用單片機設(shè)計動態(tài)輸入范圍的PWMA／D轉(zhuǎn)換器

1、用單片機設(shè)計動態(tài)輸入范圍的PWMAD轉(zhuǎn)換器     用單片機設(shè)計動態(tài)輸入范圍的PWMAD轉(zhuǎn)換器胡明昕，來衛(wèi)國（解放軍信息工程大學(xué)工程學(xué)院，河南鄭州450002） 摘 要：給出一個利用COP820CJ片上比較器設(shè)計的基于脈寬調(diào)制的AD變換器的設(shè)計方案，同時給出了利用軟件調(diào)整該AD轉(zhuǎn)換器的輸入電壓的程序和方法。 關(guān)鍵詞：PWM；AD變換；計數(shù)；COP820CJ 1 COP820CJ芯片介紹COP820CJ是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款8位單片機，它內(nèi)含64字節(jié)RAM和1k字節(jié)ROM，并帶有24個IO口，時鐘頻率為10MHz，工作電壓為2560V。COP820

2、 CJ具有多輸入喚醒（MIWU）、低壓復(fù)位保護、片上模擬比較器和低電磁輻射設(shè)計等功能，其IO口可編程為三態(tài)、推挽輸出、弱上拉輸入等類型。COP820CJ的端口分為LIDG四類。其中I口為4位輸入端口，D口為4位輸出端口，G口有6位IO口和2位輸入口，L口為8位IO口。同時L口也是芯片的喚醒端口，其中L1和L2又是比較器輸入口，L3又是比較器輸出口。L口配有數(shù)據(jù)寄存器（LDATA0DOH）和配置寄存器（LCONF0D1H），兩寄存器可共同決定該端口的狀態(tài)。具體關(guān)系見表1所列。COP820CJ的片上RAM、端口、寄存器均可映射 到00HFEH的數(shù)據(jù)內(nèi)存空間，其中C0CFH段主要是喚醒及用看門狗控制

3、寄存器，D0DFH段有8個端口類寄存器，E0EFH段為計時器和系統(tǒng)寄存器。002FH及F0FFH為RAM地址。其中，F(xiàn)0FEH段可用作寄存器，并包括B地址寄存器FCH、X地址寄存器FEH和SP堆棧指針FDH三個專用寄存器。 2 COP820CJ的工作原理21基本原理利用COP820CJ的片上模擬比較器和脈沖寬度調(diào)制方式可以構(gòu)成由軟件調(diào)控且輸入范圍可變的AD轉(zhuǎn)換器。其工作原理圖見圖1所示。圖中，L1和L2為比較器輸入端，當(dāng)電容電壓小于輸入電壓時， L3端輸出高電平脈沖。反之，L3輸出低脈沖，并對低脈沖減1計數(shù)。電路中的輸入電壓可通過L1、L2之間并聯(lián)的兩個背向二極管對電容C1快速充放電，以使兩者

4、電位迅速接近。比較器允許的輸入電壓為04VVCC15V（此時電容電壓與充電、放電時間之間為近似線性關(guān)系），實際輸入電壓范圍可能要更小一些。因此，可以通過設(shè)定高低脈沖的參數(shù)使電容電壓始終保持在測量范圍之內(nèi)。若電源為5V，時鐘頻率為10MHz，脈沖周期為24個，即24s，輸入電壓范圍是10V33V。那么，可以設(shè)置高脈沖為先低8個時鐘，再高16個時鐘；設(shè)置低脈沖為先高5個時鐘，再低19個時鐘。這樣，如果L3始終輸出高脈沖，電容電壓VH將近似為VCC×1624330V；如果L3始終輸出低電平，電容電壓VL則近似為VCC×524104V。進行AD轉(zhuǎn)換時，L3可根據(jù)比較結(jié)果輸出高低脈沖

5、，當(dāng)脈沖數(shù)足夠多時，計數(shù)器的值即代表了輸入的電壓值，并可用下式表示：其中，NTON為計數(shù)器的值，NTOTAL為總脈沖數(shù)。 22轉(zhuǎn)換時間及分辨率由于脈沖周期為24s，若脈沖總數(shù)為100，那么，進行兩次計數(shù)的轉(zhuǎn)換時間近似為24×100×2480s。當(dāng)輸入為高速變化的信號時，只需減少脈沖總數(shù)即可。如脈沖總數(shù)為100，輸入電壓為1033V，則分辨率為23mV。為提高分辨率，可先對輸入信號進行粗測，然后調(diào)整高低脈沖的占空比，以使對應(yīng)電壓略超出測量結(jié)果的上下限值，這樣即可獲得更高的分辨率。3軟件設(shè)計圖2所示是用COP820CJ設(shè)計的AD轉(zhuǎn)換器的工作軟件流程圖。其中，控制寄存器2（CNTRL2CC）的第三位是比較器允許位，第四位為比較器輸出。X指令為交換兩寄存器中的數(shù)據(jù)?！癝BIT（RBIT）i，n”指令為將n寄存器的第i位置1（0）“IFBITi，n”指令在n寄存器