用COP820CJ实现可变输入范围的PWM A／D转换

【摘　要】　介绍了8位单片机COP820CJ，并给出了一个用COP820CJ片上比较器设计的基于脉宽调制的A／D变换器，该A／D变换器可根据输入电压进行软件调整。
    关键词：PWM，A／D，计数

1　COP820CJ芯片介绍
　　COP820CJ是美国国家半导体公司的一款8位单片机，其主要数据有：64字节RAM，1K字节ROM，24个I／O口，时钟频率10MHz，工作电压2．5V～6．0V。主要特性有：多输入唤醒机制（MIWU），低压复位的保护机制，片上模拟比较器，低电磁辐射设计，I／O口可编程为三态、推挽输出、弱上拉输入等。下面仅就将要涉及的部分加以介绍。
　　COP820CJ的端口分为L／I／D／G四类。其中I口为4位输入端口，D口为4位输出端口，G口有6位I／O口和2位输入口，L口为8位I／O口。L口也是芯片的唤醒端口，其中，L1和L2又是比较器输入口，L3又是比较器输出口。L口配有数据寄存器（LDATA〔0DOH〕）和配置寄存器（LCONF〔0D1H〕），两寄存器共同决定该端口的状态。具体关系见表1。

　　COP820CJ的片上RAM、端口、寄存器均映射到00H～FEH的数据内存空间，其中C0～CFH段主要是唤醒及看门狗控制寄存器，D0～DFH段有8个端口类寄存器，E0～EFH段为计时器和系统寄存器。00～2FH及F0～FFH为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堆栈指针〔FDH〕三个专用寄存器。
2　工作原理
2．1　基本原理
　　利用COP820CJ芯片上的模拟比较器和脉冲宽度调制方式，可以构成由软件调控的可变输入范围的A／D转换器。原理图见图1。图中，L1和L2为比较器输入端，如电容电压小于输入电压，L3端输出高脉冲，反之，L3输出低脉冲，并对低脉冲减1计数。输入电压可通过L1、L2之间并联的两个背向二极管对电容C1快速充放电，使两者电位迅速接近。
　　比较器允许的输入电压为0．4V～1．5V（此时电容电压与充电、放电时间之间为近似线性关系），实际输入电压范围可能要更小一些。因此，我们可以通过设定高低脉冲的参数，使电容电压始终保持在测量范围内。设电源为5V，时钟频率为10MHz，脉冲周期为24个时钟，即2．4微秒，输入电压范围是

1．0V～3．3V。我们可设置高脉冲为先低8个时钟，再高16个时钟；设置低脉冲为先高5个时钟，再低19个时钟。这样，如果L3始终输出高脉冲，电容电压VH近似为16／24×VCC＝3．30V；如果L3始终输出低电平，电容电压VL近似为5／24×VCC＝1．04V。A／D转换时，L3根据比较结果输出或高或低脉冲，当脉冲数足够多时，计数器的值即代表了输入电压值，并可用下式表示：
　　VIN＝VL＋（VH－VL）×（TON／TOTAL）其中，TON为计数器的值，TOTAL为总脉冲数。
2．2　转换时间及分辨率
　　由上可知，脉冲周期为2．4微秒，如脉冲总数选为100，进行两次计数，则转换时间近似为2．4×100×2＝480微秒。如输入为高速变化信号，只需减少脉冲总数即可。如脉冲总数为100，输入电压为1．0～3．3V，则分辨率为23mV。为提高分辨率，可先对输入信号进行粗测，然后调整高低脉冲的占空比，使对应电压略超出测量结果的上下限值，这样可以获得更高的分辨率。
3　软件设计
3．1　流程图
　　流程图见图2。
3．2　相关信息
　　控制寄存器2（CNTRL2〔CCH〕）的第三位是比较器允许位，第四位为比较器输出。X指令为交换两寄存器中的数据。SBIT（RBIT）i，n指令为将n寄存器的第i位置1（0）。IFBITi，n指令在n寄存器的第i位为1时执行下一条指令，否则跳过。DRSZn指令先将寄存器n的值减1，如结果非零，则执行下一条指令，否则跳过。
    要保证脉冲周期为24个时钟，必须精确计算 指令周期。以下指令周期的时钟数为：NOP：1个时钟；
　　SBIT／RBIT／IFBIT（对B，X寄存器操作时）：1个时钟；
　　DRSZ／JP：3个时钟。
3．3　汇编代码




    
1　National Semiconductor Cor．．COP820CJData Sheet．NationalSemiconductor，May 1999