PIC单片机入门_8位AD转换器

1.前言

PIC16F876的模数转换器 (A/D) 模块有多达 8 个模拟输入通道。如果选择8位A/D 转换器，那么芯片可以将能将一个模拟输入信号转换成相应的 8 位数字信号。采样保持输出是转换器的输入，A/D 转换器采用逐次逼近法产生转换结果。通过软件设置，模拟参考电压可以选择为器件的正向电源电压 (VDD) 或 VREF 引脚上的电平。 A/D 转换器具备可在休眠状态下工作的独特特性。

2.AD控制原理

与A/D 转换器相关连得有 3 个寄存器，它们分别是：
• A/D 结果寄存器 (ADRES)      
• A/D 控制寄存器 0 (ADCON0)   控制 A/D 模块的操作
• A/D 控制寄存器 1 (ADCON1)    端口的引脚功能进行配置 I/O 引脚可被配置成模拟输入 ( 其中一个 I/O 也可作为模拟参 考电压 ) 或数字 I/O 口。  
A/D 模块结构框图如图 所示：

2.1 AD控制寄存器0：控制A/D模块操作

bit [7:6] ADCS1:ADCS0: A/D 转换时钟选择位;00 = FOSC/2；01 = FOSC/8；10 = FOSC/32；11 = FRC ( 来自内部 A/D 的 RC 振荡器的时钟 )
bit [5:3] CHS2:CHS0: 模拟通道选择位；000 = channel 0, (AN0)；001 = channel 1, (AN1)；010 = channel 2, (AN2)；011 = channel 3, (AN3)；100 = channel 4, (AN4)；101 = channel 5, (AN5)；110 = channel 6, (AN6)；111 = channel 7, (AN7)。

bit 2 GO/DONE: A/D 转换状态位；当 ADON = 1 时，1 = A/D 转换正在进行；( 该位置 1 启动 A/D 转换。 A/D 转换结束后该位由硬件自动清零 )；0 = 未进行 A/D 转换
bit 1 保留 : 总是保持该位为 0。
bit 0 ADON: A/D 模块开启位；1 = A/D 转换器模块工作；0 = A/D 转换器关闭，不消耗工作电流。

2.2 控制寄存器 1 (ADCON1)：引脚功能配置

bit 2:0 PCFG2:PCFG0: A/D 端口配置控制位；其端口配置效果图如下所示：

A = 模拟输入 D = 数字 I/O
注 : 当 AN3 被选作 VREF 时， A/D 的参考电压为 AN3 引脚的电压。当 AN3 被选作模拟输入 (A) 时， A/D 的参考电压为器件的 VDD。

3.AD操作细则

当 A/D 转换完成之后，转换结果被载入 ADRES 寄存器， GO/DONE (ADCON0<2>) 位被清零，且 A/D 中断标志位 ADIF 置 1。
当配置好 A/D 模块后，在启动转换前必须先选择 A/D 转换的通道。模拟输入通道的相应 TRIS 位
必须设置为输入。采集时间 （ acquisition time) 的确定我们要详细说明。在这一采集时间过去之后， A/D 转换即可开始。

3.1 AD采集需要遵循的步骤 

1. 配置 A/D 模块：对模拟引脚 / 参考电压 / 数字 I/O (ADCON1) 进行配置；选择 A/D 输入通道 (ADCON0)；选择 A/D 转换时钟 (ADCON0)；打开 A/D 转换模块 (ADCON0)
2. 需要时，设置 A/D 中断： 将 ADIF 位清零；将 ADIE 位置 1；将 GIE 位置 1
3. 等待所需的采集时间
4. 启动 A/D 转换：将 GO/DONE 置 1 (ADCON0)
5. 等待 A/D 转换完成，通过以下两种方法之一可判断转换是否完成：轮询 GO/DONE 位是否被清零；或 等待 A/D 转换的中断。
6. 读取 A/D 结果寄存器 (ADRES)，需要时将 ADIF 位清零。
7. 要再次进行 A/D 转换，根据要求转入步骤 1 或步骤 2。每一位的 A/D 转换时间定义为 TAD。在下一次采集开始前至少需要等待 2TAD。

A/D 转换时序如下：

3.2 AD采集时间要求

TACQ = 放大器的建立时间 + 保持电容充电时间 +温度系数 = TAMP + TC + TCOFF

PIC为中档单片机提供了最小采集时间计算参考；由于这一部分我只是工程上的应用，没有进行芯片原理探究；只给出一个参考公式，其余的不做涉猎：

TACQ = TAMP + TC + TCOFF
TACQ = 5 µs + Tc + [(Temp - 25°C)(0.05 µs/°C)]
TC = -CHOLD (RIC + RSS + RS) ln(1/512)-51.2 pF (1 kΩ + 7 kΩ + 10 kΩ) ln(0.0020)-51.2 pF (18 kΩ) ln(0.0020)-0.921 µs (-6.2146) =5.724 µs
TACQ = 5 µs + 5.724 µs + [(50°C - 25°C)(0.05 µs/°C)]=10.724 µs + 1.25 µs=11.974 µs。

3.3 AD采集过程中时钟的选择

每一位的 A/D 转换时间被定义为 TAD。每完成一次 8 位 A/D 转换需要 9.5 TAD。 A/D 转换的时钟
源可用软件进行选择。 TAD 的 4 种选项为：2TOSC；8TOSC；32TOSC；内部 RC 振荡器
为了确保 A/D 转换正确，所有器件的 A/D 转换时钟 (TAD) 的选择必须满足最小 1.6 µs 的 TAD 时
间。下表 显示了器件在不同工作频率下以及所选的不同A/D时钟源下得到的TAD结果。

阴影部分不在推荐工作范围内。1： RC 时钟源的典型 TAD 为 4 µs。2： 这些值违反了所需最小 TAD 时间。3： 要加快转换时间，建议选择另一时钟源。4： 器件工作频率高于 1 MHz 时，整个转换过程应在休眠模式下进行，否则 A/D 转换精度可能超出允许范围。

3.4 配置模拟输入端口

ADCON1 和相应的 TRIS 寄存器用来控制 A/D 端口引脚的运行。若希望端口引脚为模拟输入，则必须将其相应的 TRIS 位置 1( 输入 ) ；A/D 转换与 CHS2:CHS0 位及 TRIS 位的状态无关。

3.5 正式进行AD转换

下面一步一步介绍如何进行 A/D 转换。 I/O 引脚被配置成模拟输入。模拟参考电压 (VREF) 为器件电压 VDD。使能 A/D 中断， A/D 转换时钟设为 FRC。该转换在 AN0 通道上进行。

注：由于所需采集时间的要求， 不应在打开 A/D 模块的同一指令中将 GO/DONE 位置 1（唤醒AD采集模块与开始进行AD采集必须分开） ！！！

在转换期间将 GO/DONE 位清零将中止当前 A/D 转换。 ADRES 寄存器中的内容不会被部分完成的 A/D 转换样本所更新， ADRES 寄存器仍然保持上一次转换完成后的结果 ( 或上一次写入ADRES 寄存器中的值 )。 A/D 转换被中止后，在下一次采集开始前，需要等待 2TAD 时间。 等待 2TAD 之后，采集将在所选通道上自动开始。

实例：

BSF   STATUS, RP0 ;STATUS的PRO置1
CLRF  ADCON1      ;配置AD控制寄存器1，即进行端口配置
BSF   PIE1, ADIE  ;PIE1的中断寄存器ADIE使能位置1
BCF   STATUS, RP0 ;STATUE的PRO位清零
MOVLW 0xC1        ;RC时钟, A/D被开启,选择了通道0
MOVWF ADCON0      ;配置AD控制寄存器0，C1=1100 0001 唤醒了AD 却不能让他工作！
BCF   PIR1, ADIF  ;A/D中断标志位清零
BSF   INTCON, PEIE;开启外围中断使能，置1
BSF   INTCON, GIE ;开启全局中断使能，置1

BSF ADCON0, GO ;在此处才正式开启 A/D 装换功能
: ; The ADIF bit will be set and the GO/DONE
: ; bit is cleared upon completion of the
: ; 

AD工作流程图具体如下所示：

4.讨论一下复位对AD采样的影响

器件复位迫使所有寄存器进入复位状态，同时迫使 A/D 模块关闭并中止任何正在进行的转换。上电复位时， ADRES 寄存器中的值保持不变。上电复位后 ADRES 寄存器中的值不确定。

5.同学问的一个小问题

早晨，同学问我，我代码中重复出现BSF，BCF，是不是数据和程序的差别？

NO！NO！NO！先看英文  BSF = Bit Set； BCF：Bit Clear  

BSF  f,b     给f 的第b位置1
BCF  f,b     给f 的第b位清0

参考：PIC英文技术手册