在對嵌入式系統(tǒng)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(jīng)越來越難以處理外圍的其他模擬電路。據(jù)此，相繼有一些MCU制造商推出了混合了模擬電路的MCU，為設(shè)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(guān)模式控制器 (PSMC)、比較器和精密參考電壓于20腳的芯片內(nèi)。同時具有用戶可編程的低電壓檢測、內(nèi)部振蕩器、節(jié)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(huán)控制的場合。例如在電源開關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計中，PSMC可以作開關(guān)的切換控制，DAC作電壓指示，ADC、運放和比較器則用作系統(tǒng)監(jiān)測和穩(wěn)定性和動態(tài)特性的控制。
本文對PICl6C78系列電路的內(nèi)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(nèi)部結(jié)構(gòu)
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(nèi)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jiān)視功能。RESET又包括主復位和掉電復位。其中主復位又包括內(nèi)部和外部(RA5)復位；掉電復位有4個電壓設(shè)置點。監(jiān)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(nèi)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(shù)轉(zhuǎn)換器
ADC具有8位分辨率，8個外部輸入通道(AN7：0)，2個內(nèi)部輸入通道(來自VR和數(shù)模輸出電壓VDAC)，參考電壓可以來自片腳AVDD，V，VR或VDAC。轉(zhuǎn)換完成后自動觸發(fā)中斷服務。本模塊即使在SLEEP模式下也可實現(xiàn)轉(zhuǎn)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(nèi)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(diào)節(jié)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(shè)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(shè)置，其中C2輸出可同步到TIMERl時鐘。
1．7 PSMC一 可編程開關(guān)模式控制器
PSMC具有PWM(脈沖寬度調(diào)制)和PSM(脈沖間隔調(diào)制)兩種脈沖模式(可編程的開關(guān)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(shù)模轉(zhuǎn)換器
DAC具有8位分辨率，其輸出可以通過編程在內(nèi)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(zhuǎn)換時間為10μs，轉(zhuǎn)換誤差(INL／DNL)小于1／2LSB。
除了上述內(nèi)部資源，本系列芯片內(nèi)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(shù)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(shù)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(shè)定定時器溢出中斷?？删幊痰碗妷簷z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(tǒng)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(zhí)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(fā)工具。開發(fā)環(huán)境可以用MPLAB(r)IDE，仿真系統(tǒng)可以用MPLAB(r)ICD2000，他的程序生成器可以用MPLAB(r)C18，在線調(diào)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(shè)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(fā)。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(zhuǎn)換成設(shè)備需要的其他直流電壓。16C782實現(xiàn)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(guān)閉。由于電感中的電流不能立即改變，當場效應管的狀態(tài)切換時，L中的電流繼續(xù)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(guān)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(shù)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(fā)可編程開關(guān)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(huán)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(tǒng)的DC／DC電路設(shè)計則比此電路復雜得多。
3 結(jié) 語
PICl6C78系列的芯片非常適合于閉環(huán)控制場合的電路設(shè)計和各種使用通用外圍模擬電路的微控制器系統(tǒng)設(shè)計，利用內(nèi)部的模擬電路資源可以大大簡化設(shè)計。
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