基于PIC單片機的A/D變換器的設計與實現

2012-01-13 02:56:00

電子世界 2012年18期

一、引言

PIC單片機是美國的微芯公司生產的超小型單片機和微型控制器，是Peripheral Interface Controller的簡稱。基于PIC單片機的設計，使用AD轉換的功能，可以把模擬數據量轉換成數字量數據，并可直接讀取該數據量的值。本設計適合直流5V以下的信號從模擬端口輸入。

本文以PIC16F88為例，來解說A/D轉換的方法。

A/D轉換，PIC內部的小電容（CHOLD）充電，在這之后，因為要執行一個存儲電荷測定的步驟，所以需要等待一段時間，對于10bit的A/D轉換的PIC，充電時間約20μs，再加上測定時間約20μs，合計需要40μs的時間。

.. ANS6 ANS5 ANS4 ANS3 ANS2 ANS1 ANS0

ANS＜6：0＞對應著PIC16F88的AN0-AN6（RA0-RA6），置1表示該端口為模擬量，置0表示該端口為數字量。但是TRIS（I/O口的方向控制寄存器）沒有設置成功的話，該端口也是不能輸入模擬量的。

ADCON0：AD轉換控制寄存器0

ADCS1 ADCS0 CHS2 CHS1 CHS0 GO/DONE ..ADON

ADCON1：AD轉換控制寄存器1

ADFM ADCS2 VCFG1 VCFG0.. .. ....

ADCS＜2：0＞分別在兩個寄存器中，操作起來有一些麻煩，因為ADCS2是后面補充的，這3個位的ADCS是用來決定A/D變換的時鐘的。A/D變換時鐘的選擇方法：用來做AD變換的時鐘，被叫做TAD，值越小，A/D轉換就越快。詳細內容請參照表1：AD變換時鐘的選擇方法。

TAD被數據表限定在1.6到6.4us之間，所以為了在這個范圍內取最小的值使用ADCS的3位選擇Tosc。TAD受PIC內部時鐘的影響關系如下：

例如：對于給PIC提供10M的時鐘的時候，周期就是0.1us，選擇16Tosc的話，TAD剛好是1.6us，8M時周期是0.125us 16Tosc選擇，TAD就變成了2us請看表1。

表1的灰色范圍是ADCS2-0設定范圍。

CHS＜2：0＞從這里可以選擇AD變換的通道。CHS 3位組合起來對應選擇的端口：最大6.4us以上的數值也是不可以使用的。

表1 A/D變換時鐘的選擇方法

圖1 ADFM功能示意圖

圖2 A/D變換回路等效圖

圖3 A/D變換的TAD循環時序圖

圖4 A/D變換原理圖

圖5 AD變換程序

圖6 輸入電壓和輸出數值關系

CHS＜2：0＞從這里可以選擇AD變換的通道。CHS 3位組合起來對應選擇的端口：

圍繞黨的十九大以來新要求，始終把政治建設放在基層黨建首位，將“活力黨建”融入企業管理基礎，增強黨建工作“滲透力”。

GO/DONE：置1 AD變換開始；AD變換完成，這個端口就自動置0。因此這個端口可以用來監聽AD變換是否結束。

ADON：置1取樣充電開始，置0充電停止并開始放電。

ADFM：變換完了的結果（10bit）在ADRESH，ADRESL中是靠左保存還是靠右保存的控制位。

ADRESH，ADRESL：變換后的數字量10 bit的值如圖1所示，在ADRESH，ADRESL 16位的寬度中是靠左還是靠右來保存。如果必要的數據8位就足夠，靠左只用讀取ADRESH里面的數據就可以讀取全部了。

VCFG＜1：0＞：AD轉換基準電壓設定，使用電源電壓為基準電壓的場合，VCFG＜1：0＞設置為00。

ADON置1時模擬端口與CHOLD連接，充電開始。10位的AD變換的運行時間

（CHOLD充電的必須時間）TACQ是19.72us。根據PIC16F88的數據表的話，應該選定數據源內阻在10k以下。（請看圖2）

GO/DONE置1時基于CHOLD存儲的電荷的電壓值的測定開始如圖3所示。

A/D變換需要的時間是：12TAD+α。TAD最短的時間1.6us選擇的時候，AD變換測量需要的時間久是：12＊TAD＋α＝19.2μs＋α(約20μs)。

A/D變換器設計原理圖如下圖4所示，以PIC16F88為例，對于10bit的AD轉換的PIC，充電時間約20μs，再加上測定時間約20μs，合計需要40μs的時間。圖5給出了程序設計的流程圖。

根據輸出的結果得到輸入與輸出的關系如圖6所示。被測模擬量是 DC5V，分辨率256，精度0.02V。

PIC單片機可以用編程來實現復雜回路的功能，不使用焊錫就可以寫、改和調整功能等等很多優點。用戶可以根據自己的需要添加程序，再加上一些外圍設備，使其資源得到充分的利用。

[1]EDROM/ROM-Based 8-Bit CMOS Microcontr-oller Series.Microchip Technology Inc.,2000.

[2]MPLAB.IDE,SIMULATOR,EDITOR USER’S GUIDE.Microchip Technology Inc.,2000.

[3]閻石.數字電子技術基礎[M].北京:高等教育出版社,1999,4.

[4]鐘肇新.可編程序控制器原理及應用[M].廣州:華南理工大學出版社,1991:492-494.