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提高PIC16C711單片機(jī)片內(nèi)A/D分辨率的方法
摘要：介紹一種將PIC16C711片內(nèi)8位A/D提高到11位的方法。此方法電路簡單，速度快，可提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的性能價(jià)格比，具有一定的推廣價(jià)值。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(hào)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(huì)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(hào)，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。
BSFSTATUS，RP0；選頁面1
MOVLW00000010B；RA0、RA1為模擬通道
MOVWFADCON1；內(nèi)部參考電壓
BCFSTATUS，RP0；選頁面0
MOVLW11000001B；選RA0通道和內(nèi)部時(shí)鐘
MOVWFADCON0
MOVLW.125；延時(shí)125μs，等待輸入
CALLWAIT；穩(wěn)定
BSFADCON0，GO；啟動(dòng)A/D
LOOPBTFSCADCON0，GO；判斷A/D完成否
GOTOLOOP
MOVFADRES，W；取轉(zhuǎn)換結(jié)果
ANDLW0E0；屏蔽低5位
MOVWFD1；存入D1
BCFSTATUS，C
RRFD1，1；右移5次
RRFD1，1
RRFD1，1
RRFD1，1
RRFD1，1
MOVFD1，W
MOVWFPORTB；檔位輸出
MOVLW11001001B；選RA1通道
MOVWFADCON0
MOVLW.60；延時(shí)60μs
CALLWAIT
BSFADCON0，GO；啟動(dòng)A/D
LOOP1BTFSCADCON0，GO；判斷A/D完成否
GOTOLOOP1
MOVFADRES，W；A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果存D0
MOVWFD0
WAITMOVWFTEMP；延時(shí)子程序
NEXTDECFSZTEMP，1
GOTONEXT
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。總的轉(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(dòng)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(dòng)均可使用，具有推廣價(jià)值。
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