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基于PlCl6LF874單片機(jī)的電容測試電路方案設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2012-01-17 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文用到美國 Micmchip公司PICl6LF874,該采用RISC精簡指令集、哈佛總線結(jié)構(gòu)、流水線指令方式,具有抗干擾能力強(qiáng)、功耗低、高性能、價(jià)格低等特性。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/172235.htm

  1 PICl6LF874

  PICl6系列單片機(jī)采用精簡指令集(Reduced InstrucTIon Set Computer,RISC)結(jié)構(gòu),突破了傳統(tǒng)單片機(jī)對(duì)PC機(jī)在結(jié)構(gòu)上存在的自然依賴性;加上哈佛總線的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、兩級(jí)流水線指令結(jié)構(gòu)、單周期指令等技術(shù),從而在單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)上獨(dú)辟蹊徑,大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的效率。除此之外,針對(duì)單片機(jī)機(jī)應(yīng)用的特點(diǎn),從功耗、驅(qū)動(dòng)能力、外圍模塊設(shè)計(jì)等方面,PIC單片機(jī)也有一些獨(dú)到之處,從而使得PIC成為一款方便實(shí)用的高性價(jià)比的單片機(jī)。

  PICl6LF874系列單片機(jī)包括一系列不同型號(hào)的器件。主要特點(diǎn)有:

  1)精簡指令集技術(shù) PIC指令系統(tǒng)是專門根據(jù)小型機(jī)特點(diǎn)設(shè)計(jì)的,力求每一條指令達(dá)到更高的效率,減少指令功能的重復(fù)。高中低檔的門PIC單片機(jī)指令數(shù)分別為58條、35條和 33條。這就帶來了兩方面的好處,一方面可以使代碼的利用率大大提高,有利于提高執(zhí)行速度。另一方面給用戶學(xué)習(xí)、記憶和應(yīng)用帶來了極大的好處,編程和調(diào)試相對(duì)就更加容易,而且同樣的功能所需的編碼減少,節(jié)約了開發(fā)時(shí)間。

  2)哈佛(Harvard)總線結(jié)構(gòu) 哈佛結(jié)構(gòu)是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址,即兩者位于不同的物理空間。PIC系列單片機(jī)不僅采用哈佛體系結(jié)構(gòu),而且采用哈佛總線結(jié)構(gòu),從而充分發(fā)揮了哈佛結(jié)構(gòu)的潛在優(yōu)勢。大大提升了系統(tǒng)的運(yùn)行效率和數(shù)據(jù)可靠性。

  3)單字節(jié)指令 單字節(jié)指令對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)是革新性的變化。高中低檔的PIC單片機(jī)的指令位數(shù)分別為16位、14位、12位。ROM和RAM的尋址相對(duì)獨(dú)立,所有的指令實(shí)現(xiàn)了單字節(jié)化,不僅使數(shù)據(jù)的存取更加安全,其運(yùn)行速度也得到了顯著的提高。

  4)兩級(jí)流水線指令結(jié)構(gòu) 由于采用了哈佛總線結(jié)構(gòu),在器件內(nèi)部將數(shù)據(jù)總線和指令總線分離,并且采用了不同的總線寬度。當(dāng)一條指令被執(zhí)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(jié)構(gòu) PIC的所有寄存器,包括I/O端口、定時(shí)器和程序計(jì)數(shù)器等都采用RAM結(jié)構(gòu)形式,并且只需要一個(gè)指令周期就可以完成訪問和操作。

  6)一次性可編程(OTP)技術(shù) OTP可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品上市零等待(Zero time to market),并且可以根據(jù)用戶定制,滿足特定需要。產(chǎn)品定制可以顯著提高產(chǎn)品的生命周期,增強(qiáng)產(chǎn)品的市場競爭力。

  7)功耗低 供電電壓為2.0~5.5V,當(dāng)使用4 MHz晶振,供電電壓為3V時(shí),耗電電流典型值不超過6 mA:當(dāng)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(jī)目前已形成具有高、中、低3檔共50多種型號(hào)的龐大家族,功能靈活多樣,能適應(yīng)多種應(yīng)用場合的不同需要。

  2 測量模塊工作原理

  測量模塊總體設(shè)計(jì)原理框圖如圖l所示,包括電源管理、PICl6LF874單片機(jī)、式傳感器、信號(hào)調(diào)理、PS021電容數(shù)字轉(zhuǎn)化器以及與計(jì)算機(jī)連接的接口。

  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(hào),電容信號(hào)通過信號(hào)調(diào)理電路。進(jìn)入PS02l型電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器,該器件的測量電容測量范嗣從0到幾十nF(無限制),經(jīng)過器件內(nèi)部轉(zhuǎn)換,通過對(duì)PS02l內(nèi)部寄存器的設(shè)置,得到需要的值;通過SPI把數(shù)據(jù)傳送到PICl6LF-874單片機(jī),測得的數(shù)據(jù)再通過單片機(jī)異步串行通信接口USART送到上位機(jī)(計(jì)算機(jī)),最后由上位機(jī)應(yīng)用程序來顯示測量結(jié)果以及保存數(shù)據(jù)。

  3 系統(tǒng)硬件連接

  本測量電路需要控制器件來控制數(shù)據(jù)的讀取和寫入,選用結(jié)構(gòu)簡單,功能強(qiáng)大,并且兼容SPI串行接口的PICl6LF874單片機(jī)。由于PS02l的外圍接口是SPI,因此單片機(jī)能很好的控制PS02l工作,同時(shí)測量數(shù)據(jù)可以通過USART串行接口送入到上位機(jī)中。單片機(jī)的連接如圖2所示,PS02l的連接圖如圖3所示。

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