

发送部分：

类型一：

PS：本单片机并没有发送部分，只接受遥控器发出的红外信号。

说明：

①这里连接了两个三极管开关；

②R1所在电路输入端为38KHZ的方波；

③IN口输入为波形；对应的三极管开关（PHP型）为低电平导通（高电平不导通）；

④利用两个三极管开关，组合成IN口传出的波形，波形每段对应38KHZ的波形（对应控制红外LED的闪烁）

——原因是为了抗干扰，加入38KHZ的波形闪烁，使得该红外波形成为特有的类型，不会受到外界干扰（比如太阳光）

截自up主：

类型二：

该类型电路相较于类型一，简化了38KHZ部分，因此IN输入端需要自行利用程序产生最后一段的抖动波形。

接受部分：

接受的红外接收头需要将调制的波形进行解调，使得其恢复原来的波形（如类型一中，最终的传出红外波，需要将38KHZ的方波抖动去除，变回IN传入的波形）

PS：

①利用一体化红外接收头（集成有解调电路），就可以直接帮助解调，无需自行处理。

②因为产生的波形抖动速度快，因此不能利用if语句进行判断，需要利用外部中断进行接收OUT产生的波形数据。

基本发送与接收

空闲状态：红外LED不亮，接收头输出高电平发送低电平：红外LED以38KHz频率闪烁发光，接收头输出低电平发送高电平：红外LED不亮，接收头输出高电平

Ⅲ、NEC编码

PS：

①地址码反码对地址取反，用于对地址码进行验证；命令反码同理。

②数据红外接收部分，560us的下降沿与560us的上升沿组成数据0；560us的下降沿与1600us的上升沿组成数据1。

③一帧数据时间长度为110ms，采集完后接下来进行分析解调。

④后面的Repeat部分为按住按键不放时，连续发送数据的意思。

示波器实际采样图：

上面虚线的一个格子对应2ms。

每个下降沿既是上一个上升沿的结束（截止时间），又是下一个下降沿的开始（开始计时）。

当发完所有数据后，会多出一个下降沿，代表上一个上升沿结束，最后上升恢复高电平。

Ⅳ、遥控器键码

Ⅴ、51单片机的外部中断

外部中断固定接在INT0与INT1两部分（即固定接在P3_2与P3_3这两个引脚上）

外部中断寄存器

说明：

①这里的外部中断INT0与INT1直接连接I/O口。（区别于T0之类的定时器中断）

②这里的触发方式由IT0与IT1决定（等于1时下降沿触发，等于0时低电平触发）。

③IE0与IE1为中断标志位。

④剩余的部分与定时器中断电路类通。

上方的表格中，红线框内容与外部中断有关，其余的与定时器有关。

17-2 红外遥控&红外遥控电机调速

代码一

实现效果：

在LCD1602液晶屏上第一部分显示遥控器的地址码，

第二部分显示遥控器的控制码（或者叫命令码，即键码），

第三部分当按下VOL＋与VOL-时，该部分数字进行加减，且长按能一直加减。

Ⅰ、新建工程与main.c

Ⅱ、添加需要的已模块化的文件

其中Delay文件为延时函数文件，LCD1602文件为液晶屏显示函数文件。

Ⅲ、配置外部中断部分

一、配置电路

二、写入中断函数模板

三、测试外部中断是否有效

添加蓝线部分，进行测试。

显示效果：

独立按键原理图：

由独立按键原理图可知，触发外部中断的P3_2引脚与独立按键K3引脚相同，因此可以通过按动K3来触发中断。

按下后，数字增加，说明外部中断有效；

且按住按键数字无反应。

补充：可以配置为低电平触发，进行测试。

此状态下，按住K3按键不放时，可以看到数字一直增加，

因此可以说明低电平触发与下降沿触发的区别。

四、封装外部中断部分

①建立Int0.c与Int0.h文件，进行封装

②处理Int0.c部分

③处理Int0.h部分

PS：

建议不要用外部中断检测按键部分（因为存在消抖问题，且无法处理松手的情况）。

Ⅳ、改造定时器0模块为计数模式

一、添加定时器0模块化文件

二、改造初始化部分

三、添加计数部分

四、添加计数值返回部分

五、添加计数器启动部分

Timer0.c文件

Timer0.h文件

六、测试效果

烧录后，在LCD1602液晶屏上显示Delay后的延时时间。（可能存在误差，本单片机11.0592MHZ显示延时值为09295，因为对于up主的12MHZ晶振速度更快一点）

Ⅴ、编写红外解码文件

利用红外解码文件封装定时器0文件与外部中断文件，并对波形进行处理，这样主函数只需要调用该红外解码文件即可。

一、添加初始化部分

二、定义需要的变量

补充：

①其中之所以利用数组unsigned char IR_Data[4]，而不用unsigned long类型存储，是因为后面的类型变量，在高位存储时会出错，因此采用数组。

②利用IR_Address与IR_Command这两个变量存储最终值，而将数组作为中间的暂存数据，是为了将输入与处理进行区分，避免产生混乱。

三、写入外部中断函数

①编写空闲状态部分

②编写触发读取部分

PS：这里的时间判断与上图时间不一样，是因为本单片机为11.0592MHZ的，因此需要进行**（本单片机晶振/up主单片机晶振）×up主所给时间数据**来进行时间处理。

可见需要将时间乘以0.9216，因此这里时间与NEC的范围时间不同。

③编写开始解码状态

PS：这里将数组单元特定位赋1与赋0对应的关系运算符不一样，出错可能会导致遥控时有问题。（本单片机会出现问题，up主的似乎不会）

四、添加接收数据与命令部分

五、添加返回数据与命令部分（封装）

IR.c文件

IR.h文件

Ⅳ、添加对应键码值的宏定义

添加宏定义后，之后就不需要去查键码值，直接调用即可。

Ⅴ、编写主函数部分

PS：这里检测的键码值为按键1与2来实现效果，而不是VOL-与VOL+的原因是因为需要对前面的键码搜索时长进行调整，否则该按键检测无效（因为还没测试到该按键的检测区间，因此暂时用按键1与按键2替代）

——第二天再测试，发现可正常检测所有按键。

Ⅵ、烧录程序

烧录后即可看到预期效果。

代码二

实现效果：利用遥控器的0~3按键控制直流电机的转速。

Ⅰ、将之前直流电机调速的文件复制粘贴一份

Ⅱ、调整Timer0文件部分为定时器Timer1。

其他文件部分把所有Timer0的全部换为Timer1即可。

（最后别忘了将文件名也更改掉）

Ⅲ、添加代码一模块化的文件

Ⅳ、将电机部分的代码模块化

Motor.c文件

Motor.h文件

Ⅴ、编写主函数部分

Ⅵ、烧录程序

烧录后即可看到预期效果。

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