可配置模拟单片机PIC16C781/782的特点及应用

1概述

    美国MICROCHIP公司推出的PIC系列8位单片机是业内首次采用RISC结构的高性价比嵌入式控制器，其高速度、高可靠性、低工作电压、低功耗、大驱动能力、低价OTP技术、体积小巧等都体现了当前微控制器工业的新趋势，并在电脑外设、家电控制、电讯通信、智能仪器仪表、汽车电子、金融电子等领域得到了广泛的应用。最近，PIC系列单片机家族又添新丁，由MICROCHIP公司推出的两款8位可配置模拟单片机PIC16C781和PIC16C782 的问世,给业界送来一股清凉风。新器件集成了多个模拟和数字模块，极大地减少了嵌入式控制系统中所需的元件数，非常适合于闭环控制场合，受到了电子工程师们的青睐。

2引脚排列及特点

    PIC16C78X是20引脚双列直插式大规模集成电路，其引脚排列如图1所示，引脚功能请查有关资料，此处不再赘述。PIC16C78X是PIC系列单片机家族的1员，它本身也集中了PIC系列单片机的许多亮点[1]，其主要特点如下：

——高性能RISCCPU；
——仅35条单字指令，除程序分支指令外，其余指令均为单周期指令，且寻址灵活；
——8级深度的硬件堆栈；
——有中断能力（8个内部／外部中断源）；
——有16个输入／输出引脚；
——1个8位定时计数器TIMER0，带8位预分频器；
——增强型16位定时计数器TIMER1，带预分频器；
——可编程PORTB口为弱上拉，也可编程为电平变化中断；
——具有较强的模拟功能模块，如ADC,DAC,OPA,C,VR；
——可编程开关方式控制器PSMC，有PWM和PSM2种工作方式；
——可编程低压检测模块LVD；
——具有上电复位POR，加电定时器PWRT，振荡器启动定时器OST功能；
——看门狗WDT及片内RC振荡器；
——内部／外部复位端MCLR；
——程序代码可加密；
——省电休眠模式SLEEP；
——振荡器方式可选HS,XT,LP,EC,RC,INTRC。

图1    PIC16C78X的引脚排列

3模拟单元介绍

    模拟功能模块是PIC16C78X单片机的精华所在，下面分别对其作以介绍。

3．1低压检测模块(PLVD)和参考电压源模块(VR)

    可编程低压检测模块PLVD用来监视单片机电源VDD，实际上是对电源掉电的1种预警，以便在单片机完全掉电以前对一些关键性的数据进行保存处理，可通过低压检测模块控制寄存器LVDEN来配置。参考电压源模块VR提供了1个在片固定的参考电压，其值为3.072V，可用于ADC和DAC或从RB0输出，可通过参考电压控制寄存器REFCON来配置。

3．2模数转换模块(ADC)

    模数转换模块ADC是1个逐次逼近式8位8通道ADC，其模拟参考电压ADCREF可以用软件编程，且有4种选择：模拟电源AVDD；比较器C1的参考电压端VREF1(RB3)；参考电压源模块VR的输出；数模转换器模块DAC的输出VDAC。ADC的另一个特点是它还可以在休眠状态下工作，这时， ADC模块的时钟必须配置为ADC专用内部阻容振荡器RC方式。与ADC模块有关的特殊功能寄存器有3个，即ADC结果寄存器ADRES，2个ADC控制寄存器ADCON0和ADCON1。

3．3数模转换模块(DAC)

    数模转换模块DAC可以将8位DAC数据寄存器中的数据转换为1个与其成比例的输出控制电压，并通过编程，将其作为ADC的参考电压，或作为比较器C1、 C2的参考电压，或从RB1口直接输出。DAC模块的参考电压可以选自模拟电压源AVDD，或比较器C1的参考电压端VREF1(RB3)，或参考电压源 VD。控制数模转换模块的特殊功能寄存器有2个，即数模转换控制寄存器DACON0，数模转换数据寄存器DAC。

3．4运算放大器模块(OPA)

    运算放大器模块OPA既能配置为运算放大器，也可以配置为电压比较器，其特点是可连到外部所有口，增益带宽可选，有输入偏置电压自动校正模块，用作电压比较器时还具有输出电平变化中断功能。控制OPA模块工作的寄存器有2个，即运算放大器控制寄存器OPACON和校正寄存器CALCON。

3．5比较器模块

    比较器模块包含两个独立的比较器C1和C2，其特点是比较器输出可外引，输出极性可编程，有输出电平变化中断标志，休眠唤醒，可编程为PSMC的反馈输入，4端输入可选，参考电压可选，速度可选，C2比较器还有其输出与定时器T1时间输入同步功能等。C1和C2分别由特殊功能控制寄存器CM1CON0和 CM2CON0来控制，C2还有1个第二控制寄存器CM2CON1,该专用寄存器用于与T1的同步控制和对2个比较器的同时读数控制。

3．6可编程开关方式控制器模块(PSMC)

    可编程开关方式控制器模块PSMC用于构成脉冲反馈系统，它可以根据模拟反馈量的大小产生相应的脉冲输出。反馈量来自比较器，它也是可编程的，允许单通道或双通道反馈，比较器的参考电压可编程，输出极性也可编程。更为重要的是PSMC的输出脉冲方式也可编程，即可以编程为脉冲宽度调制(PWM)和脉冲串调制(PSM)2种工作方式。对PSM方式，脉冲串具有固定占空比且受控于反馈量，而对PWM方式，输出脉冲的宽度受控于反馈量。另外，PSMC模块的输出脉冲还可以编程为3种方式：单路输出；单路输出加1个斜坡补偿输出；双路交互输出。所有脉冲的触发和占空周期的定时均由CPU内部时钟来控制。

    在PWM方式中，PSMC实际上是1个定时器控制的复位／置位双稳态脉冲发生器，脉冲由内部的记数串触发，当脉冲持续可编程的最小占空周期后，由比较器输出端电平的高低跳变或由最大的可编程占空周期来终止，从而在输出端得到1个占空周期可调制的脉冲，此脉冲占空周期受控于反馈量，且频率可调，最大占空周期可调，最小占空周期可调至0％。

    在PSM方式中，PSMC工作于1个占空周期固定的脉冲发生器，输出脉冲由模拟反馈量来触发。在发1个脉冲之前，先对模拟反馈进行采样，若比较器输出为高，发出1个脉冲并保持有效，直至编程的占空周期完成，若比较器的输出为低，则不输出脉冲，PSMC等待下1个脉冲。在这种方式中，脉冲串受控于模拟反馈量，且输出脉冲的频率和占空周期均可编程。PSMC模块由2个特殊功能寄存器来控制，即PSMC控制寄存器PSMCCON0和PSMCCON1。

4应用举例

    图2所示是PIC16C78X在控制开关电源方面的应用实例。此例中，PSMC配置为PWM方式，属于电流方式的开关电源控制器，图中有2个反馈环路，1 个内部电流环和1个外部电压环。内部电流环又分成2个通道，Q1/L1和Q2/L2。由PMSC控制的PWM输出脉冲，交替地驱动Q1和Q2的导通，在2 个输出脉冲各自的有效期间，电流流过输出电感并对电容器Cm充电，此电流与误差电压成比例，当电压充到大于误差电压时，比较器使PSMC复位， MOSFET关断，电感器通过二极管向电容器放电。外部电压环通过R1/R2检测Cm上的电压，运算放大器的参考电压来自数模转换器模块DAC，它与反馈电压相减得到误差电压，这个电压经运算放大器滤波后送给内部电流环的比较器C1。

图2    开关电源控制器原理框图

5结束语

    在MICROCHIP已有的产品中，有几款单片机也有模拟单元，如PIC16C62X系列就有比较器和参考电压模块，PIC16C7XX系列有8位ADC 模块和PWM模块等，但新近推出的这1款模拟单片机PIC16C78X并不是它们的叠加，而是在它们的基础上创新。如DAC模块，原有单片机要实现数模转换只能对PWM的输出再加滤波等元件，而此款模拟单片机的DAC就可以直接输出模拟电压；以前的单片机只有比较器，而无运算放大器，此款模拟单片机既有双路比较器，又有一个运算放大器；特别是PMSC模块，它既可编程为PWM工作方式，也可编程为PSM工作方式，这2种方式在控制中最为常用。总之，把 PIC16C78X系列单片机称为可配置模拟单片机是当之无愧的。可以预见，它将在发动机速度控制，功率逆变器，信号发生器，音频设备，通用传感器接口和充电器等领域得到广泛的应用。