用PIC單片機(jī)設(shè)計(jì)A/D、D/A轉(zhuǎn)換器

1、PIC16C62×系列單片機(jī)的特點(diǎn)

PIC16C62×系列為RISC精簡(jiǎn)指令、哈佛結(jié)構(gòu)總線、18個(gè)引腳的單片機(jī)。具有低功耗、高性能、全靜態(tài)、35條指令極易編程的特點(diǎn)。OTP 片種的性價(jià)比極高。除了具備一般單片機(jī)的特點(diǎn)外，PIC16C62×系列內(nèi)部集成了兩個(gè)模擬比較器和一個(gè)4bit的可編程基準(zhǔn)電壓源（REF）。如果利用該單片機(jī)的這些特點(diǎn)，只需幾個(gè)外圍元件就具備A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能，且分辨率達(dá)到8bit～10bit。價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)使其在工控行業(yè)、儀器儀表、家電產(chǎn)品的應(yīng)用前景極為樂(lè)觀。

本文以8bit分辨率論證A/D、D/A轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)方法，更高分辨率的方案完全相似，只是在編程上作小部分調(diào)整。

2、D/A轉(zhuǎn)換器

PIC16C62×系列單片機(jī)內(nèi)部部分功能模塊及A/D、D/A的電路。

2.1 利用內(nèi)部基準(zhǔn)源

PIC16C62×系列單片機(jī)內(nèi)部基準(zhǔn)源由一16個(gè)抽頭的電阻梯形網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)4bit 分辨率的D/A轉(zhuǎn)換器，該基準(zhǔn)源由VRCON特殊功能寄存器控制。

VREN：REF基準(zhǔn)電壓源使能位，當(dāng)VREN=1時(shí)，內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源使能。
　　VROE：REF輸出選擇位，VROE=1時(shí)，REF輸出至RA2引腳。
　　VRR：REF段選擇，REF值可編程設(shè)定為高低兩個(gè)段輸出。
　　VR3~VR0：4bit REF電壓值。改變?cè)?位的值即改變了REF的電壓值。為了后文說(shuō)明的需要，將該4位二進(jìn)制碼作如下定義：
　　VR= VR3VR2VR1VR0
　　VR-1=VR3VR2 VR1VR0－1

根據(jù)PIC16C62×的特性：

（1）當(dāng)VRR=1時(shí)，低段基準(zhǔn)電壓輸出REFL= DD*VRL/24，分辨單元VF1=DD/24。

REFL電壓值范圍為：VRL*DD/24，VRL= 0~15，表示相應(yīng)的低段二進(jìn)制碼值。

（2）當(dāng)VRR=0時(shí)，高段基準(zhǔn)電壓輸出REFH=DD/4+DD*VRH/32，分辨單元VF2=DD/32。VRH=0~15，VRH表示相應(yīng)的高段二進(jìn)制碼值。

REFH電壓值變化范圍為：DD/4~23*DD/32。

上述DD為PIC16C62×的供電電壓，只要在該供電端加一個(gè)簡(jiǎn)單的電源去耦電路，就能很好的保證基準(zhǔn)電壓REF的抗噪聲要求。

由上述可見,PIC16C62×系列單片機(jī)的內(nèi)部基準(zhǔn)源實(shí)際是一個(gè)可設(shè)定為兩個(gè)段值的4bit D/A轉(zhuǎn)換器,每個(gè)段二進(jìn)制碼值均為0~15,兩個(gè)段的分辨單元不一樣。為了設(shè)計(jì)一個(gè)8bit及以上的D/A轉(zhuǎn)換器,需將REF的范圍進(jìn)行擴(kuò)展。使用REFH值，即REFH =DD/4~23*DD/32，擴(kuò)展為REFH= (DD/4－DD /32) ~23*DD/32, 向電壓低端擴(kuò)展一個(gè)分辨單元值DD /32,相當(dāng)于二進(jìn)制碼值VRH=0~15擴(kuò)展為－1 ~15。這是實(shí)現(xiàn)8bit及以上D/A轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。VRH= －1是一個(gè)特殊條件,超出了REF取值范圍對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼值VRH的界限,須由低段基準(zhǔn)電壓REFL與外圍可編程固定衰減比的電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。PIC16C62×的內(nèi)部有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)OC門（漏極開路門），將其接成圖1所示的應(yīng)用電路。

當(dāng)OC門GK導(dǎo)通時(shí)，衰減系數(shù)=1/（0+1） 0=2kΩ（內(nèi)部固定電阻）。

當(dāng)OC門GK截止時(shí)，衰減系數(shù)=1 (RA4引腳為高阻)。

場(chǎng)效應(yīng)OC門通過(guò)編程對(duì)RA4引腳進(jìn)行I/O操作實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)通與截止。

由上所述，高段VRH=－1對(duì)應(yīng)的REFH基準(zhǔn)值可由低段二進(jìn)制碼值VRL對(duì)應(yīng)的REFL值乘上系數(shù)得到。
　　VRH=－1時(shí)，REFH=DD/4－DD/32=7DD /32，建立如下方程式
　　7DD /32 =（DD/24）* VRL* （1）
　　VRL=1~15 (取整數(shù)) （2）
　　K 1 （3）

可得VRL=6~15的多組解，取其中任一組解均可，例如：VRL=7，=0.75。

系數(shù)由外接電阻1的取值決定。編程時(shí)，首先確定VRL值，然后根據(jù)式（1）計(jì)算出系數(shù)，再根據(jù)=1/（0+1）、0=2kΩ 計(jì)算出1的阻值。1也可用一只電位器調(diào)整的方式代替。