基於PIC12XX的精確延時技術

1 PIC12XX的結構
    Microchip公司的單片機率先採用RISC(精簡指令集計算機)結構的高性能價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能力、在線串列編程、晶元的低價位和小體積等特點。為此,Microchip開發了高檔、中檔、低檔不同層次系列多種型號的產品,PIC12XX是一款基於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技術提供可靠保障。其內部結構如圖1所示。

1.1 外部結構特點
    該單片機共8個引腳,其中6個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LED。模擬比較器模塊帶有一個模擬比較器、片上可編程比較器參考電壓(CVREF)模塊、來自器件輸入引腳的可編程輸入復用、可外部訪問比較器輸出。Timer 0帶有8位可編程預分頻器的8位定時器/計數器;增強的Timer 1帶有預分頻器的16位定時器/計數器,外部選通輸入模式,通過兩個引腳可實現在線串列編程。
 
 
1.2 內部結構特點
    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級深度硬體堆棧,採用直接、間接和相對定址方式;可選擇內部和外部振蕩器,內部為4 MHz高精度振蕩器,其出廠時精度已校準為±1% ;能將CPU從休眠模式喚醒和進入省電休眠模式,帶低功耗上電複位(POR)、上電延時定時器(PWRT)和振蕩器起振定時器(OST)、欠壓檢測(BOD)和獨立振蕩器的看門狗定時器;可復用MCLR輸入引腳,引腳電平變化可觸發中斷,具有獨立的可編程弱上拉功能、可編程代碼保護、高耐久性的快閃記憶體/EEPROM存儲單元,快閃記憶體耐寫次數達10 次,EEPROM耐寫次數達10 次,快閃記憶體/數據EEPROM的數據保持期>40年。

1.3 Timer 1工作特點
    Timer 1模塊是由兩個可讀寫的8位寄存器(TMR1H和TMR1L)組成的16位定時器/計數器。TMR1寄存器對(TMR1H、TMR1L)從0000h遞增到FFFFh后,計滿回零到0000h。如果允許Timer 1中斷,則溢出時會產生Timer 1中斷。該中斷可通過置位/清零TMR1IE位來允許/禁止。Timer 1有3種工作模式:同步定時器模式、同步計數器模式、非同步計數器模式。其模式由時鐘選擇位TMR1CS(T1CON<l>)和同步控制位T1SYNC決定,如圖3所示。
 
    在定時器模式下,Timer 1在每個指令周期遞增。而在計數器模式下,Timer 1在T1CKI引腳上外部時鐘的每個上升沿遞增。Timer 1可以通過TMR1ON(T1CON<0>)控制位來打開和關閉。Timer 1還有一個內部“複位輸入”,可由一個CCP模塊產生。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,T1OSI和T1OSO引腳設定為輸入引腳。也就是說,其相應的TRIS值被忽略。

2 精確延時技術
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% ,則時鐘周期為0.25 us,單指令運行時間為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行精確延時。為此需要採用高精度的外部時鐘信號,又由於Timer 1為16位,計滿次數為2 次,為便於計算採用頻率為32768Hz,即2¹⁵Hz,精度為5×10^-6,以此作為時鐘,計滿Timer 1為2 s,如果用該晶振作為時鐘,半年的最大誤差不會超過1 min。圖4為外接晶振信號發生電路原理圖。
    由於PIC12XX指令運行是按內部晶振進行的,為提高單片的延時精度,採用外接晶振信號作為時鐘信號,利用單片機的Timer 1進行中斷延時,即可實現高精度的任意時間延時。
 
2.2 延時方法
    經過理論分析,採用圖5所示的基本電路進行精確延時。由於採用的是32786 Hz時鐘,Timer 1為16位,因此採用中斷延時,當Timer 1初值置為0000H時,中斷一次延時時間為2 s;當Timer 1初值置為8000H時,中斷一次延時時間為1 s。對於大於或等於2 s的長延時,採用Timer1置0000H初值;對於大於1 s的長延時,採用Timer1置8000H初值;對於小於1 s的短延時,採用Timer 1置預算初值,中斷一次完成所有短延時,這樣可大大提高延時的精度。
 
2.3 延時關鍵子程序
    由於精確延時採用的是外部晶振,則Timer 1接外部晶振的初始化程序採用如下精簡程序:
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
根據延時方法分析,中斷置初值採用如下程序:
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,通過預置初值,加上程序的其他結構。就可以實現PIC的精確延時。

3 結束語
    鑒於PIC12XX單片機的功能特點和優點,採用外接晶振和Timer 1中斷技術,可實現較精確的任意延時。另外。Microchip公司的PIC系列單片機具有實用、低價、易學、省電、高速和體積小等特點,還具有低功耗睡眠、掉電複位鎖定、上電複位電路、看門狗電路等功能,而且外圍器件少、佔用空間小、成本低,保密技術也十分可靠,可最大限度地保護開發者的利益。因此,在工業控制、儀器儀錶、計算機、家電等諸多領域具有極其廣泛的應用前景。