基于PIC12XX的精确延时技术

  1 PIC12XX的结构

       Microchip公司的单片机率先采用RISC(精简指令集计算机)结构的高性能价格比的嵌入式控制器。

       该PIC单片机具有高速度、低工作电压、低功耗、较大的输入输出直接驱动能力、在线串行编程、芯片的低价位和小体积等特点。为此,Microchip开发了高档、中档、低档不同层次系列多种型号的产品,PIC12XX是一款基于EEPROM的8位微控制器的中档PIC单片机,具有高性能的RISC CPU、特殊单片机功能、低功耗功能、增强型Timer 1外设功能,为单片机的精确延时技术提供可靠保障。其内部结构如图1所示。

       1.1 外部结构特点

       该单片机共8个引脚,其中6个引脚具有独立方向控制功能的I/O引脚,其引脚结构如图2所示。

       其引脚具有高灌/拉电流能力,可直接驱动LED。模拟比较器模块带有一个模拟比较器、片上可编程比较器参考电压(CVREF)模块、来自器件输入引脚的可编程输入复用、可外部访问比较器输出。Timer 0带有8位可编程预分频器的8位定时器/计数器;增强的Timer 1带有预分频器的16位定时器/计数器,外部选通输入模式,通过两个引脚可实现在线串行编程。

  1.2 内部结构特点

       高性能的RISC-CPU仅35条指令,除跳转指令外,所有指令都是单周期,其时钟频率为DC-20 MHz,指令周期为0-200 ns;有较强的中断功能,8级深度硬件堆栈,采用直接、间接和相对寻址方式;可选择内部和外部振荡器,内部为4 MHz高精度振荡器,其出厂时精度已校准为±1% ;能将CPU从休眠模式唤醒和进入省电休眠模式,带低功耗上电复位(POR)、上电延时定时器(PWRT)和振荡器起振定时器(OST)、欠压检测(BOD)和独立振荡器的看门狗定时器;可复用MCLR输入引脚,引脚电平变化可触发中断,具有独立的可编程弱上拉功能、可编程代码保护、高耐久性的闪存/EEPROM存储单元,闪存耐写次数达10 次,EEPROM耐写次数达10 次,闪存/数据EEPROM的数据保持期>40年。

       1.3 Timer 1工作特点

        Timer 1模块是由两个可读写的8位寄存器(TMR1H和TMR1L)组成的16位定时器/计数器。TMR1寄存器对(TMR1H、TMR1L)从0000h递增到FFFFh后,计满回零到0000h。如果允许Timer 1中断,则溢出时会产生Timer 1中断。该中断可通过置位/清零TMR1IE位来允许/禁止。Timer 1有3种工作模式:同步定时器模式、同步计数器模式、异步计数器模式。其模式由时钟选择位TMR1CS(T1CON)和同步控制位T1SYNC决定,如图3所示。

在定时器模式下,Timer 1在每个指令周期递增。而在计数器模式下,Timer 1在T1CKI引脚上外部时钟的每个上升沿递增。Timer 1可以通过TMR1ON(T1CON<0>)控制位来打开和关闭。Timer 1还有一个内部“复位输入”,可由一个CCP模块产生。Timer 1可以外接晶体振荡器,当Timer 1的振荡器被使能(T1OSCEN位置1)时,T1OSI和T1OSO引脚设定为输入引脚。也就是说,其相应的TRIS值被忽略。

       2 精确延时技术

       2.1 理论分析

       PIC12XX单片机内置晶振的频率为4 MHz,其精度为±1% ,则时钟周期为0.25 us,单指令运行时间为1 us,其误差均为1%us,导致较大的累积误差,故不能直接利用其内部晶振进行精确延时。为此需要采用高精度的外部时钟信号,又由于Timer 1为16位,计满次数为2 次,为便于计算采用频率为32768Hz,即215Hz,精度为5×10-6,以此作为时钟,计满Timer 1为2 s,如果用该晶振作为时钟,半年的最大误差不会超过1 min。图4为外接晶振信号发生电路原理图。

       由于PIC12XX指令运行是按内部晶振进行的,为提高单片的延时精度,采用外接晶振信号作为时钟信号,利用单片机的Timer 1进行中断延时,即可实现高精度的任意时间延时。

2.2 延时方法

       经过理论分析,采用图5所示的基本电路进行精确延时。由于采用的是32786 Hz时钟,Timer 1为16位,因此采用中断延时,当Timer 1初值置为0000H时,中断一次延时时间为2 s;当Timer 1初值置为8000H时,中断一次延时时间为1 s。对于大于或等于2 s的长延时,采用Timer1置0000H初值;对于大于1 s的长延时,采用Timer1置8000H初值;对于小于1 s的短延时,采用Timer 1置预算初值,中断一次完成所有短延时,这样可大大提高延时的精度。

2.3 延时关键子程序

       由于精确延时采用的是外部晶振,则Timer 1接外部晶振的初始化程序采用如下精简程序:

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

       根据延时方法分析,中断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,通过预置初值,加上程序的其他结构。就可以实现PIC的精确延时。

       3 结束语

       鉴于PIC12XX单片机的功能特点和优点,采用外接晶振和Timer 1中断技术,可实现较精确的任意延时。另外。Microchip公司的PIC系列单片机具有实用、低价、易学、省电、高速和体积小等特点,还具有低功耗睡眠、掉电复位锁定、上电复位电路、看门狗电路等功能,而且外围器件少、占用空间小、成本低,保密技术也十分可靠,可最大限度地保护开发者的利益。因此,在工业控制、仪器仪表、计算机、家电等诸多领域具有极其广泛的应用前景。