PIC16C78系列混合信号嵌入式芯片的原理和应用

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VOS200 μV或选择到DAC调节输出电压。他还可以选择为比较器模式。

1.6COMPARATOR — 比较器

PIC16C78X中集成了2个模拟比较器C1和C2，具有四通道输入选择、低输入偏置电压和2个速度设置属性。C1的参考源可选择为VDAC和VREF1(RA3)，C2可选为 VDAC和VＲＥＦ2(RA2)。比较器具有单极性和双极性两种可编程输出极性，输出到寄存器。可以对比较器单独进行中断设置，其中C2输出可同步到TIMER1时钟。

1.7PSMC — 可编程开关模式控制器

PSMC具有PWM（脉冲宽度调制）和PSM（脉冲间隔调制）两种脉冲模式（可编程的开关频率325～250 kHz）供选择。在PWM模式下，模拟反馈决定脉冲宽度。在PSM模式下，可以提供模拟反馈门控脉冲；脉冲频率是可编程的；输出可以选择单输出或互补双输出，也可选斜率补偿输出。

1.8DAC — 数模转换器

DAC具有8位分辨率，其输出可以通过编程在内部连接到比较器和ADC。当选择外部输出时VDAC在RB1输出（1 mA输出/吸收能力），他的参考源可以来自AVDD，VREF1或VR，转换时间为10 μs，转换误差（INL/DNL）小于1/2LSB。

除了上述内部资源，本系列芯片内还包括标准的TIMER0，增强的TIMER1模块，可编程低电压检测。标准的TIMER0可读写8位定时器/计数器，可选8位预分频（和WDT共享），在RA4上的可选外部时钟输入，可以进行定时器溢出中断。增强的TIMER1模块带4位预分频的16位定时器/计数器，可选择同步和异步时钟模式，外部时钟输入在RA6上的T1CK1，外部时钟控制，在RB7上的T1G，当CPU在INTRC模式下可选CPU LP振荡器，可设定定时器溢出中断。可编程低电压检测具有11个电压等级(2.5～4.5 V)，可使用中断或查询方式得到电压等级值。

2PIC16C78X的应用

2.1指令、仿真和编程下载

和其他PIC的MCU一样，该系列芯片采用精简指令系统RISC，共使用35条单字指令。除了程序分支需要两个周期外，其余的指令均为单周期，每条指令的执行时间最快可达200 ns。

该系列单片机可以用MPLAB编程和仿真。MPLAB是廉价的PIC系列单片机开发工具。开发环