目前,,單片機中嵌入的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系列的其他單片機也適用。
美國Microchip公司推出的8位單片機PIC16C711是一種性能價格比很高的單片機,。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,,將它擴展到11位后,,可以大大提高單片機應(yīng)用系統(tǒng)的性能價格比。
一,、硬件電路
實現(xiàn)擴展的原理圖如圖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通道先進行第1次A/D轉(zhuǎn)換,,所得結(jié)果是153,,即3/5×255=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5/8×4=2.5V,。該電壓經(jīng)IC2運放跟隨,,再經(jīng)IC3進行差分放大。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20μs×2=40μs,??偟霓D(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的單片機稍加改動均可使用,,具有推廣價值,。