基于PIC單片機(jī)的A/D變換器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

一、引言

PIC單片機(jī)是美國(guó)的微芯公司生產(chǎn)的超小型單片機(jī)和微型控制器，是Peripheral Interface Controller的簡(jiǎn)稱(chēng)。基于PIC單片機(jī)的設(shè)計(jì)，使用AD轉(zhuǎn)換的功能，可以把模擬數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量數(shù)據(jù)，并可直接讀取該數(shù)據(jù)量的值。本設(shè)計(jì)適合直流5V以下的信號(hào)從模擬端口輸入。

本文以PIC16F88為例，來(lái)解說(shuō)A/D轉(zhuǎn)換的方法。

A/D轉(zhuǎn)換，PIC內(nèi)部的小電容（CHOLD）充電，在這之后，因?yàn)橐獔?zhí)行一個(gè)存儲(chǔ)電荷測(cè)定的步驟，所以需要等待一段時(shí)間，對(duì)于10bit的A/D轉(zhuǎn)換的PIC，充電時(shí)間約20μs，再加上測(cè)定時(shí)間約20μs，合計(jì)需要40μs的時(shí)間。

二、寄存器

（1）ANSEL：對(duì)應(yīng)的端口模擬量還是數(shù)字量的指定

.. ANS6 ANS5 ANS4 ANS3 ANS2 ANS1 ANS0

ANS＜6：0＞對(duì)應(yīng)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(shù)字量。但是TRIS（I/O口的方向控制寄存器）沒(méi)有設(shè)置成功的話，該端口也是不能輸入模擬量的。

（2）ADCON0/1：A/D轉(zhuǎn)換控制寄存器

ADCON0：AD轉(zhuǎn)換控制寄存器0

ADCS1 ADCS0 CHS2 CHS1 CHS0 GO/DONE ..ADON

ADCON1：AD轉(zhuǎn)換控制寄存器1

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

ADCS＜2：0＞分別在兩個(gè)寄存器中，操作起來(lái)有一些麻煩，因?yàn)锳DCS2是后面補(bǔ)充的，這3個(gè)位的ADCS是用來(lái)決定A/D變換的時(shí)鐘的。A/D變換時(shí)鐘的選擇方法：用來(lái)做AD變換的時(shí)鐘，被叫做TAD，值越小，A/D轉(zhuǎn)換就越快。詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參照表1：AD變換時(shí)鐘的選擇方法。

TAD被數(shù)據(jù)表限定在1.6到6.4us之間，所以為了在這個(gè)范圍內(nèi)取最小的值使用ADCS的3位選擇Tosc。TAD受PIC內(nèi)部時(shí)鐘的影響關(guān)系如下：

例如：對(duì)于給PIC提供10M的時(shí)鐘的時(shí)候，周期就是0.1us，選擇16Tosc的話，TAD剛好是1.6us，8M時(shí)周期是0.125us 16Tosc選擇，TAD就變成了2us請(qǐng)看表1。

表1的灰色范圍是ADCS2-0設(shè)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(lái)對(duì)應(yīng)選擇的端口：最大6.4us以上的數(shù)值也是不可以使用的。

表1 A/D變換時(shí)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(huán)時(shí)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(shù)值關(guān)系

CHS＜2：0＞從這里可以選擇AD變換的通道。CHS 3位組合起來(lái)對(duì)應(yīng)選擇的端口：

圍繞黨的十九大以來(lái)新要求，始終把政治建設(shè)放在基層黨建首位，將“活力黨建”融入企業(yè)管理基礎(chǔ)，增強(qiáng)黨建工作“滲透力”。

GO/DONE：置1 AD變換開(kāi)始；AD變換完成，這個(gè)端口就自動(dòng)置0。因此這個(gè)端口可以用來(lái)監(jiān)聽(tīng)AD變換是否結(jié)束。

ADON：置1取樣充電開(kāi)始，置0充電停止并開(kāi)始放電。

ADFM：變換完了的結(jié)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(shù)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(lái)保存。如果必要的數(shù)據(jù)8位就足夠，靠左只用讀取ADRESH里面的數(shù)據(jù)就可以讀取全部了。

VCFG＜1：0＞：AD轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓設(shè)定，使用電源電壓為基準(zhǔn)電壓的場(chǎng)合，VCFG＜1：0＞設(shè)置為00。

三、參數(shù)設(shè)置

ADON置1時(shí)模擬端口與CHOLD連接，充電開(kāi)始。10位的AD變換的運(yùn)行時(shí)間

（CHOLD充電的必須時(shí)間）TACQ是19.72us。根據(jù)PIC16F88的數(shù)據(jù)表的話，應(yīng)該選定數(shù)據(jù)源內(nèi)阻在10k以下。（請(qǐng)看圖2）

GO/DONE置1時(shí)基于CHOLD存儲(chǔ)的電荷的電壓值的測(cè)定開(kāi)始如圖3所示。

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

四、應(yīng)用實(shí)例

A/D變換器設(shè)計(jì)原理圖如下圖4所示，以PIC16F88為例，對(duì)于10bit的AD轉(zhuǎn)換的PIC，充電時(shí)間約20μs，再加上測(cè)定時(shí)間約20μs，合計(jì)需要40μs的時(shí)間。圖5給出了程序設(shè)計(jì)的流程圖。

五、測(cè)試結(jié)果

根據(jù)輸出的結(jié)果得到輸入與輸出的關(guān)系如圖6所示。被測(cè)模擬量是 DC5V，分辨率256，精度0.02V。

PIC單片機(jī)可以用編程來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜回路的功能，不使用焊錫就可以寫(xiě)、改和調(diào)整功能等等很多優(yōu)點(diǎn)。用戶可以根據(jù)自己的需要添加程序，再加上一些外圍設(shè)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(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[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(yīng)用[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,1991:492-494.