關(guān)鍵詞：PIC16C711 單片機(jī) A/D 分辨率

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?yàn)锳/D轉(zhuǎn)換器的價(jià)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(jià)格比很高的單片機(jī)。它價(jià)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(jià)格比。

一、硬件電路

實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展的原理圖如圖1所示。8個(gè)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(gè)抽頭分別接CD4051八選一模擬開關(guān)的8個(gè)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(yùn)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(shí)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(gè)模擬量輸入通道RA0～RA3，這些模擬量輸入通道復(fù)用1個(gè)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(shí)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(shí)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(shí)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3/5×255=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(shí)低3位對應(yīng)的就是Vi=3V電壓時(shí)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(yùn)放跟隨，再經(jīng)IC3進(jìn)行差分放大。設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)鐘

MOVWF ADCON0

MOVLW .125 ；延時(shí)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(shí)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(shí)子程序

NEXT DECFSZ TEMP，1

GOTO NEXT

RETURN

用這種方法實(shí)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(shí)間20μs；2次A/D轉(zhuǎn)換40μs；2個(gè)運(yùn)放變換時(shí)間20μs×2=40μs?？偟霓D(zhuǎn)換時(shí)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(jià)值。