儀器儀表用戶文章編號：１６７１－１０４１（２００３）０３－００３９?０３用單片機設計ＡＩＤ、Ｄ／Ａ轉換器胡連柱孟凡文劉繼修（濟寧職業技術學院濟寧市２＇７２０３７）鯉堡墅鑾遮鯉【摘要】某些單片機內郝巳經集成了Ａ／Ｄ．Ｄ／Ａ轉換器，使其在工控行業、儀器儀表．家電產品的應用與日俱增．但是，這類單片機還存在價格偏高、引腳利用辜較低的問焉．介紹一種ｔ生ｆｉ＇ｒｌ七高，在家電產品應用中具有價格競爭優勢的利用ＰＩＣｌ６Ｃ６２ｘ系列單片機的Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ轉換技術．【關鍵詞】ＰＷＭ，分辨率．逐次遺近．電阻梯形網絡中圖分類號：ＴＰ３６１．８文獻標識碼：Ｂ１ＰＩＣｌ６Ｃ６２×系列單片機的特點ＰＩＣｌ６Ｃ６２×系列為ＲＩＳＣ精簡指令、哈佛結構總線、１８個引腳的單片機，具有低功耗、高性能、全靜態，３５條指令極易編程的特點．ＯＴＰ片種的性價比極高，除Ｔ具備一般單片機的特點外，ＰＩＣｌ６Ｃ６２ｘ系列內部集成了兩個模擬比較器和一個４ｂｉｔ的可編程基準電Ｊ｛主源（ＶＲＥＦ）．如果利用該單片機的這些特點，只需幾個外圍ＲＣ元件就具備ＡＩＤ與Ｄ／Ａ轉換功能，且分辨率達到８ｂ“～ｌ（弛ｉｔ，價格上的優勢使其在工控行業、儀器儀表，家電產品的應用前景極為樂觀．本文以８ｂｉｔ分辨率論證Ａ／Ｄ，Ｄ／Ａ轉換的實現方法，更高分辨率的方案完全相似，只是在編程上作小部分調整．２Ｄ／Ａ轉換器ＰＩＣＩＯＣ６２ｘ系列單片機內部部分功能模塊及Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ的電路如圖１所示。２．１利用內部基準源ＰＩＣｌ６Ｃ６２ｘ系列單片機內部基準源由一１６個抽頭的電阻梯形網絡構成，相當于一個４ｂｉｔ分辨率的ＤＪＡ轉換器．該基準源由ＶＲＣＯＮ特殊功能寄存器控制。ＶＲＣＯＮ歡迎訂閱歡迎撰稿歡迎發布產品廣告俘患寄存器定義如下：ＶＲＥＮＶＲＯＥＶｐ．Ｒ％ＶＲ２＇ＶＲＩＶＲ０ｖＲ剛：ＶＲ菇準電壓澡使胄ｂ位。當ＶＲＢＮ＝１時，內部基準電壓源使艙．ＶＲｏＥ：ＶＲＢ瑚出選擇位，ＶＲＯＥ＝Ｉ時。Ｖ耐出至ＲＡ２引腳．Ｖｎ：ｖｌｑ艘迷擇，ＶⅡＦ值可編程設定為高低兩個段輸出．ＶＲ３～ＶＲｏ：４ｂｉｔＶＲ耶電壓值．改變該４位的值即改變了ＶＲＥＦ的電壓值．為了后文說明的需要，將該４位二進制碼作如下定義：ＶＲ＝咯３％嗉Ｊ咚目｝量－＝｝白｝玉略ｌＶＲ０＂１根據ＰＩＣｌ６Ｃ６２ｘ的特性：（１）當ＶⅡ＝１時。低段基準電壓輸出ＶＲＥＦＬ＝ＶＤＤ＋Ｖｐ．Ｌ／２４，分辨單元ＶＦＩ－ＶＤＤ，２４．ＶＲＥＦＬ電壓值范圍為：ＶＲＬ＋ＶＤＤ／２４，ＶＲＬ＝０～１５，表示相應的低段二進制碼值．（２）ＶＲＲ＝０時，ＶＲＥＦＨ＝ＶＤＤ／４＋ＶＤＤ岬ＲＨ，３２，刪彈元Ｖ薩ＶＤＤ，３２．Ｖ曠ｏ～ｌｓ，ＶＲ贏示相應的高段二進制碼值。ＶＲＥＦＨ電壓值變化范圍為：ＶＤＤ／４～２３＋ＶＤＤ／３２．上述ＶＤＤ為ＰＩＣｌ６Ｃ６２ｘ的供電電壓，只要在該供電端加—個簡單的ＵＣ電源去耦電路，就能很好的保證基準電壓ＥＩＣＶ０１．１０２００３Ｎｏ．３３９萬方數據壁經墮鑾逛鯉ＶＲＥＦ的抗噪聲要求。由上述可見，ＰＩＣｌ６Ｃ６２×系列單片機的內部基準源實際是一個可設定為兩個段值的４ｂｉｔＤ／Ａ轉換器，每個段二進制碼值均為０～１５，兩個段的分辨單元不一樣。為了設計一個８ｂｉｔ及小上的Ｄ／Ａ轉換器，需將ＶＲＥＦ的范圍進行擴展。使用ＶＲＥＦＨ值，即ＶＲＥＦＨ＝ＶＤＤ“～２３＋ｖＤｎ，３２，擴展為ＶＲＥＦ｝Ｉ＝（ＶＤｄ４－ＶＤＤ／３２）～２３＋ＶＤＤ，３２，向電壓低端擴展一個分辨單元值ＶＤＤ／３２，相當于二進制碼值ＶＲＨ＝０～１５擴￥曲一ｌ～１５。這ｇ蜜觀８ｂｉｔ及以上Ｄ，Ａ軻知夠∈隱ＶＲＨ＝一１是一個特殊條件，超出了ＶＲＥＦＦ漢值范圍對應的二進制碼值ＶＲＨ的界限，須由低段基準電壓ＶＲＥ凡與外圍可編程固定衰減比的電阻網絡實現。ＰＩＣｌ６Ｃ６２ｘ的內部有一個場效應ＯＣ門（漏極開路門），將其接成圖１所示的應用電路．當ＯＣ門ＧＫ導通時，衰減系數Ｋ＝ＲＩ／（Ｒｏ＋Ｒ１），Ｒｏ＝２ｋＯ（內部固定電阻）。當ＯＣ門ＧＫ截止時．衰減系數Ｋ＝Ｉ（ＲＡ４引腳為高阻）。場效應ＯＣ門通過編程對ＲＡ４引腳進行Ｉ／Ｏ操作實現其導通與截止。由上所述，高段ＶＲＨ＝－１對應的ＶＲＥｒａ基準值可由低段二進制碼值ＶＲＬ對應的Ｖｐ．ＥＦＬ值乘上系數Ｋ得到。ＶＲＨ一１時．ｖＲＥＦ｜Ｉ＝ｖＤ∥一ＶＤＤ／３２＝７ｖＤＤ，３２，盔撕下方程式７ＶＤＤ／３２＝（Ｖｄ２４）＋ＶＲＬ蠼（１）ＶＲＬ－１～１５（取整數）（２）Ｋ＜１（３）可得ＶＲＬ＝６～１５的多組解，取其中任ｔ目解均可，侈蜘：ＶＲＬ＝７，Ｋ＝０７５。系數Ｋ由外接電阻Ｒ１的取值決定．編程時。首先確定ＶＲＬ值，然后根據式（１）計算出系數Ｋ。再根據Ｋ＝ＲＩ／（Ｒｏ＋Ｒ１）、Ｒｏ＝２ｋｔ＇ｌ計算出Ｒ１的阻值。Ｒ１也可用一只電位器調整的方式代替。２．２編程４ｂｉｔＰＷＭ實現８ｂｉｔ的Ｄ／Ａ轉換設８ｂｉｔ待Ｄ／Ａ轉換的二進制數存放于ＰＩＣｌ６Ｃ６２ｘ的數據存儲器的某一單元，定義為如下格式：ＶＲ３ＶＲ２ｖＲｌＶＲ０Ｖｐ３Ｖｐ２ＶｐｌＶｐｏ將其分為兩個４ｂｉｔ的ｊ揣耦：ＶＲ＝ＶＲ３ＶＲ２ｖＲｌｖＲｏ，ｖＰ４０ＥｌＣＶ０１．１０２００３ＮＯ．３儀器儀表用戶＝ＶＰ３ＶＰ２ｖｐｉＶｐｏ。ＶＲ控制基準電壓源實現４ｂｉｔＤ／Ａ轉換，Ｖｐ用于對基準源的輸出電壓進行４ｂｉｔＰＷＭ（脈寬調制）。ＰＷＭ的高電平為ＶＲ對應的ＶＲＥＦ電壓值，ＰＷＭ的低電平為ＶＲ＿１對應的ＶＲＥＦ電壓值。如此，以４ｂｉｔＤ／Ａ轉換基準電壓源的兩個相鄰二進制碼對應的兩個ＶＲＥＦ值，分別作為４ｂｉｔＰＷＭ的高電平和低電平，這就組成—個８ｂｉｔ的Ｄ／Ａ轉換器。圖２、圖３為常規ＰＷＭ與Ｄ／Ａ＋ＰＷＭ的區別，常規ＰＷＭ的高電平為ＶＤＤ（如５Ｖ），低電平為０Ｖ，其原理眾所皆知．此處不再詳細敘述。舢二：：Ｄ馴二＝篡固２常規ＰＷＭ圍３Ｄ／Ａ＋ＰＷＭ本文所述的Ｄ／Ａ＋ＰＷＭ其ＰＷＭ的工作原理與常規ＰＷＭ的工作原理一樣。只是ＰＷＭ脈沖的高電平與低電平分別由ＶＲ與ＶＲ－ｌ的值決定．編程時，首先將待Ｄ／Ａ轉換的８ｂｉｔ＝進制數分成高４位與低４位，低４位存放于ＰｌＣｌ６Ｃ６２×的某一數據存儲器Ｒ０中，高４位作４次右移（移到字節低蛸）存放于ＰＩＣｌ６Ｃ６２×的另一個數據存貯器ＲＩ中．利用ＰＩＣＩＯＣ６４Ｘ的一個定時器中斷編寫ＰＷＭ程序，ＰＷＭ的占空比由Ｒ０中的值（即ｖＰ值）決定．將定時器中斷設置為最高優先級別，以保證ＰＷＭ的占空比精度．此段程序的實質是：在由二進制碼ｖｒｃｔ定占空比的ＰＷＭ程序中對ＶＲＣＯＮ控制寄存器進行賦值操作．ＰＷＭ脈沖的高電平由向ＶＲＣＯＮ控制寄存器低４位裝入ＶＲ產生，ＰＷＭ脈沖的低電平由向ＶＲＣＯＮ控制寄存器低４位裝入ＶＲ．１產生。程序中需判斷：當ＶＲｎ＝０時，ＶＲ．１對應的ＶＲＥＦ由前所述的％ｎ低段值實現．Ｖ０１ｒｒ即為８ｂｉｔ的Ｄ／Ａ輸出．ＰＷＭ的濾波電路由Ｒｏ、Ｒ２、ｃ】組成，其時間常數根據ＰＷＭ的周期選定，與具體應用中對Ｄ／Ａ轉換要求的速度和編程有關．由于ＰＩＣｌ６Ｃ６２×的高速ＲＩＳＣ精簡指令．Ｄ／Ａ轉換速度可達到４００ｋｂｉｔ／ｓ以上．ＶＤＤ的溫漂要求盡量小。ＶｏＵＴ可根據需要進行放大或電平變換．３ＮＤ轉換器如圖１所示，把前述Ｄ，Ａ轉換輸出的Ｖｏｍ模擬信號接到ＰＩＣｌ６Ｃ６２ｘ內部的—個比較器的同相端，待轉換模擬信號接到比較器的反相端，這就構成一個典型的逐次逼近型Ａ／Ｄ轉換器。其原理在許多教科書里講得非常清楚，本文不再詳述．由于ＰＩＣｌ６Ｃ６２ｘ具有比較器中斷功能。充分利用比較器中斷可提高編程效率及提高ＡＩＤ轉換速度。定義一個歡迎光臨本刊網站ｈｔｔｐＪｌｗｗｗ．ｅｉｃ．ｃｏｍ．ｃｎ萬方數據儀器儀表用戶ＰＩＣ１６Ｃ６２×的數據存儲器單元作為Ａ／Ｄ轉換結果數據寄存器，啟動Ａ／Ｄ轉換之前在此寄存器內預置一個經驗數據，采用前述Ｄ／Ａ轉換的方法將此數據轉換成ＶｏｕＴ電平，ＶｏｕＴ電平與待轉換模擬信號電平進行比較。比較器的同相端電平高于反相端電平時，比較器輸出邏輯“１”，并產生一次中斷。比較器的同相端電平低于反相端電平時，比較器輸出邏輯“０”，也產生一次中斷．比較器輸出邏輯狀態“１”或“０”可從其特殊功能寄存器的相關位查詢獲取。在比較器中斷程序中，根據查詢結果逐次修改“ＡＩＤ轉換結果數據寄存器”中的數據，使ｙｏｕＴ電平逐次逼近并最終收斂于待轉換模擬信號電平，收斂時數據寄存器中的值即為ＡＩＤ轉換結果。收斂算法的優劣是提高Ａ／Ｄ轉換速度的關鍵，這與具體應用場合及外圍電路參數相關．不過，大多數家電產品應用中被轉換的模擬信號為低速緩慢變化信號，對ＡＩＤ鯉墅墅鍪逛鯉轉換速度的要求并不高。因此，對收斂算法的要求不高，通常采用從ＭＳＢ至ＬＳＢ逐次進行比較的算法。另外，待轉換模擬信號須經過電平變換，使其變化范圍與ＶｏｕＴ電平的變化范圍相～致。４小結ＰＩＣｌ６Ｃ６２×系列單片機內部有兩個獨立的模擬比較器，并且其數字Ｉ／Ｏ口具備直接驅動發Ｙｔ－７－極管與ＬＥＤ數碼管的能力．采用本文所述的ＡＩＤ、Ｄ／Ａ轉換器原理的應用電路只占用其內部一個模擬比較器、一個基準源、４個引腳的資源，外圍電路也很簡單，應用系統容易做到體積小、可靠性高、性價比好．缺點是Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ的轉換速度較慢并占用單片機的大量時間資源，適合于低速變化的信號應用。ｅＤｅｓｉｇｎＡ／ＤａｎｄＤ／ＡＣｏｎｖｅｒｔｏｒｗｉｔｈＳＣＭＨｕＬｉａｎｚｈｕＭｅｎｇＦａｎｗｅｎＬｉｕＪｉｘｉｕ（ＪｉｎｉｎｇＶｏｃａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉｎｉｎｇ２７２０３７）【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａ／ＤｃｏｎｖｅｒｔｏｒａｎｄＤ／ＡｃｏｎｖｅｒｔｏｒａｒｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｉｎｓｏｍｅＳＣＭ，ｗｈｉｃｈｅｘｐａｎｄｓｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙｃｏｎｔｒｏｌ，ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ａｎｄａｐｐｌｉａｎｃｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔＢｕｔｔｈｂｋｉｎｄｏｆＳＣＭｈａｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｈｉｇｈｐｒｉｃｅ．１０ｗｕｔｉｌｉｚａｔｍｎ．ＴｈｅａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａＡ／ＤａｎｄＤ／ＡｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｈａｔｈａｓｐｒｉｃｅａｄｖａｎｔａｇｅｉｎａｐｐｌｉａｎｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｂｙｍａｋｉｎｇｕｓｅｏｆＰＩＣｌ６Ｃ６２ｘＳＣＭ．【ＫｅｙＷｏｒｄｓ】ＰＷＭ，Ｒｅｓｏｌｖｉｎｇｒａｔｉｏ，Ａｐｐｒｏａｃｈｂｙｉｎｃｈｍｅａｌ．Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｒａｐｅｚｉｕｍｎｅｔｗｏｒｋ【作者簡介】胡連柱，山東濟寧人，生千１９６１年．濟寧職業技術學院機電系講師。主要從事家用電器原理與維怔。電工電子教學、實驗實ＶⅡ和科研工作。已經公開發表論文多篇．通訊地址：濟寧職業技術學院機電系實驗室（前刪）電話：０５３％２１７１４９３Ｅ?ｍａｉｌ：ｈｕｌｉａｎｚｈｕ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ【收稿日期】２００３－０２－２４Ｅ－ｍａｌｌ來稿瞄富圃本刊對來稿格式的要求１）本飄剛聿帆求符臺以下基車掛槳黼和■序：ｉ越瞌號：１６７１?１０４ｌ（２∞３）ｘｘ?ＸｘＸＸ．ＸＸ。【由本刊９Ｉ寫）立章題名《中文）作者姓名（－｝１文）所在單位，城市名．黼（中文）【摘要】（ｔｆ｜史）【＊健詞】（巾史）－Ｉ，囝分婁號：ｋ義獻標識碼：以下是文稿正文．章節腰序．注意：不用～．，二，三．的章節格式）ｆｘｘｘｘｘｘｘｘｌＩｘｘＸＸＸｘｌ２ｘｘｘｘｘｘｔＩ）ＸＸＸＸＸ（２）ＸＸＸＸＸＸＸ２ＸＸＸＸＸＸＸ５結束語叁考義獻（捧刊■忤）Ｉ作者姓名書名ｋ出版地：出版杜名．出鰒年份２作者姓名文船名報刊名稱，卷號，年份（期號）賈碼文章■名（英戈）作女姓ｇ（英文）所在單位．ｊＩ市名．●Ｅ壤ｔ英文）Ｉ捕要】（英文）【關鍵目】（觳）【作者筒介ｌ（巾立，疊求寫明作者的通情地址．靠蝙．電話和電子郵件地址）【作者聲舶】自五將車文幡—捕為儀靜儀表用戶雜卷蚤嘲學基金（不捐者可不寫此項）【投稿日期ｌ２００Ｂ－ＸＸ－ＸＸＥ－ｍ＝ｉｌ投稿（句稿件囊用ＷＯＲＤ格式．■攔＿ｌ，秘用飄欄膩．斛作為附件阽—Ｅ發辜．（卻電子■件的。