除了洗衣機之外，家裡的冰箱，電磁爐，電子鍋，熱水瓶等電器產品都漸漸走上數位化了，數位化的原因有幾個，一是容易操作及控制，另一個是可以使用微控制器來控制其功能，使其功能增強及帶來使用上的方便，例如溫度控制、定時控制和壓力控制等。

在自然界的各種訊號，如溫度、濕度、壓力、光、聲音、氣體皆是類比訊號，要將自然界裡的訊號做各種處理，就需要一個感測器將自然界的各種訊號，轉換成電壓或是電流訊號，再將類比的電氣訊號，透過一個類比數位轉換器（ADC），轉成數位化的資料，再由一個微控制器的來對數位資料做處理。

要是將ADC內建於微控制器中，在使用上更加便利，也可大幅度的降低成本。將類比資料做數位化的好處是容易處理、運算及顯示，尤其是我們日常生活中的各種家電產品如冷氣機、除濕機、電冰箱、洗衣機、微波爐、電磁爐、電毯 、電子鍋、充電器、麵包機、豆漿機、洗碗機、電暖器、充電器、烘碗機、煙霧偵測器、瓦斯偵測警報器、火災偵測器、毒性氣體偵測器、酒精測試器、血壓計、體溫計、壓力計、溫度計、重量計、體重計、距離測量儀、傳真機、掃描器、數位相機、影印機、胎壓器、氣壓計、烤箱、光度計、彩色電視機、電動按摩器等產品不勝枚舉。

感測器

在使用ADC時，大部分都會與感測器互相搭配使用，感測器是一種能夠將各種物理量如：溫度、濕度、壓力、光、聲音、氣體等變換為電氣量的元件，因此其複雜度很深，在應用上很廣泛。我們可以依照不同的用途來選擇不同的感測器，再透過ADC轉換，便可以製作出各種不同的產品，一般常見的感測器有溫度感測器、壓力感測器、濕度感測器、光感測器、煙霧感測器、氣體感測器等。

類比數位轉換器（ADC）

當微控制器要處理類比訊號時，需要將類比信號先透過類比-數位轉換器（ADC）加以轉換，把類比訊號轉換成相對的數位訊號，此時就需要ADC。一般市售有單獨的ADC IC，或者是內建有ADC之微控制器，就成本上的考量，在需要微控制器做控制的產品上，使用有內建ADC功能之微控制器，較能節省成本，產品可靠度也較高，生產上較簡單且元件庫存較少，除非需要特殊規格的ADC及微控制器，才需要分別搭配特殊規格的ADC及微控制器IC。

ADC的參考電壓有單獨的一根接腳或是與IC的電源接在一起，內含類比-數位轉換器的微控制器亦是如此，若ADC參考電壓為微控制器之工作電壓，則微控制器腳位圖上就只會標示一個工作電壓（VDD）的腳位，而無ADC參考電壓輸入腳位。

ADC最重要之特性之一 : ADC的精確度，在一般所定義的ADC轉換曲線如(圖一)，X軸為輸入電壓，Y軸為數位輸出值。（以10位元ADC為例，LSB = ADC參考電壓 ÷1024）

《圖一 ADC轉換曲線圖》

當類比電壓輸入在0.5LSB~1.5LSB之間時，經由ADC得到的轉換值是1，由此類推到各個電壓的轉換值。所以一般使用時都必須先確定ADC的參考電壓為何，再由轉換結果的數位資料值，去得到類比輸入電壓的範圍。由上圖可知，當ADC轉換值為1時，我們可以因此得到類比的電壓值為1LSB±0.5LSB，0.5LSB為數位化過程中所必須犧牲掉的轉換誤差。一般常用的類比-數位轉換器為8位元~10位元，較精確的產品則需要12位元~14位元的ADC，本文將介紹一顆內含10位元ADC的微控制器。

盛群半導體新推出一系列內建ADC之微控制器，在此針對其中一顆內含有10位元ADC的微控制器（HT46R23）做介紹，此型微控制器不僅內建ADC，更加入PWM之控制輸出功能，故其相當適合用來做溫度控制、壓力控制及濕度控制的各類型產品或家電產品。HT46R23的主要規格如(表一)所示。

HT46R23這顆內含10位元ADC的微控制器，可以廣泛用在各種產品上，其主要的定位是在於各種家電及工業控制方面，就其整個功能來說，提供了一個與I2C BUS相容（SLAVE模式）的序列匯流排及兩組PWM輸出，PWM可用來做電流及電壓控制，對於各方面的應用都非常適合。尤其是對於電源雜訊的處理，該型微控制器在設計上特別考量電源雜訊之處理，故擁有極佳的抗雜訊能力。

HT46R23微控制器說明

HT46R23使用8位元精簡指令集微控制器，內含63個功能強大的精簡指令集，有8個硬體做成的堆疊（STACK），在呼叫副程式時，可以呼叫到8層之多。內建一個看門狗計時器（WDT），可以預防微控制器誤動作時，將微控制器重新RESET，一個低電壓偵測器（LVR），當電壓過低時，會自動將微控制器RESET，避免微控制器的誤動作。程式記憶體（PROGRAM ROM）的空間有4K可以使用，而且為一次燒錄型，對於寫程式來說，有很大的應用空間，對產品而言也有很大之彈性。如(圖二)。

《圖二 微控制器的方塊圖》

OPTION ROM

另外也提供OPTION ROM，提供OPTION在燒錄的時候，視需求來選擇哪一種功能，內建有192 byte的資料記憶體（DATA MEMORY）空間，在中斷部分提供了四種中斷，外部中斷接腳的中斷、內部計時器或外部計數器的中斷、10位元ADC的中斷或是序列匯流排的中斷。

輸入輸出腳共有23根，其中PA有8根，PB有8根，PC有5根，PD有2根，其中PA3與PFD輸出共用接腳，PA4與外部計數器輸入腳共用，PA5與外部中斷輸入腳共用，PA6及PA7與序列匯流排接腳共用，PD0/PD1與PWM0/PWM1輸出共用接腳，PB0~PB7與ADC類比輸入腳AN0~AN7共用。其中PA3與PFD輸出功能共用，PD0/PD1則與PWM0/PWM1共用，是在燒錄程式時，由OPTION項目所選擇的，我們也可以只選擇使用一般的I/O功能就好。

PA4當外部計數器輸入腳時，PA4必須設為輸入腳，PA5當外部中斷輸入腳時，PA5也必須設為輸入腳。至於PB0~PB7與AN0~AN7 ADC類比訊號輸入，可以由軟體選擇要當類比訊號輸入或是數位訊號輸入輸出使用。16位元的計時計數器輸入，可以選擇由外部計數器輸入腳（PA4/TMR）輸入，或是選擇內部計時器當計時的參考頻率。如(圖三)。

《圖三 微控制器腳位圖》

由系統頻率經過一個預除器，可以選擇8個參考計時頻率給16位元的計時計數器，這8個計時頻率，從系統頻率到系統頻率除以128。選擇適當的頻率給計時計數器，使用可以較彈性。另外PFD的輸出頻率，也是由16位元計時計數器來控制，PFD的頻率為16位元計時計數器溢位的頻率除2，假設16位元計時記數器的輸入為1μ秒，假設我們設定16位元計時計數器內容為65286，則計數250次就會發生溢位，則PFD輸出的週期為 : 1μ秒×（256－6）×2=500μ秒，所以PFD的頻率為 1/500μ秒 = 2kHz，由以上可知只要設定16位元計時計數器的數值，就可決定PFD的輸出頻率。提供兩組PWM之功能，對於電流與電壓的控制提供一個最佳的解決方案。如(圖四)。

《圖四 PWM電流參考圖》

PD0/PWM0接腳輸出串聯一個電阻及電容接到一個NPN電晶體（B1），來控制上面PNP電晶體（B0）是否導通，在PWM輸出高準位時，NPN電晶體及PNP電晶體皆在導通的狀態，VCC電壓對電感（L0）充電（IL增加）。當PWM輸出低準位時，NPN電晶體及PNP電晶體皆在不導通的狀態，VCC電壓不對電感充電, 電感由經D0釋放能量（IL下降）, 若on/off頻率很高, IL幾乎維持一定, 形成PWM方式定電流控制。

由PB0/AN0讀入類比電壓值， 將電壓值÷R0的電阻值，就可得到流經R0的電流，若是電流小於我們欲設定的電流，則增加PWM輸出的DUTY來增加電流，若是電流大於我們欲設定的電流，則減少PWM輸出的DUTY來減少電流，由此來做電流控制。利用控制PWM輸出的DUTY，可以讓電感儲存的電流能量，維持在一定的大小，由此來做定電流控制。至於電壓控制，亦是採用相同原理，但必需加入一個大電容，以達到穩定電壓之功能。

當使用PWM功能時，需要在OPTION選項選擇使用PWM功能，並且需選擇PWM輸出是除64或是除128，當寫入PWM 暫存器之數值改變時則PWM輸出之DUTY隨之改變，該注意的是，一但選擇除64或是除128之後，PWM之頻率便固定，無法再由軟體調整，其頻率是固定系統頻率除64（其PWM輸出是6+2模式，其定義為PWM輸出之頻率為一般輸出的4倍）或是除128（其PWM輸出是7+1模式，其定義為PWM輸出之頻率為一般輸出的2倍），若是要改變PWM之頻率，只能改變系統頻率來改變PWM之頻率。

要讓PWM之輸出由PD0/PWM0或是PD1/PWM1輸出，必須將PD0/PD1輸出設定為輸出腳，且必須寫1到PD0/PD1暫存器的位置，寫0會讓PD0/PD1接腳，輸出在LOW的狀態。其PWM輸出是（6+2）或（7+1）模式，其定義為PWM輸出之頻率為一般輸出的4或2倍，其原理為將 PWM輸出分為四或二段，輸出低準位的部分及輸出高準位的部分，平均各分為四或二段，若是無法分為四或二段的餘數，就補在其中的一段。參考(圖五)、(圖六)。

《圖六 PWM輸出為（7+1）模式》