PIC单片机模／数转换器ADC模块的设计思路及电路设计

PIC16F877单片机的ADC内部结构如图1所示。40引脚封装芯片与28引脚封装芯片的区别主要在于模拟口的数量不同，28引脚封装芯片没有AN5～AN7模拟量输入通道，其他各部分的功能和组成关系相同。PIC16F877单片机的ADC内部结构图如图2所示。

　　图1 主程序及中断程序流程

　　图2 PIC16F877单片机的ADC内部结构图

　　PIC16F877单片机内部嵌入的ADC模块具有10位数字量精度，共有8个模拟通道，与ADO模块有关的寄存器共有11个，其专用的4个寄存器分别为：ADCCON0、ADCCON1、ADRESH及ADRESL。

　　源阻抗（RS）和内部采样开关（RSS）阻抗直接影响所要求的充电电容CHOLD的时间，采样开关（RSS）阻抗在单片机电压上的变化，源阻抗在模拟输入时影响偏移电压（由于引脚漏电流）。所推荐的最大模拟源阻抗是101kΩ，在模块输入通道被选择后转换可以开始之前采集必须通过。

　　A／D转换器时间每位定义为TAD，A／D转换器每10位转换要求12TAD，A／D转换器时钟源是可以通过软件设定的，TAD的4种可能选择是：

　　· 2TOSC；

　　· 8TOSC；

　　· 32TOSC；

　　· 内部RC振荡器。

　　对于正确的A／D转换，A／D转换时钟（TAD）必须被选择以保证1.6μs的最小TAD时间。

　　ADCON1、TRISA和TRISE寄存器控制A／D端口引脚的操作。这个作为模拟输入的端口引脚必须有它们的相应位TRIS置1（输入）。如果TRIS位清0（输出），数字输出电平（VOH或VOL）将被转换。A／D操作是独立于（CHS（2∶0））位和TRIS位的状态之外的。

　　在睡眠期间A／D模块可以工作，这种A／D时钟要求对RC置1，（ARCS（1：0）＝11）， 当选择RC时钟源时，A／D模块在开始转换之前等待一个指令周期。这种允许执行的睡眠指令，可以消除在转换中产生的所有数字开关噪声。

　　当转换完成时，GO／DONE位将被清0，和转换结果一块装入ADRES寄存器，如果A／D中断使能，单片机将从睡眠中唤醒，如果A／D中断不使能，尽管ADON位仍保持置1，A／D模块仍将被关闭。

　　如果A／D时钟源是另一种时针选择（不是RC），尽管ADIN位仍保持1，睡眠指令将导致目前的转换中断和A／D模块被关闭。关闭A／D，把A／D模块放到它的最低电流消耗状态。

　　单片机复位强制所有寄存器复位到它们的复位状态，强制关闭A／D转换模块和进行的转换。在ADRESH、ADRESL寄存器的值在上电复位时不变，ADRESH、ADRESL寄存器在上电复位之后将包含未知数据。

　　1. 设计思路

　　将RA2引脚作为模拟电压输入，模拟量为连接在RA2引脚上的微调电阻提供，借此可以提供一个连续变化的模拟电压。端口D连接8个LED作为数据输出显示，并设置一个报警值。

　　本程序中将报警值设为2.5V，经A／D转换后对应十六进制数值为0x200H，当A／D转换的值未达到警戒值（0x200H）时，点亮8个发光二极管的低4个，表明系统运行正常；当A／D转换的值达到或超过警戒值（0x200H）时，发出报警信号，点亮与D口相连的LED显示报警信息。

　　2. 电路设计

　　单片机与LED的接口原理如图3所示。

　　图3 PIC16F877与LED的接线