提高PIC16C711單片機片內(nèi)AD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，可提高單片機應用系統(tǒng)的性能價格比，具有一定的推廣價值。
       關鍵詞：PIC16C711 單片機 A/D 分辨率
       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?shù)耐ǖ?，設置足夠的采樣時間。用戶可以通過設置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。總的轉(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。