可配置模拟单片机PIC16C781/782的特点及应用

摘  要：介绍了美国Microchip公司新近推出的可配置模拟单片机PIC16C781/782，着重介绍了各个模拟单元的特点，并给出了一个应用实例。

关键词：单片机；摸数转换；数模转换；PWM

中图分类号：TP36    文献标识码：B    文章编号：

Feature and Application of Single-Chip Microcomputer PIC16C781/782

Abstract:  The single chip microcomputer—PIC16C781/782 is introduced. The features of the analog units are described in detail. An application example is also given.

Key words: single chip microcomputer；ADC；DAC；PWM.

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xxx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﹑经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公司推出的两款八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 引脚及特点

PIC16C78X是20脚双列直插式大规模集成电路，其引脚如图１所示，引脚功能请查有关资料，此处不再赘述。PIC16C78X是PIC系列单片机家族的一员，它身上也集中了PIC系列单片机的许多亮点[1]，其主要特点如下：

       RA0/AN0/OPA+        1              20         RB3/AN7/OPA

       RA1/AN1/OPA-        2              19         RB2/AN6

RA4/T0CK1        3              18         RA7/OSC1/CLKIN

RA5/MCLR/Vpp         4   PIC16C781  17         RA6/OSC2/CLKOUT/T1CK1

Vss          5   PIC16C782  16         VDD

Avss         6              15         AVDD

RA2/AN2/Vref2        7              14         RB7/C2/PSMC1B/T1G

RA3/AN3/Vref1        8              13         RB6/C1/PSMC1A

RB0/INT/AN4/VR         9              12         RB5

RB1/AN5/VDAC         10             11         RB4

                      图1  PIC16C78X引脚图

·高性能RISC CPU；

·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；

·八级深度的硬件堆栈；

·有中断能力（八个内部／外部中断源）；

·有16个输入／输出脚；

·一个八位定时计数器TIMER0，带八位预分频器；

·增强型十六位定时计数器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PSM两种工作方式；

·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。

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一种预警，以便在单片机xx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提供了一个在片固定的参考电压，其值为3.072V，可用于ADC，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是一个逐次逼近式八位八通道ADC，其模拟参考电压ADCREF可以用软件编程，且有四种选择：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三个，即ADC结果寄存器ADRES，两个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可以将八位DAC数据寄存器中的数据转换为一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。控制数摸转换模块的特殊功能寄存器有两个，即数摸转换控制寄存器DACON0，数摸转换数据寄存器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两个，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，四端输入可选，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还有一个第二控制寄存器CM2CON1, 该专用寄存器用于与T1的同步控制和对两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)两种工作方式。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三种方式，单路输出，单路输出加一个斜坡补偿输出，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实际上是一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{zd0}的可编程占空周期来终止，从而在输出端得到一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，{zd0}占空周期可调，最小占空周期可调至０％。

在PSM方式中，PSMC工作于一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。在发一个脉冲之前，先对模拟反馈进行采样，若比较器输出为高，发出一个脉冲并保持有效，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等待下一个脉冲。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模块由两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，图中有两个反馈环路，一个内部电流环和一个外部电压环。内部

电流环又分成两个通道，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，在两个输出脉冲各自的有效期间，电流流过输出电感并对电容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，电感通过二极管向

                                    图2   开关电源控制器原理框图

电容放电。外部电压环通过R 1/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。

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系列有八位ADC模块和PWM模块等，但新近推出的这一款模拟单片机PIC16C78X并不是它们的叠加，而是在它们基础上的创新。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，这两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。

参考文件

[1].王有绪,许杰,李拉成。PIC系列单片机接口技术及应用系统设计.北京航空航天大学出版社