DIY - PIC： PIC18F4550 A/D 類比數位轉換器結構 (四十三)

DIY - PIC： PIC18F4550 A/D 類比數位轉換器結構 (四十三) ：

Microchip PIC18F4550 類比數位轉換器（Analog-to-Digital Converter ADC）的參考電壓是可以設定於內部或外部，內部參考電壓是以正電源電壓和負電源電壓（VDD 和VSS）來作基準，而外部參考電壓是要連接在 RA3/AN3/VREF+ 引腳和 RA2/AN2/VREF-/CVREF 引腳上。

▲ ADC的參考電壓

 執行A/D 轉換時應該遵循以下步驟：1. 配置A/D 模組：

• 配置類比引腳、參考電壓和數位I/O （通過ADCON1 寄存器）
• 選擇A/D 輸入通道（通過ADCON0 寄存器）
• 選擇A/D 採集時間（通過ADCON2 寄存器）
• 選擇A/D 轉換時鐘（通過ADCON2 寄存器）
• 使能A/D 模組（通過ADCON0 寄存器）

2. 需要時，配置A/D 中斷：

• 清零ADIF 位
• 將ADIE 位置1
• 將GIE 位置1

3. 如果需要，等待所需的採集時間。4. 啟動轉換：

• 將GO/DONE 位置1（通過ADCON0 寄存器）

5. 等待A/D 轉換完成，通過以下兩種方法之一判斷轉換是否完成：

• 查詢GO/DONE 位是否被清零
• 等待A/D 中斷

6. 讀取A/D 結果寄存器（ADRESH:ADRESL），需要時將ADIF 位清零。7. 如需再次進行A/D 轉換，返回步驟1 或步驟2。

• 將每位的A/D 轉換時間定義為TAD，在下一次采集開始前至少需要等待3 個TAD。

▲ A/D傳遞函數

▲模擬輸入的電路模型

在 A/D 採集時，為了使 A/D 轉換器達到規定精度，必須使充電保持電容（CH_OLD）充滿至輸入通道的電平。電源阻抗（RS）和內部採樣開關阻抗（RSS）直接影響為電容 CH_OLD 充電所需的時間。採樣開關阻抗值（RSS）隨器件電壓（VDD）不同而改變。電源阻抗將影響類比輸入的失調電壓（由於引腳洩漏電流的原因）。類比信號源的最大阻抗推薦值為 2.5 kΩ。在選擇（改變）了模擬輸入通道之後，必須對通道進行採樣才能啟動轉換，採樣時間必須大於最小採集時間。
 
計算所需的最小採集時間 TACQ，假定的誤差為 1/2 LSb（A/D 轉換需要1024 步）。1/2 LSb 的誤差是 A/D 模組達到規定解析度所能允許的最大誤差。計算結果基於以下假設： 
CH_OLD = 25 pF 
Rs = 2.5 kΩ 
轉換誤差 ≤ 1/2 LSb 
VDD = 5V → Rss = 2 kΩ 
溫度 = 85°C （系統最大值）


採樣時間

TACQ = 放大器穩定時間+ 保持電容充電時間+ 溫度係數 = TAMP + TC + TCOFF

A/D 最小充電時間

VHOLD = (VREF – (VREF/2048)) • (1 – e(-TC/CHOLD(RIC + RSS + RS))) 或 TC =-(CHOLD)(RIC +RSS +RS) ln(1/2048)

計算所需的最小採樣時間

ACQ  = TAMP + TC + TCOFF TAMP = 0.2 μs TCOFF= (Temp – 25°C)(0.02 μs/°C) = (85°C – 25°C)(0.02 μs/°C) = 1.2 μs 只有在溫度> 25°C 時需要溫度係數。當溫度低於25°C 時， TCOFF = 0 ms。 TC = -(CHOLD)(RIC + RSS + RS) ln(1/2048) μs = -(25 pF) (1 kΩ + 2 kΩ + 2.5 kΩ) ln(0.0004883) μs = 1.05 μs TACQ = 0.2 μs + 1.05 μs + 1.2 μs = 2.45 μs

選擇 A/D 轉換時鐘，每位的 A/D 轉換時間定義為 TAD。每完成一次 10 位 A/D 轉換需要 11 個 TAD 。可用軟體選擇 A/D 轉換時鐘源 (7 種可能的選擇)。為了實現正確的 A/D 轉換，A/D 轉換時鐘（TAD）必須盡可能小，但它必須大於最小 TAD。

▲不同工作頻率下和選擇不同的 A/D 時鐘源時得到的 TAD

Microchip PIC18F4550 的最低要求 0.7us，安全值為 2.45usFOSC=1/20MHz=50nsTOSC=32× 50ns=1600nS=1.6uS (1.6us > 0.7us)