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在對嵌入式系統的體積、耗電、集成度等指標要求越來越高的今天，僅僅有帶AD變換電路的MCU已經越來越難以處理外圍的其他模擬電路。據此，相繼有一些MCU制造商推出了混合了模擬電路的MCU，為設計者提供了新的選擇。微芯(Microchip)公司的PICl6C78X系列即為其中的一種8位MCU，該電路集成了通用運算放大器、8位DAC變換器、8位ADC變換器、可編程開關模式控制器(PSMC)、比較器和精密參考電壓于20腳的芯片內。同時具有用戶可編程的低電壓檢測、內部振蕩器、節電睡眠模式和在線編程的功能。 集成了上述模擬電路的混合式芯片具有廣泛的應用，特別適合需要作閉環控制的場合。例如在電源開關控制系統的設計中，PSMC可以作開關的切換控制，DAC作電壓指示，ADC、運放和比較器則用作系統監測和穩定性和動態特性的控制。 本文對PICl6C78系列電路的內部模擬電路資源和所用的指令等做一介紹，同時給出典型的應用實例。 1 PICl6C78系列芯片的內部結構 PICl6C78系列芯片有781和782兩種。兩者均有128b的用戶RAM，最高可在20MHz振蕩頻率下工作，有16個I／O口，4MHz內部振蕩器，1個16位定時器和1個8位定時器／看門狗定時器。所不同的是16C781有1024X14位的OTP程序存儲器，而16C782有2048X14位。圖1為781和782的內部結構和引腳定義，兩者均有PDIP，SOIC和SSOP等多種封裝形式，并有OTP和MTP編程芯片供選擇。 1．1 MicroController 一 微控制器 他是一個8位的控制器。除了有通常PIC系列單機所有的功能外，他還具有RESET和監視功能。RESET又包括主復位和掉電復位。其中主復位又包括內部和外部(RA5)復位；掉電復位有4個電壓設置點。監視功能包括看門狗定時器和EPROM代碼保護。 1．2 Votage Refference 一 參考電壓(VR) 在25℃，5V條件下，他可以精確到3．072V±0．7％，內部連接到ADC和DAC。也可在引腳RB0輸出(具有5mV拉電流／灌電流能力)。 1．3 ADC一 模數轉換器 ADC具有8位分辨率，8個外部輸入通道(AN7：0)，2個內部輸入通道(來自VR和數模輸出電壓VDAC)，參考電壓可以來自片腳AVDD，V，VR或VDAC。轉換完成后自動觸發中斷服務。本模塊即使在SLEEP模式下也可實現轉換。 1．4 OSCILLATOR一 振蕩器 可以使用標準的LP，XT，HS和RC振蕩器，其中內部INTRC振蕩器可以選擇4MHz或37kHz兩種頻率中的一種。 1．5 PAMP一運算放大器 此模塊的漏電流輸入僅為50nA，有3 MHz和30kHz兩種增益帶寬乘積供選擇，偏置電壓校準有兩種模式Vos~200μV或選擇到DAC調節輸出電壓。他還可以選擇為比較器模式。 1．6 COMPARATOR一 比較器 PICl6C78X中集成了2個模擬比較器C1和C2，具有四通道輸人選擇、低輸入偏置電壓和2個速度設置屬性。C1的參考源可選擇為VDAC和VREFl(RA3)，C2可選為VDAC和VREF2(RA2)。比較器具有單極性和雙極性兩種可編程輸出極性，輸出到寄存器。可以對比較器單獨進行中斷設置，其中C2輸出可同步到TIMERl時鐘。 1．7 PSMC一 可編程開關模式控制器 PSMC具有PWM(脈沖寬度調制)和PSM(脈沖間隔調制)兩種脈沖模式(可編程的開關頻率32．5～250kHz)供選擇。在PWM模式下，模擬反饋決定脈沖寬度。在PSM模式下，可以提供模擬反饋門控脈沖；脈沖頻率是可編程的；輸出可以選擇單輸出或互補雙輸出，也可選斜率補償輸出。 1．8 DAC一 數模轉換器 DAC具有8位分辨率，其輸出可以通過編程在內部連接到比較器和ADC。當選擇外部輸出時VDAC在RBl輸出(1mA輸出／吸收能力)，他的參考源可以來自AVDD，VREFl或VR，轉換時間為10μs，轉換誤差(INL／DNL)小于1／2LSB。 除了上述內部資源，本系列芯片內還包括標準的TIMER0，增強的TIMERl模塊，可編程低電壓檢測。標準的TIMER0可讀寫8位定時器／計數器，可選8位預分頻(和WDT共享)，在RA4上的可選外部時鐘輸入，可以進行定時器溢出中斷。增強的TIMERl模塊帶4位預分頻的16位定時器／計數器，可選擇同步和異步時鐘模式，外部時鐘輸入在RA6上的T1CKl，外部時鐘控制，在RB7上的T1G，當CPU在INTRC模式下可選CPU LP振蕩器，可設定定時器溢出中斷。可編程低電壓檢測具有11個電壓等級(2．5～4．5V)，可使用中斷或查詢方式得到電壓等級值。 2 PICl6C78X的應用 2．1 指令、仿真和編程下載 和其他PIC的MCU一樣，該系列芯片采用精簡指令系統RISC，共使用35條單字指令。除了程序分支需要兩個周期外，其余的指令均為單周期，每條指令的執行時間最快可達200ns。 該系列單片機可以用MPLAB編程和仿真。MPLAB是廉價的PIC系列單片機開發工具。開發環境可以用MPLAB(r)IDE，仿真系統可以用MPLAB(r)ICD2000，他的程序生成器可以用MPLAB(r)C18，在線調試器可以用MPLAB(r)ICD，可以用PICSTART(r)PLUS燒寫器來燒寫這種系列的芯片。這種芯片還有一種更方便的編譯軟件PICDEM(r)MSCl圖形化用戶接口(GUI)，可以對各周邊功能模塊進行自動設定，無需編寫程序代碼即可驗證用戶電路，還可以生成匯編頭文件，有助于用戶代碼的開發。要提醒用戶注意的是一些推出較早的PIC仿真器和編程器并不支持本系列芯片。本系列芯片具有在線下載和離線下載功能。 2．2 在DC／DC中的應用例 DC／DC的作用是將一個已有的直流電壓轉換成設備需要的其他直流電壓。16C782實現的DC／DC如圖2所示。 PSMC采用了PWM脈沖模式。當場效應管被打開時，能量被儲存在電感L中。由電感的電氣特性可知，電流將線性上升直到場效應管被關閉。由于電感中的電流不能立即改變，當場效應管的狀態切換時，L中的電流繼續流過二極管并在電容C儲能。這樣就會使得Vout和Vin具有一定的關系，此電路最大可達到Vout=2Vin。DAC模塊提供了比較器的參考電壓源，數字信號來自微控制器，在參考電壓確定的情況下，R1和R2組成的模擬反饋決定了比較器另一端的輸入電壓，該電壓又決定了PSMC在PWM方式下的脈沖信號占空比；當R1上的電壓和參考電壓相同時，比較器觸發可編程開關模式控制器，通過緩沖器控制場效應管。微控制器中的定時器TIMERl可提供決定PWM周期的時鐘信號。整個電路形成一個閉環控制。從圖2可以看出，整個電路使用了很少的外圍器件，而傳統的DC／DC電路設計則比此電路復雜得多。 3 結 語 PICl6C78系列的芯片非常適合于閉環控制場合的電路設計和各種使用通用外圍模擬電路的微控制器系統設計，利用內部的模擬電路資源可以大大簡化設計。 |
