基于PIC12XX的精確延時(shí)技術(shù)

1 PIC12XX的結構

Microchip公司的單片機率先采用RISC(精簡(jiǎn)指令集計算機)結構的高性能價(jià)格比的嵌入式控制器。

該PIC單片機具有高速度、低工作電壓、低功耗、較大的輸入輸出直接驅動(dòng)能力、在線(xiàn)串行編程、芯片的低價(jià)位和小體積等特點(diǎn)。為此,Microchip開(kāi)發(fā)了高檔、中檔、低檔不同層次系列多種型號的產(chǎn)品,PIC12XX是一款基于EEPROM的8位微控制器的中檔PIC單片機,具有高性能的RISC CPU、特殊單片機功能、低功耗功能、增強型Timer 1外設功能,為單片機的精確延時(shí)技術(shù)提供可靠保障。其內部結構如圖1所示。

1.1 外部結構特點(diǎn)

該單片機共8個(gè)引腳,其中6個(gè)引腳具有獨立方向控制功能的I/O引腳,其引腳結構如圖2所示。

其引腳具有高灌/拉電流能力,可直接驅動(dòng)LED。模擬比較器模塊帶有一個(gè)模擬比較器、片上可編程比較器參考電壓(CVREF)模塊、來(lái)自器件輸入引腳的可編程輸入復用、可外部訪(fǎng)問(wèn)比較器輸出。Timer 0帶有8位可編程預分頻器的8位定時(shí)器/計數器;增強的Timer 1帶有預分頻器的16位定時(shí)器/計數器,外部選通輸入模式,通過(guò)兩個(gè)引腳可實(shí)現在線(xiàn)串行編程。

1.2 內部結構特點(diǎn)

高性能的RISC-CPU僅35條指令,除跳轉指令外,所有指令都是單周期,其時(shí)鐘頻率為DC-20 MHz,指令周期為0-200 ns;有較強的中斷功能,8級深度硬件堆棧,采用直接、間接和相對尋址方式;可選擇內部和外部振蕩器,內部為4 MHz高精度振蕩器,其出廠(chǎng)時(shí)精度已校準為±1% ;能將CPU從休眠模式喚醒和進(jìn)入省電休眠模式,帶低功耗上電復位(POR)、上電延時(shí)定時(shí)器(PWRT)和振蕩器起振定時(shí)器(OST)、欠壓檢測(BOD)和獨立振蕩器的看門(mén)狗定時(shí)器;可復用MCLR輸入引腳,引腳電平變化可觸發(fā)中斷,具有獨立的可編程弱上拉功能、可編程代碼保護、高耐久性的閃存/EEPROM存儲單元,閃存耐寫(xiě)次數達10 次,EEPROM耐寫(xiě)次數達10 次,閃存/數據EEPROM的數據保持期>40年。

1.3 Timer 1工作特點(diǎn)

Timer 1模塊是由兩個(gè)可讀寫(xiě)的8位寄存器(TMR1H和TMR1L)組成的16位定時(shí)器/計數器。TMR1寄存器對(TMR1H、TMR1L)從0000h遞增到FFFFh后,計滿(mǎn)回零到0000h。如果允許Timer 1中斷,則溢出時(shí)會(huì )產(chǎn)生Timer 1中斷。該中斷可通過(guò)置位/清零TMR1IE位來(lái)允許/禁止。Timer 1有3種工作模式:同步定時(shí)器模式、同步計數器模式、異步計數器模式。其模式由時(shí)鐘選擇位TMR1CS(T1CONl>)和同步控制位T1SYNC決定,如圖3所示。

在定時(shí)器模式下,Timer 1在每個(gè)指令周期遞增。而在計數器模式下,Timer 1在T1CKI引腳上外部時(shí)鐘的每個(gè)上升沿遞增。Timer 1可以通過(guò)TMR1ON(T1CON0>)控制位來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉。Timer 1還有一個(gè)內部“復位輸入”,可由一個(gè)CCP模塊產(chǎn)生。Timer 1可以外接晶體振蕩器,當Timer 1的振蕩器被使能(T1OSCEN位置1)時(shí),T1OSI和T1OSO引腳設定為輸入引腳。也就是說(shuō),其相應的TRIS值被忽略。

2 精確延時(shí)技術(shù)

2.1 理論分析

PIC12XX單片機內置晶振的頻率為4 MHz,其精度為±1% ,則時(shí)鐘周期為0.25 us,單指令運行時(shí)間為1 us,其誤差均為1%us,導致較大的累積誤差,故不能直接利用其內部晶振進(jìn)行精確延時(shí)。為此需要采用高精度的外部時(shí)鐘信號,又由于Timer 1為16位,計滿(mǎn)次數為2 次,為便于計算采用頻率為32768Hz,即215Hz,精度為5×10-6,以此作為時(shí)鐘,計滿(mǎn)Timer 1為2 s,如果用該晶振作為時(shí)鐘,半年的最大誤差不會(huì )超過(guò)1 min。圖4為外接晶振信號發(fā)生電路原理圖。

由于PIC12XX指令運行是按內部晶振進(jìn)行的,為提高單片的延時(shí)精度,采用外接晶振信號作為時(shí)鐘信號,利用單片機的Timer 1進(jìn)行中斷延時(shí),即可實(shí)現高精度的任意時(shí)間延時(shí)。

2.2 延時(shí)方法

經(jīng)過(guò)理論分析,采用圖5所示的基本電路進(jìn)行精確延時(shí)。由于采用的是32786 Hz時(shí)鐘,Timer 1為16位,因此采用中斷延時(shí),當Timer 1初值置為0000H時(shí),中斷一次延時(shí)時(shí)間為2 s;當Timer 1初值置為8000H時(shí),中斷一次延時(shí)時(shí)間為1 s。對于大于或等于2 s的長(cháng)延時(shí),采用Timer1置0000H初值;對于大于1 s的長(cháng)延時(shí),采用Timer1置8000H初值;對于小于1 s的短延時(shí),采用Timer 1置預算初值,中斷一次完成所有短延時(shí),這樣可大大提高延時(shí)的精度。

2.3 延時(shí)關(guān)鍵子程序

由于精確延時(shí)采用的是外部晶振,則Timer 1接外部晶振的初始化程序采用如下精簡(jiǎn)程序:
CLRF T1 CON ;Stop Timer1,Internal Clock Source
;T1 oscillator disabled,prescaler = 1:1
CLRF TMR1H ;Clear Timer1 High byte register
CLRF TMR1L ;Clear Timer1 Low byte register
CLRF INTCON ;Disable interrupts
BSF STATUS,RP0 ;Bank1
CLRF PIE1;Disable peripheral interrupts
BCF STATUS,RP0 ;BankO
CLRF PIR1;Clear pe ripheral interrupts Flags
MOVLW 0x32 ;External Clock source with 1:8 prescaler
MOVWF T1CON ;Clock source is synchronized to device
;Timerl is stopped and T1 OSC is disabled
BSF T1CON,TMR1ON ;Timerl starts to increment
;The Timerl interrupt is disabled,do poling on the overflow bit
T1_OVFL_WAIT
BTFSS PIR1,TMR1IF
GOTO T1_OVFL_WAIT
;Timer has overflowed
BCF PIR1,TMR1IF

根據延時(shí)方法分析,中斷置初值采用如下程序:
load_initial_s
bcf T1CON,TMR1ON
CLRF TMR1H; Clear Low byte,Ensures no rolover into
TMR1H,Value to load into TMR1H
MOVLW 0X80 ;Value to load into TMR1H,Write High byte
MOVWF TMR1H ;
MOVLW 0X00 ;Value to load into TMR1L,Write Low byte
ADDWF TMR1L;one second intrupt one time run 262162 Tcy,i.e.0.262162s。soset tmr1
BSF T1CON,TMR1ON

load_initial_ms
bcf T1CON,TMR1ON
CLRF TMR1L;Clear Low byte,Ensures no rolover into
TMR1H,Value to load into TMR1H
MOVLW 0Xxx;the value is preparative worked out
MOVWF TMR1H;
MOVLW 0Xxx ;the value is preparative worked out
MOVWF TMR1L;
BSF T1CON,TMR1ON

程序初始化后,通過(guò)預置初值,加上程序的其他結構。就可以實(shí)現PIC的精確延時(shí)。

3 結束語(yǔ)

鑒于PIC12XX單片機的功能特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn),采用外接晶振和Timer 1中斷技術(shù),可實(shí)現較精確的任意延時(shí)。另外。Microchip公司的PIC系列單片機具有實(shí)用、低價(jià)、易學(xué)、省電、高速和體積小等特點(diǎn),還具有低功耗睡眠、掉電復位鎖定、上電復位電路、看門(mén)狗電路等功能,而且外圍器件少、占用空間小、成本低,保密技術(shù)也十分可靠,可最大限度地保護開(kāi)發(fā)者的利益。因此,在工業(yè)控制、儀器儀表、計算機、家電等諸多領(lǐng)域具有極其廣泛的應用前景。