PIC16LF874單片機在電容測量模塊中的應用

電容式傳感器已廣泛應用于工業(yè)、醫學(xué)、軍事等領(lǐng)城。但目前大部分電容測量方法集成化水平低、精度低，因而對電容特別是對微小電容的精確測量始終是一個(gè)很重要的內容。振蕩法電路結構簡(jiǎn)單、抗干擾能力差，板間內電容影響測量結果;電橋法利用電橋平衡原理測量電容，測量結果受橋臂電容性能影響較大。本文用到美國Micmchip公司PICl6LF874單片機，該單片機采用RISC精簡(jiǎn)指令集、哈佛總線(xiàn)結構、流水線(xiàn)指令方式，具有抗干擾能力強、功耗低、高性能、價(jià)格低等特性。

1 PIC16LF874單片機

PIC16系列單片機采用精簡(jiǎn)指令集(Reduced InSTructiON Set Computer，RISC)結構，突破了傳統單片機對PC機在結構上存在的自然依賴(lài)性;加上哈佛總線(xiàn)的存儲器結構、兩級流水線(xiàn)指令結構、單周期指令等技術(shù)，從而在單片機硬件結構上獨辟蹊徑，大大提高了系統運行的效率。除此之外，針對單片機機應用的特點(diǎn)，從功耗、驅動(dòng)能力、外圍模塊設計等方面，PIC單片機也有一些獨到之處，從而使得PIC成為一款方便實(shí)用的高性?xún)r(jià)比的單片機。

PIC16LF874系列單片機包括一系列不同型號的器件。主要特點(diǎn)有：

1)精簡(jiǎn)指令集技術(shù) PIC指令系統是專(zhuān)門(mén)根據小型機特點(diǎn)設計的，力求每一條指令達到更高的效率，減少指令功能的重復。高中低檔的門(mén)PIC單片機指令數分別為58條、35條和 33條。這就帶來(lái)了兩方面的好處，一方面可以使代碼的利用率大大提高，有利于提高執行速度。另一方面給用戶(hù)學(xué)習、記憶和應用帶來(lái)了極大的好處，編程和調試相對就更加容易，而且同樣的功能所需的編碼減少，節約了開(kāi)發(fā)時(shí)間。

2)哈佛(Harvard)總線(xiàn)結構 哈佛結構是程序存儲器和數據存儲器獨立編址，即兩者位于不同的物理空間。PIC系列單片機不僅采用哈佛體系結構，而且采用哈佛總線(xiàn)結構，從而充分發(fā)揮了哈佛結構的潛在優(yōu)勢。大大提升了系統的運行效率和數據可靠性。

3)單字節指令 單字節指令對單片機系統是革新性的變化。高中低檔的PIC單片機的指令位數分別為16位、14位、12位。ROM和RAM的尋址相對獨立，所有的指令實(shí)現了單字節化，不僅使數據的存取更加安全，其運行速度也得到了顯著(zhù)的提高。

4)兩級流水線(xiàn)指令結構 由于采用了哈佛總線(xiàn)結構，在器件內部將數據總線(xiàn)和指令總線(xiàn)分離，并且采用了不同的總線(xiàn)寬度。當一條指令被執行時(shí)，下一條指令同時(shí)被取出，使得在每個(gè)時(shí)鐘周期可以獲得更高的效率。

5)寄存器組結構 PIC的所有寄存器，包括I/O端口、定時(shí)器和程序計數器等都采用RAM結構形式，并且只需要一個(gè)指令周期就可以完成訪(fǎng)問(wèn)和操作。

6)一次性可編程(OTP)技術(shù) OTP可以實(shí)現產(chǎn)品上市零等待(Zero time to market)，并且可以根據用戶(hù)定制，滿(mǎn)足特定需要。產(chǎn)品定制可以顯著(zhù)提高產(chǎn)品的生命周期，增強產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力。

7)功耗低 供電電壓為2.0～5.5V，當使用4 MHz晶振，供電電壓為3V時(shí)，耗電電流典型值不超過(guò)6 mA：當用32 kHz晶振，供電電壓力3 V時(shí)，耗電電流典型值為20 mA，睡眠模式耗電電流更是低于lμA。

8)品種齊全、方便選擇 PIC系列單片機目前已形成具有高、中、低3檔共50多種型號的龐大家族，功能靈活多樣，能適應多種應用場(chǎng)合的不同需要。

2 電容測量模塊工作原理

電容測量模塊總體設計原理框圖如圖l所示，包括電源管理電路、PICl6LF874單片機、電容式傳感器、信號調理電路、PS021電容數字轉化器以及與計算機連接的接口電路。

圖1 電容測量模塊原理圖

電容測量模塊工作原理為：電容式傳感器輸出微弱的電容信號，電容信號通過(guò)信號調理電路。進(jìn)入PS02l型電容數字轉換器，該器件的測量電容測量范嗣從0到幾十nF(無(wú)限制)，經(jīng)過(guò)器件內部轉換，通過(guò)對PS02l內部寄存器的設置，得到需要的值;通過(guò)SPI把數據傳送到PICl6LF-874單片機，測得的數據再通過(guò)單片機異步串行通信接口USART送到上位機(計算機)，最后由上位機應用程序來(lái)顯示測量結果以及保存測試數據。