将PIC16C711片内8位A/D提高到11位的方法

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目前，单片机中嵌入的A/D一般为8位到10位，难以满足信号处理应用中高分辨率的要求;而外接高分辨率的A/D将使成本明显提高，因为A/D转换器的价格将随其位数的增加而成倍增加。本文介绍一种提高PIC16C711单片机片内A/D分辨率的方法，将PIC16C711片内的8位A/D提高到11位。这种方法在PIC系列的其他单片机也适用。　　美国Microchip公司推出的8位单片机PIC16C711是一种性能价格比很高的单片机。它价格低、封装小、采用CMOS工艺，具有OTP型，开发起来很方便。它内含4路8位高速A/D，将它扩展到11位后，可以大大提高单片机应用系统的性能价格比。　　一、硬件电路　　实现扩展的原理图如图1所示。8个等值的精密电阻R将0～5V基准电压分割成8档，每档范围为0.625V。8个抽头分别接CD4051八选一模拟开关的8个输入端，通道选择控制端C，B，A分别由PIC16C711单片机的RB2，RB1， RB0控制。IC2和IC3为高输入阻抗运放，IC2构成跟随器，IC3构成精密差分放大器。　　

　　二、工作原理　　实现11位A/D转换由PIC16C711做2次8位A/D转换完成。PIC16C711 有4个模拟量输入通道RA0～RA3，这些模拟量输入通道复用1个采样保持器进入到A/D转换器。参考电压Vref可以来自外部也可以来自内部VDD， A/D转换器属于逐次逼近式，转换结果(8位)存入ADRES寄存器。在A/D转换前必然选择适当的通道，设置足够的采样时间。用户可以通过设置A/D控制寄存器ADCON0和ADCON1来控制其转换过程，同时A/D转换的状态也会在ADCON0中体现出来。　　先将待转换的电压Vi送到PIC16C711的RA0通道做一次A/D转换。根据转换所得的数字量由软件算出Vi在8档中位置，用Vi减去Vi所在档的起始电压。将所得差值放大8位，使之变为0～5V电压信号，再送给PIC16C711的 RA1通道做1次A/D转换，所得数字量是11位AD转换的低8位，而档位CBA就是高3位，从而实现11位A/D转换。　　举例说明如下：假设输入电压Vi为3V，程序控制PIC16C711的RA0通道先进行第 1次A/D转换，所得结果是153，即3/5×255=153，对应8位数字量为10011001。将低5位屏蔽，得10000000，循环右移5次，得 00000100，此时低3位对应的就是Vi=3V电压时的档位，即第4档，CBA=100，程序将该档位由RB2，RB1，RB0输出，作为8选一模拟开关的通道选择，使CD4051输出2.5V，即5/8×4=2.5V。该电压经IC2运放跟随，再经IC3进行差分放大。设计时调整R11，R12， R13和R14的阻值，使放大倍数为8位，则得放大器IC3输出Vo=8(Vi-2.5)=8(3-2.5)=4.0V。选择RA1通道进行第2次A/D 转换，结果为11001100，这就是11位A/D转换结果的低8位。档位100为11位A/D转换的高3位，合起来就是11位A/D转换的结果 10011001100。
                          
                       
                          
                                三、程序　　以下是使用PIC16C711指令系统完成11位A/D转换的程序段。　　BSF STATUS，RP0;选页面1　　MOVLW 00000010B ;RA0、RA1为模拟通道　　MOVWF ADCON1 ;内部参考电压　　BCF STATUS，RP0 ;选页面0　　MOVLW 11000001B ;选RA0通道和内部时钟　　MOVWF ADCON0　　MOVLW .125 ;延时125μs，等待输入　　CALL WAIT ;稳定　　BSF ADCON0，GO ;启动A/D　　LOOP BTFSC ADCON0，GO ;判断A/D完成否　　GOTO LOOP　　MOVF ADRES，W ;取转换结果　　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 ;档位输出　　MOVLW 11001001B ;选RA1通道　　MOVWF ADCON0　　MOVLW .60 ;延时60μs　　CALL WAIT　　BSF ADCON0，GO ;启动A/D　　LOOP1 BTFSC ADCON0，GO ;判断A/D完成否　　GOTO LOOP1　　MOVF ADRES，W ;A/D转换结果存D0　　MOVWF D0　　WAIT MOVWF TEMP ;延时子程序　　NEXT DECFSZ TEMP，1　　GOTO NEXT　　RETURN　　用这种方法实现的11位A/D转换速度快PIC16C711基本上都是单周期指令，在4MHz振荡频率下指令周期1μs，进行1次A/D转换最短时间20μs;2次A/D转换40μs;2个运放变换时间20μs×2=40μs。总的转换时间为百μs级。　　本文介绍的方法电路简单，速度快，调试方便，已用于我们研制的单片机电阻炉温自动控制系统中，取得了预期的效果。对于其他带8位、10位A/D的单片机稍加改动均可使用，具有推广价值。