用PIC單片機設計A/D、D/A轉換器

1、PIC16C62×系列單片機的特點

PIC16C62×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。除了具備一般單片機的特點外，PIC16C62×系列內部集成了兩個模擬比較器和一個4bit的可編程基準電壓源（REF）。如果利用該單片機的這些特點，只需幾個外圍元件就具備A/D與D/A轉換功能，且分辨率達到8bit～10bit。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。

2、D/A轉換器

PIC16C62×系列單片機內部部分功能模塊及A/D、D/A的電路。

2.1 利用內部基準源

PIC16C62×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D/A轉換器，該基準源由VRCON特殊功能寄存器控制。

VREN：REF基準電壓源使能位，當VREN=1時，內部基準電壓源使能。
　　VROE：REF輸出選擇位，VROE=1時，REF輸出至RA2引腳。
　　VRR：REF段選擇，REF值可編程設定為高低兩個段輸出。
　　VR3~VR0：4bit REF電壓值。改變該4位的值即改變了REF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= VR3VR2VR1VR0
　　VR-1=VR3VR2 VR1VR0－1

根據PIC16C62×的特性：

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

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

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

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簡單的電源去耦電路，就能很好的保證基準電壓REF的抗噪聲要求。

由上述可見,PIC16C62×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4bit D/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及以上的D/A轉換器,需將REF的范圍進行擴展。使用REFH值，即REFH =DD/4~23*DD/32，擴展為REFH= (DD/4－DD /32) ~23*DD/32, 向電壓低端擴展一個分辨單元值DD /32,相當于二進制碼值VRH=0~15擴展為－1 ~15。這是實現8bit及以上D/A轉換的關鍵。VRH= －1是一個特殊條件,超出了REF取值范圍對應的二進制碼值VRH的界限,須由低段基準電壓REFL與外圍可編程固定衰減比的電阻網絡實現。PIC16C62×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=1/（0+1） 0=2kΩ（內部固定電阻）。

當OC門GK截止時，衰減系數=1 (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REFH基準值可由低段二進制碼值VRL對應的REFL值乘上系數得到。
　　VRH=－1時，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) （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。

系數由外接電阻1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，再根據=1/（0+1）、0=2kΩ 計算出1的阻值。1也可用一只電位器調整的方式代替。