VREN:REF基准电压源使能位,当VREN=1时,内部基准电压源使能。
VROE:REF输出选择位,VROE=1时,REF输出至RA2引脚。
VRR:REF段选择,REF值可编程设定为高低两个段输出。
VR3~VR0:4bit REF电压值。改变该4位的值即改变了REF的电压值。为了后文说明的需要,将该4位二进制码作如下定义:
VR= VR3VR2VR1VR0
VR-1=VR3VR2 VR1VR0-1
根据PIC16C62×的特性:
(1)当VRR=1时,低段基准电压输出REFL= DD*VRL/24,分辨单元VF1=DD/24。
REFL电压值范围为:VRL*DD/24,VRL= 0~15,表示相应的低段二进制码值。
(2)当VRR=0时,高段基准电压输出REFH=DD/4+DD*VRH/32,分辨单元VF2=DD/32。VRH=0~15,VRH表示相应的高段二进制码值。
REFH电压值变化范围为:DD/4~23*DD/32。
上述DD为PIC16C62×的供电电压,只要在该供电端加一个简单的电源去耦电路,就能很好的保证基准电压REF的抗噪声要求。
由上述可见,PIC16C62×系列单片机的内部基准源实际是一个可设定为两个段值的4bit D/A转换器,每个段二进制码值均为0~15,两个段的分辨单元不一样。为了设计一个8bit及以上的D/A转换器,需将REF的范围进行扩展。使用REFH值,即REFH =DD/4~23*DD/32,扩展为REFH= (DD/4-DD /32) ~23*DD/32, 向电压低端扩展一个分辨单元值DD /32,相当于二进制码值VRH=0~15扩展为-1 ~15。这是实现8bit及以上D/A转换的关键。VRH= -1是一个特殊条件,超出了REF取值范围对应的二进制码值VRH的界限,须由低段基准电压REFL与外围可编程固定衰减比的电阻网络实现。PIC16C62×的内部有一个场效应OC门(漏极开路门),将其接成图1所示的应用电路。
当OC门GK导通时,衰减系数=1/(0+1) 0=2kΩ(内部固定电阻)。
当OC门GK截止时,衰减系数=1 (RA4引脚为高阻)。
场效应OC门通过编程对RA4引脚进行I/O操作实现其导通与截止。
由上所述,高段VRH=-1对应的REFH基准值可由低段二进制码值VRL对应的REFL值乘上系数得到。
VRH=-1时,REFH=DD/4-DD/32=7DD /32,建立如下方程式
7DD /32 =(DD/24)* VRL* (1)
VRL=1~15 (取整数) (2)
K <1 (3)
可得VRL=6~15的多组解,取其中任一组解均可,例如:VRL=7,=0.75。
系数由外接电阻1的取值决定。编程时,首先确定VRL值,然后根据式(1)计算出系数,再根据=1/(0+1)、0=2kΩ 计算出1的阻值。1也可用一只电位器调整的方式代替。
2.2 编程4bit PWM实现8bit的D/A转换
设8bit 待D/A转换的二进制数存放于PIC16C62×;的数据存储器的某一单元,定义为如下格式:
OUT即为8bit 的D/A输出。PWM的滤波电路由0、2、1组成,其时间常数根据PWM的周期选定,与具体应用中对D/A转换要求的速度和编程有关。由于PIC16C62×的高速RISC精简指令,D/A转换速度可达到400Kbit /s以上。DD的温漂要求尽量小。OUT可根据需要进行放大或电平变换。
3 A/D转换器
如图1所示,把前述D/A转换输出的OUT模拟信号接到PIC16C62×内部的一个比较器的同相端,待转换模拟信号接到比较器的反相端,这就构成一个典型的逐次逼近型A/D转换器。其原理在许多教科书里讲得非常清楚,本文不再详述。
由于PIC16C62×具有比较器中断功能,充分利用比较器中断可提高编程效率及提高A/D转换速度。定义一个PIC16C62×的数据存储器单元作为A/D转换结果数据寄存器,启动A/D转换之前在此寄存器内预置一个经验数据,采用前述D/A转换的方法将此数据转换成OUT电平,OUT电平与待转换模拟信号电平进行比较。比较器的同相端电平高于反相端电平时,比较器输出逻辑“1”,并产生一次中断。比较器的同相端电平低于反相端电平时,比较器输出逻辑“0”,也产生一次中断。比较器输出逻辑状态“1”或“0”可从其特殊功能寄存器的相关位查询获取。在比较器中断程序中,根据查询结果逐次修改“A/D转换结果数据寄存器”中的数据,使OUT电平逐次逼近并最终收敛于待转换模拟信号电平,收敛时数据寄存器中的值即为A/D转换结果。收敛算法的优劣是提高A/D转换速度的关键,这与具体应用场合及外围电路参数相关。不过,大多数家电产品应用中被转换的模拟信号为低速缓慢变化信号,对A/D转换速度的要求并不高。因此,对收敛算法的要求不高,通常采用从MSB至LSB逐次进行比较的算法。另外,待转换模拟信号须经过电平变换,使其变化范围与OUT电平的变化范围相一致。
4 小结
PIC16C62×;系列单片机内部有两个独立的模拟比较器,并且其数字I/O口具备直接驱动发光二极管与LED数码管的能力。采用本文所述的A/D、D/A转换器原理的应用电路只占用其内部一个模拟比较器、一个基准源、4个引脚的资源,外围电路也很简单,应用系统容易做到体积小、可靠性高、性价比好 。缺点是A/D、D/A的转换速度较慢并占用单片机的大量时间资源,适合于低速变化的信号应用。