| 用單片機設計動態(tài)輸入范圍的PWMA／D轉(zhuǎn)換器 | |
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關鍵詞：PWM;A／D變換;計數(shù);COP820CJ
1 COP820CJ芯片介紹
COP820CJ是美國國家半導體公司生產(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I／O口,時鐘頻率為10MHz,工作電壓為2．5～6．0V。 COP820 CJ具有多輸入喚醒（MIWU）、低壓復位保護、片上模擬比較器和低電磁輻射設計等功能,其I／O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L／I／D／G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I／O口和2位輸入口,L口為8位I／O 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（LDATA［0DOH］）和配置寄存器（LCONF［0D1H］）,兩寄存器可共同決定該端口的狀態(tài)。具體關系見表1所列。
COP820CJ的片上RAM、端口、寄存器均可映射到00H～FEH的數(shù)據(jù)內(nèi)存空間,其中C0～CFH段主要是喚醒及用看門狗控制寄存器,D0～DFH段有8個端口類寄存器,E0～EFH段為計時器和系統(tǒng)寄存器。00～2FH及F0～FFH為RAM地址。其中,F0～FEH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
2．1基本原理
利用COP820CJ的片上模擬比較器和脈沖寬度調(diào)制方式可以構成由軟件調(diào)控且輸入范圍可變的A／D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,以使兩者電位迅速接近。
比較器允許的輸入電壓為0．4V～VCC－1． 5V（此時電容電壓與充電、放電時間之間為近似線性關系）,實際輸入電壓范圍可能要更小一些。因此,可以通過設定高低脈沖的參數(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2．4μs,輸入電壓范圍是1．0V～3．3V。那么,可以設置高脈沖為先低8個時鐘,再高16個時鐘;設置低脈沖為先高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×16／24＝3．30V;如果L3始終輸出低電平,電容電壓VL則近似為VCC×5／24＝1．04V。進行A／D轉(zhuǎn)換時,L3可根據(jù)比較結(jié)果輸出高低脈沖,當脈沖數(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)。
2．2轉(zhuǎn)換時間及分辨率
由于脈沖周期為2．4μs,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2．4×100×2＝480μs。當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1．0～3．3V,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軟件設計
圖2所示是用COP820CJ設計的A／D轉(zhuǎn)換器的工作軟件流程圖。其中,控制寄存器2（CNTRL2［CC］）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)。“SBIT（RBIT）i,n”指令為將n 寄存器的第i位置1（0）“IFBITi,n”指令在n寄存器的第i位為1時執(zhí)行下一條指令,否則跳過�！癉RSZn”指令的作用是先將寄存器n的值減 1,如結(jié)果非零,則執(zhí)行下一條指令,否則跳過。
要保證脈沖周期為24個時鐘,必須精確計算指令周期。其指令周期的時鐘數(shù)分別為：
