2019年12月31日 | 基于PIC12XX的精确延时技术方案设计

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

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）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。