在對嵌入式系統(tǒng)的體積,、耗電,、集成度等指標(biāo)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(yùn)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(yīng)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(yùn)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(yīng)用實(shí)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(jī)所有的功能外，他還具有RESET和監(jiān)視功能,。RESET又包括主復(fù)位和掉電復(fù)位,。其中主復(fù)位又包括內(nèi)部和外部(RA5)復(fù)位；掉電復(fù)位有4個電壓設(shè)置點(diǎn),。監(jiān)視功能包括看門狗定時器和EPROM代碼保護(hù),。
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(wù),。本模塊即使在SLEEP模式下也可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。
1．4 OSCILLATOR一 振蕩器
可以使用標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)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(zhǔn)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?？梢詫Ρ容^器單獨(dú)進(jìn)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(bǔ)雙輸出,，也可選斜率補(bǔ)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)的TIMER0,，增強(qiáng)的TIMERl模塊，可編程低電壓檢測。標(biāo)準(zhǔn)的TIMER0可讀寫8位定時器／計數(shù)器,，可選8位預(yù)分頻(和WDT共享),，在RA4上的可選外部時鐘輸入，可以進(jìn)行定時器溢出中斷,。增強(qiáng)的 TIMERl模塊帶4位預(yù)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(dāng)CPU在INTRC模式下可選CPU LP振蕩器,，可設(shè)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(yīng)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(dá)200ns。
該系列單片機(jī)可以用MPLAB編程和仿真,。MPLAB是廉價的PIC系列單片機(jī)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(jìn)行自動設(shè)定，無需編寫程序代碼即可驗(yàn)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(yīng)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(shí)現(xiàn)的DC／DC如圖2所示,。
PSMC采用了PWM脈沖模式,。當(dāng)場效應(yīng)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(yīng)管被關(guān)閉,。由于電感中的電流不能立即改變，當(dāng)場效應(yīng)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(dá)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(dāng)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(yīng)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(fù)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,。