用单片机设计A/D和D/A转换器

在数字电子领域，模拟到数字（A/D）转换器和数字到模拟（D/A）转换器是两个极为重要的组成部分，它们分别负责将模拟信号转换为数字信号，以及将数字信号转换为模拟信号。在使用单片机设计这两种转换器的过程中，通常需要对单片机的特定功能寄存器进行编程，以便控制内置的模拟比较器和基准电压源。 我们以8位分辨率的A/D和D/A转换器为例，讨论如何使用PIC16C62×系列单片机实现这一过程。该系列单片机具备RISC精简指令集、哈佛结构总线以及18个引脚，具有低功耗和高性能的特点，非常适合用于工业控制、仪器仪表和家电产品的设计。 在单片机内部，集成的两个模拟比较器和一个4位的可编程基准电压源（REF）使得单片机具备基本的A/D与D/A转换功能。基准源由VRCON特殊功能寄存器控制，其包含多个位，用于启用基准电压源、选择输出引脚以及设定输出电压的高低段。 在实现D/A转换时，首先利用内部基准源。PIC16C62×系列单片机的内部基准源由16个抽头的电阻梯形网络构成，相当于一个4位分辨率的D/A转换器。通过VRCON寄存器，我们可以控制这个基准源的使能和输出选择。而基准源的电压值则由VR3~VR0这4位的二进制码决定。通过改变这4位的值，即可改变REF的电压值。 在需要实现8位或更高分辨率的D/A转换时，需要扩展基准源的电压范围。这一过程通常涉及利用基准源的高段电压REFH，通过编程改变外围元件的配置，达到扩展分辨率的目的。例如，通过设计外围电阻网络，可以使得基准电压源的输出从原来的0~15的二进制码值，扩展到-1~15。 在编程实现4位PWM以达到8位分辨率的D/A转换时，需要将待转换的8位数字量分为两个4位的二进制码。通过控制基准电压源输出电压的高电平和低电平，使用脉宽调制技术将这两个4位的数字量转化成模拟信号。PWM的高电平由VR对应的VREF电压值决定，低电平由VR-1对应的VREF电压值决定。通过这种方式，可以通过4位D/A转换基准电压源的两个相邻二进制码对应的两个VREF值，分别作为4bitPWM的高电平和低电平，从而实现8位的D/A转换。 使用PIC16C62×系列单片机设计A/D和D/A转换器的过程，涉及到对单片机内部寄存器的操作和外围电路的设计。通过精密设计，可以使得这些单片机即使在有限的位数内也能实现高精度的信号转换，适用于多种应用领域。而对于更高分辨率的需求，则需要在编程上做小部分的调整，以满足更复杂的信号处理需求。