PIC16C78系列混合信号嵌入式芯片的原理和应用

liyf · 发表于 2012-1-27 19:44:10

摘  要：微芯（Microchip）公司的PIC16C78X系列8位混合式MCU芯片内集成了运放，AD，DA，比较器等模拟电路，很适合闭环控制的全过程。介绍了该电路的结构，并以DC/DC实现为例介绍了其应用。
关键词：PIC；MCU；混合信号处理器；DC/DC
   在对嵌入式系统的体积、耗电、集成度等指标要求越来越高的今天，仅仅有带AD变换电路的MCU已经越来越难以处理外围的其他模拟电路。据此，相继有一些MCU制造商推出了混合了模拟电路的MCU，为设计者提供了新的选择。微芯（Microchip）公司的PIC16C78X系列即为其中的一种8位MCU，该电路集成了通用运算放大器、8位DAC变换器、8位ADC变换器、可编程开关模式控制器（PSMC）、比较器和精密参考电压于20脚的芯片内。同时具有用户可编程的低电压检测、内部振荡器、节电睡眠模式和在线编程的功能。
  集成了上述模拟电路的混合式芯片具有广泛的应用，特别适合需要作闭环控制的场合。例如在电源开关控制系统的设计中，PSMC可以作开关的切换控制，DAC作电压指示，ADC、运放和比较器则用作系统监测和稳定性和动态特性的控制。
  本文对PIC16C78系列电路的内部模拟电路资源和所用的指令等做一介绍，同时给出典型的应用实例。
1PIC16C78系列芯片的内部结构
  PIC16C78系列芯片有781和782两种。两者均有128 b的用户RAM，最高可在20 MHz振荡频率下工作，有16个I/O口，4 MHz内部振荡器，1个16位定时器和1个8位定时器/看门狗定时器。所不同的是16C781有1024×14位的OTP程序存储器，而16C782有2048×14位。图1为781和782的内部结构和引脚定义，两者均有PDIP，SOIC和SSOP等多种封装形式，并有OTP和MTP编程芯片供选择。


1.1MicroController — 微控制器
  他是一个8位的控制器。除了有通常PIC系列单片机所有的功能外，他还具有RESET和监视功能。RESET又包括主复位和掉电复位。其中主复位又包括内部和外部（RA5）复位；掉电复位有4个电压设置点。监视功能包括看门狗定时器和EPROM代码保护。
1.2Votage Refference — 参考电压 (VR)
  在25 ℃，5 V条件下，他可以精确到3.072 V±0.7%，内部连接到ADC和DAC。也可在引脚RB0输出(具有5 mV拉电流/灌电流能力)。
1.3ADC — 模数转换器
  ADC具有8位分辨率，8个外部输入通道(AN7:0)，2个内部输入通道(来自VR和数模输出电压VDAC)，参考电压可以来自片脚AVDD，V，VR或VDAC。转换完成后自动触发中断服务。本模块即使在SLEEP模式下也可实现转换。
1.4OSCILLATOR — 振荡器
  可以使用标准的LP，XT，HS和RC振荡器，其中内部INtrC振荡器可以选择4 MHz或37 kHz两种频率中的一种。
1.5PAMP — 运算放大器
  此模块的漏电流输入仅为50 nA，有3 MHz和30 kHz两种增益带宽乘积供选择，偏置电压校准有两种模式VOSout和Vin具有一定的关系，此电路最大可达到Vout=2Vin。DAC模块提供了比较器的参考电压源，数字信号来自微控制器，在参考电压确定的情况下，R1和R2组成的模拟反馈决定了比较器另一端的输入电压，该电压又决定了PSMC在PWM方式下的脉冲信号占空比；当R1上的电压和参考电压相同时，比较器触发可编程开关模式控制器，通过缓冲器控制场效应管。微控制器中的定时器TIMER1可提供决定PWM周期的时钟信号。整个电路形成一个闭环控制。从图2可以看出，整个电路使用了很少的外围器件，而传统的DC/DC电路设计则比此电路复杂得多。
3结语
  PIC16C78系列的芯片非常适合于闭环控制场合的电路设计和各种使用通用外围模拟电路的微控制器系统设计，利用内部的模拟电路资源可以大大简化设计。
参考文献
［1］PIC16C781/782 data sheet［M］. Microchip Technology Inc， 2001
［2］宋家友集成电子线路设计手册［Ｍ］.福建：福建科技出版社，2002

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