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目前,單片機(jī)中嵌入的A/D一般為8位到10位,難以滿足信號處理應(yīng)用中高分辨率的要求;而外接高分辨率的A/D將使成本明顯提高,因為A/D轉(zhuǎn)換器的價格將隨其位數(shù)的增加而成倍增加。本文介紹一種提高PIC16C711單片機(jī)片內(nèi)A/D分辨率的方法,將PIC16C711片內(nèi)的8位A/D提高到11位。這種方法在PIC系列的其他單片機(jī)也適用。 美國Microchip公司推出的8位單片機(jī)PIC16C711是一種性能價格比很高的單片機(jī)。它價格低、封裝小、采用CMOS工藝,具有OTP型,開發(fā)起來很方便。它內(nèi)含4路8位高速A/D,將它擴(kuò)展到11位后,可以大大提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的性能價格比。 一、硬件電路 實現(xiàn)擴(kuò)展的原理圖如圖1所示。8個等值的精密電阻R將0～5V基準(zhǔn)電壓分割成8檔,每檔范圍為0.625V。8個抽頭分別接CD4051八選一模擬開關(guān)的8個輸入端,通道選擇控制端C,B,A分別由PIC16C711單片機(jī)的RB2,RB1,RB0控制。IC2和IC3為高輸入阻抗運放,IC2構(gòu)成跟隨器,IC3構(gòu)成精密差分放大器。 二、工作原理 實現(xiàn)11位A/D轉(zhuǎn)換由PIC16C711做2次8位A/D轉(zhuǎn)換完成。PIC16C711有4個模擬量輸入通道RA0～RA3,這些模擬量輸入通道復(fù)用1個采樣保持器進(jìn)入到A/D轉(zhuǎn)換器。參考電壓Vref可以來自外部也可以來自內(nèi)部VDD,A/D轉(zhuǎn)換器屬于逐次逼近式,轉(zhuǎn)換結(jié)果（8位）存入ADRES寄存器。在A/D轉(zhuǎn)換前必然選擇適當(dāng)?shù)耐ǖ?設(shè)置足夠的采樣時間。用戶可以通過設(shè)置A/D控制寄存器ADCON0和ADCON1來控制其轉(zhuǎn)換過程,同時A/D轉(zhuǎn)換的狀態(tài)也會在ADCON0中體現(xiàn)出來。 先將待轉(zhuǎn)換的電壓Vi送到PIC16C711的RA0通道做一次A/D轉(zhuǎn)換。根據(jù)轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量由軟件算出Vi在8檔中位置,用Vi減去Vi所在檔的起始電壓。將所得差值放大8位,使之變?yōu)?～5V電壓信號,再送給PIC16C711的RA1通道做1次A/D轉(zhuǎn)換,所得數(shù)字量是11位AD轉(zhuǎn)換的低8位,而檔位CBA就是高3位,從而實現(xiàn)11位A/D轉(zhuǎn)換。 舉例說明如下：假設(shè)輸入電壓Vi為3V,程序控制PIC16C711的RA0通道先進(jìn)行第1次A/D轉(zhuǎn)換,所得結(jié)果是153,即3/5255=153,對應(yīng)8位數(shù)字量為10011001。將低5位屏蔽,得10000000,循環(huán)右移5次,得00000100,此時低3位對應(yīng)的就是Vi=3V電壓時的檔位,即第4檔,CBA=100,程序?qū)⒃摍n位由RB2,RB1,RB0輸出,作為8選一模擬開關(guān)的通道選擇,使CD4051輸出2.5V,即5/84=2.5V。該電壓經(jīng)IC2運放跟隨,再經(jīng)IC3進(jìn)行差分放大。設(shè)計時調(diào)整R11,R12,R13和R14的阻值,使放大倍數(shù)為8位,則得放大器IC3輸出Vo=8（Vi-2.5）=8(3-2.5)=4.0V。選擇RA1通道進(jìn)行第2次A/D轉(zhuǎn)換,結(jié)果為11001100,這就是11位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的低8位。檔位100為11位A/D轉(zhuǎn)換的高3位,合起來就是11位A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果10011001100。 三、程序 以下是使用PIC16C711指令系統(tǒng)完成11位A/D轉(zhuǎn)換的程序段。 BSF STATUS,RP0;選頁面1 MOVLW 00000010B ;RA0、RA1為模擬通道 MOVWF ADCON1 ;內(nèi)部參考電壓 BCF STATUS,RP0 ;選頁面0 MOVLW 11000001B ;選RA0通道和內(nèi)部時鐘 MOVWF ADCON0 MOVLW .125 ;延時125μs,等待輸入 CALL WAIT ;穩(wěn)定 BSF ADCON0,GO ;啟動A/D LOOP BTFSC ADCON0,GO ;判斷A/D完成否 GOTO LOOP MOVF ADRES,W ;取轉(zhuǎn)換結(jié)果 ANDLW 0E0 ;屏蔽低5位 MOVWF D1 ;存入D1 BCF STATUS,C RRF D1,1 ;右移5次 RRF D1,1 RRF D1,1 RRF D1,1 RRF D1,1 MOVF D1,W MOVWF PORTB ;檔位輸出 MOVLW 11001001B ;選RA1通道 MOVWF ADCON0 MOVLW .60 ;延時60μs CALL WAIT BSF ADCON0,GO ;啟動A/D LOOP1 BTFSC ADCON0,GO ;判斷A/D完成否 GOTO LOOP1 MOVF ADRES,W ;A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果存D0 MOVWF D0 WAIT MOVWF TEMP ;延時子程序 NEXT DECFSZ TEMP,1 GOTO NEXT RETURN 用這種方法實現(xiàn)的11位A/D轉(zhuǎn)換速度快PIC16C711基本上都是單周期指令,在4MHz振蕩頻率下指令周期1μs,進(jìn)行1次A/D轉(zhuǎn)換最短時間20μs;2次A/D轉(zhuǎn)換40μs;2個運放變換時間20μs2=40μs。總的轉(zhuǎn)換時間為百μs級。 本文介紹的方法電路簡單,速度快,調(diào)試方便,已用于我們研制的單片機(jī)電阻爐溫自動控制系統(tǒng)中,取得了預(yù)期的效果。對于其他帶8位、10位A/D的單片機(jī)稍加改動均可使用,具有推廣價值。 |
